300 MW純凝機(jī)組供熱改造經(jīng)濟(jì)性分析

張軍輝，杜獻(xiàn)偉，張文濤

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300 MW純凝機(jī)組供熱改造經(jīng)濟(jì)性分析

張軍輝，杜獻(xiàn)偉，張文濤

（大唐華中電力試驗(yàn)研究院，河南省 鄭州市 450000）

以300MW純凝機(jī)組供熱改造為例，根據(jù)熱負(fù)荷參數(shù)特點(diǎn)分別分析了采用再熱冷段抽汽和再熱熱段抽汽2種不同的改造方案。通過水力計(jì)算得出，采用再熱熱段抽汽后經(jīng)減溫、減壓向外供汽的改造方式，能夠滿足該用戶用熱需求。此外，通過本次改造，該機(jī)組在平均抽汽工況下可降低發(fā)電煤耗7.22g/(kW×h)，年節(jié)約標(biāo)煤11921t，考慮節(jié)煤收益后，項(xiàng)目投資回收期為2.94a，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

工業(yè)供熱；再熱冷段；再熱熱段；減溫減壓

0 引言

目前，隨著我國(guó)火電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整及優(yōu)化，火力發(fā)電廠單一依靠發(fā)電提高經(jīng)濟(jì)性受到了一定的限制，許多電廠轉(zhuǎn)向供熱方向發(fā)展。對(duì)純凝機(jī)組蒸汽系統(tǒng)適當(dāng)環(huán)節(jié)進(jìn)行改造、接出抽汽管道和閥門，分流部分蒸汽、使純凝式汽輪機(jī)組具備純凝發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)兩用功能。此改造技術(shù)可大幅度降低供電煤耗[1-2]，尤其是對(duì)于平均煤耗高于310g/(kW×h)以上的純凝機(jī)組而言，此改造技術(shù)是一項(xiàng)降低煤耗、提高電廠經(jīng)濟(jì)性的有效 措施。

目前許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，如春健[3]、孫國(guó)華等[4]對(duì)采用再熱冷段抽汽供汽方案進(jìn)行了研究。孫士恩等[5]通過建立經(jīng)濟(jì)性模型分析了采用再熱冷段抽汽時(shí)供熱收益和主機(jī)負(fù)荷之間的關(guān)系。楊圣春[6]通過比較分析得出，300MW以上純凝機(jī)組建議采用壓力匹配器法和聯(lián)通管抽汽法進(jìn)行供熱改造。

供熱改造方案繁多，應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷特點(diǎn)選取適當(dāng)?shù)母脑旆桨?，并非某一方案適用于所有供熱改造。本文根據(jù)熱用戶負(fù)荷特點(diǎn)著重分析采用再熱熱段抽汽經(jīng)減溫、減壓方式向外供汽和采用再熱冷段抽汽通過壓力匹配器方式向外供汽2種不同方案，通過水力計(jì)算得出最佳的改造方案，從而進(jìn)一步提高改造的經(jīng)濟(jì)性和機(jī)組運(yùn)行的安 全性。

1 機(jī)組及熱負(fù)荷

某電廠2′300MW純凝機(jī)組于2004年建成投產(chǎn)，為亞臨界、中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、冷凝式汽輪機(jī)組，其主要參數(shù)見表1。

根據(jù)前期熱負(fù)荷調(diào)研，其主要熱用戶為一家生物公司，距離電廠約15km，根據(jù)其工藝特點(diǎn)，熱用戶要求到廠蒸汽參數(shù)為：3240℃，31.1 MPa，其用汽負(fù)荷情況見表2。

表1 300MW純凝機(jī)組基本參數(shù)

注：THA工況指汽輪機(jī)熱耗驗(yàn)收工況。

表2 熱負(fù)荷匯總表

2 方案比選

根據(jù)主機(jī)廠家建議，在50%負(fù)荷以下時(shí)，不建議汽輪機(jī)抽汽對(duì)外供熱；在50%負(fù)荷以上時(shí)，汽輪機(jī)各級(jí)高加抽汽、再熱系統(tǒng)、中排均有一定對(duì)外供汽能力，各抽汽點(diǎn)溫度、壓力參數(shù)見表3。本文主要比較了采用再熱冷段或再熱熱段抽汽方案，根據(jù)抽汽口位置不同，有壓力匹配器及減溫減壓器2種不同方案。

表3 抽汽點(diǎn)參數(shù)匯總表

2.1 壓力匹配器方案

壓力匹配器是提高低壓蒸汽壓力的專用設(shè)備[7-8]。其原理是利用較少的高壓蒸汽引射低壓蒸汽，以混合得到較多的中壓蒸汽。通過壓力匹配器可以滿足不同熱用戶的用汽參數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。但其變流量調(diào)節(jié)性能較差，需要機(jī)組保持穩(wěn)定的負(fù)荷以提供穩(wěn)定的高、低壓蒸汽。

表4水力計(jì)算結(jié)果表明，以熱網(wǎng)最大流量為100t/h為例，結(jié)合熱網(wǎng)輸送距離和溫降、壓降，熱網(wǎng)初始參數(shù)與機(jī)組100%THA負(fù)荷再熱冷段蒸汽參數(shù)相當(dāng)。因此，在機(jī)組THA負(fù)荷熱網(wǎng)最大流量時(shí)，壓力匹配器方案不適合本文的研究。

以熱網(wǎng)平均流量63t/h為例，選取再熱冷段為高壓汽源，三、四、五抽為低壓汽源，綜合考慮熱網(wǎng)輸送距離和溫降、壓降，熱網(wǎng)初始參數(shù)與75%THA負(fù)荷工況相當(dāng)。因此75%THA負(fù)荷以下壓力匹配器不適合本文的研究。

在100%THA工況下，壓力匹配器出口參數(shù)達(dá)到2.552MPa、305.1℃時(shí)，高、低壓蒸汽引射系數(shù)分別為0.05、0.015、0.01(三、四、五抽)，即抽汽63t/h高壓蒸汽，只能引射3.15，0.945，0.63t/h低壓蒸汽。壓力匹配器所得到的混合蒸汽增量有限，實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益不明顯，且需要機(jī)組長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷狀態(tài)，不符合供電市場(chǎng)實(shí)際情況。

通過以上分析，采用再熱冷段為高壓汽源，三抽、四抽、五抽為低壓汽源的供汽方式不適合本文研究的實(shí)際情況，不予考慮。

2.2 減溫減壓器方案

減溫減壓器[9-10]是將高參數(shù)的蒸汽通過減溫減壓方式降低為熱用戶需要的蒸汽參數(shù)的設(shè)備。根據(jù)主機(jī)廠家提供的數(shù)據(jù)，300MW機(jī)組再熱冷段抽汽量不應(yīng)超過50t/h，無(wú)法滿足熱用戶最大及平均流量工況，因此不予考慮。再熱熱段蒸汽不受鍋爐再熱器超溫限制，抽汽流量范圍相對(duì)較廣。根據(jù)表5水力計(jì)算結(jié)果可以得出，在供汽流量為63t/h時(shí)，50%THA即可滿足外網(wǎng)用汽參數(shù)需求；在最大供汽流量100t/h時(shí)，75%THA以上工況即可滿足外網(wǎng)用汽參數(shù)需求；在最小流量20t/h時(shí)，50%THA工況可以滿足外網(wǎng)熱用戶用汽需求。熱網(wǎng)運(yùn)行的初溫為300~340℃，初壓為1.5~2.8MPa。

相比再熱冷段抽汽，再熱熱再負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，抽汽溫度調(diào)節(jié)性強(qiáng)，能夠滿足熱網(wǎng)小流量工況時(shí)所需要的較高蒸汽初溫，同時(shí)無(wú)需考慮鍋爐再熱器超溫問題，降低機(jī)組改造費(fèi)用。

表4 水力計(jì)算匯總表1

表5 水力計(jì)算匯總表2

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

通過以上分析，本文最終采用再熱熱段抽汽，經(jīng)減溫減壓向外供汽的技術(shù)方案。按照100%THA工況核算，改造后可降低發(fā)電煤耗7.22g/(kW×h)。按照全年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)5500h折算，全年可節(jié)約標(biāo)煤11921t。按照近2年入廠標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)平均值980元/t計(jì)算，可節(jié)約燃料成本1168萬(wàn)元。根據(jù)當(dāng)?shù)匚飪r(jià)局備案，售熱價(jià)為174元/t。采用靜態(tài)投資7992萬(wàn)元，考慮節(jié)煤收益后，項(xiàng)目投資回收期為2.94a，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

以某300MW純凝機(jī)組為例，進(jìn)行抽汽供熱改造。根據(jù)外網(wǎng)負(fù)荷及用汽參數(shù)需求，本次改造采用再熱熱段抽汽后經(jīng)減溫、減壓向外供汽的改造方式。改造后在平均抽汽工況下，發(fā)電煤耗可降低7.22g/(kW×h)，年節(jié)約標(biāo)煤11921t，靜態(tài)投資7992萬(wàn)元，投資回收期2.94a，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 鄭莆燕，柴國(guó)旭，任建興．供熱改造機(jī)組運(yùn)行性能研究[J]．華東電力，2013，41(6)：1393-1395．

[2] 何曉紅，高新勇，陳菁，等．600MW超臨界純凝機(jī)組改供熱的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J]．發(fā)電與空調(diào)，2017，38(6)：24-27．

[3] 春?。?00MW純凝機(jī)組再熱蒸汽系統(tǒng)供熱改造方案研究[J]．應(yīng)用能源技術(shù)，2017(12)：34-36，49．

[4] 孫玉華．國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組冷再工業(yè)抽汽供熱改造[J]．天津電力技術(shù)，2012(1)：48-49，22．

[5] 孫士恩，高新勇，龐建鋒．工業(yè)抽汽機(jī)組供熱改造的變工況熱經(jīng)濟(jì)性分析[J]．汽輪機(jī)技術(shù)，2016，58(4)：301-304．

[6] 楊圣春．凝汽發(fā)電機(jī)組的供熱改造方法研究[J]．電力學(xué)報(bào)，2011，26(4)：357-360．

[7] 李小龍．壓力匹配器在某百萬(wàn)供熱機(jī)組中的運(yùn)用[J]．熱力透平，2017，46(3)：184-189．

[8] 趙旭．大型純凝汽輪發(fā)電機(jī)組供熱方案及過程損耗分析[J]．能源與節(jié)能，2017(12)：77-79．

[9] 馬家貴．減溫減壓器和壓力匹配器在供熱系統(tǒng)中的熱經(jīng)濟(jì)性分析[J]．科技與創(chuàng)新，2015(8)：119．

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Economic Analysis of Heating Reform of 300 MW Condensing Power Plant

ZHANG Junhui, DU Xianwei, ZHANG Wentao

(Datang Central-China Electric Power Test Research Institute, Zhengzhou 450000, Henan Province, China)

This paper took a 300MW condensing power plant heating reform as an example. According to the parameters of heat user, two different renovation plans between reheat cold section and reheating section were analyzed. The results show that steam form reheating section through temperature reduction and pressure reduction is more fitting for the heating load and can meet the different heating demand. Furthermore, the economic performance was also analyzed. The unit can reduce the coal consumption of power generation by 7.22g/(kW×h) under average extraction conditions, equivalent to 11921t every year. Considering the income of coal saving, the project investment payback period is 2.94 years, which has good economic benefits.

industrial heating;reheat cold section; reheating section; pressure and temperature reducing

10.12096/j.2096-4528.pgt.18068

2018-09-21。

張軍輝(1988)，男，工程師，主要從事火電廠供熱改造相關(guān)工作，datang20180323@163.com。

張軍輝

(責(zé)任編輯 車德競(jìng))