火電廠330WM直接空冷機組高背壓供熱改造經(jīng)濟性研究

張偉

【摘?要】近年來，隨著風(fēng)電、光伏、核電等新能源的大力發(fā)展和環(huán)保排放的嚴(yán)格要求，以及大容量火電機組的不斷投運，產(chǎn)能過剩現(xiàn)象突出，傳統(tǒng)火電企業(yè)經(jīng)營形式日趨嚴(yán)峻。對汽輪機進(jìn)行高背壓供熱改造能有效提高機組供熱能力和電網(wǎng)調(diào)峰能力，對企業(yè)節(jié)能減排，提高經(jīng)濟效益有積極作用。

【關(guān)鍵詞】高背壓供熱改造;供熱能力;電網(wǎng)調(diào)峰能力;節(jié)能降耗。

一、項目建設(shè)的必要性

1.符合國家節(jié)能減排政策要求

隨著經(jīng)濟、能源和環(huán)保形勢的發(fā)展，燃煤火力發(fā)電企業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了新常態(tài)，面臨著資源約束、環(huán)境保護(hù)、市場競爭等多方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國家節(jié)能減排的要求也不斷提升、高效低耗新大機組的不斷投運、電能過?，F(xiàn)象日趨明顯、發(fā)電設(shè)備年利用小時持續(xù)走低等現(xiàn)實因素使火電廠的經(jīng)營形勢變得日益嚴(yán)峻。加上我國新能源發(fā)展迅速，部分地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄水問題，消納已成為制約風(fēng)電、水電發(fā)展的關(guān)鍵因素。

火電機組供熱改造是實現(xiàn)“節(jié)能減排”、“雙降雙低”電力新常態(tài)下火電能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向。

2.滿足日益增長的供熱和電網(wǎng)深度調(diào)峰需求

根據(jù)市政府的城市規(guī)劃，長治熱電 2×330MW 汽輪發(fā)電機組被確定為城市集中供熱主要熱源點。隨著城市的快速發(fā)展，居民采暖對穩(wěn)定可靠熱源的需求在持續(xù)加大，這樣，電廠現(xiàn)有的供熱方式難以滿足外部市場的要求。因此，充分挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力，進(jìn)行供熱系統(tǒng)改造，提高電廠的供熱能力迫在眉睫。同時，隨著大規(guī)模的波動性電源并入電網(wǎng)，如果沒有足夠的可參與深度調(diào)峰的電源支撐，電力系統(tǒng)將很難保證穩(wěn)定的電能質(zhì)量。2016 年我國風(fēng)電的棄風(fēng)率達(dá)到了 21%，其根本原因還在于區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)傳統(tǒng)發(fā)電提供的深度調(diào)峰容量不足。目前，我國大多數(shù)火電機組最低僅能在額定負(fù)荷的 50%左右運行，假如機組調(diào)峰幅度可以降到 40%，可以為風(fēng)電等新能源提升近 9000 萬千瓦的接入容量，這相當(dāng)我國風(fēng)電總裝機容量的的 80%。因此，如何有效地提高機組的調(diào)峰能力，特別是提高供熱機組的熱電解耦能力，是電網(wǎng)和電廠的迫切需求。

綜上所述，本改造項目是非常必要的。

二、我廠改造前供熱情況

1.供熱系統(tǒng)及運行方式

我廠 2×330MW 熱電聯(lián)產(chǎn)直接空冷火力發(fā)電機組，設(shè)計供熱采暖面積為 1100萬m2。汽輪機五抽額定供熱抽汽量為500t/h，溫度250℃，壓力0.4Mpa。

現(xiàn)采用熱泵組+熱網(wǎng)加熱器串聯(lián)梯級加熱的方式運行，熱網(wǎng)回水經(jīng)過熱泵組初級加熱后再經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓，后經(jīng) 4 臺熱網(wǎng)加熱器加熱后以近 100℃出水供給市區(qū)熱力公司。

對熱負(fù)荷調(diào)節(jié)采用質(zhì)、量雙調(diào)方式。即外界熱負(fù)荷的變化通過調(diào)節(jié)五段抽汽蝶閥開度來實現(xiàn)對熱網(wǎng)首站加熱器進(jìn)汽量和參數(shù)的調(diào)整;同時循環(huán)水泵采用液力耦合器調(diào)速，根據(jù)熱負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)熱網(wǎng)循環(huán)水量，控制供熱量。

統(tǒng)計電廠 2015 年、2016 年兩個供熱周期供熱數(shù)據(jù)分析來看，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，熱網(wǎng)循環(huán)水流量在 5500t/h-9400t/h 范圍內(nèi)運行調(diào)整，在供熱寒期循環(huán)水基本上在 9000 t/h 左右運行，最大循環(huán)水流量為 9713 t/h;供熱回水溫度在 50℃左右。

2.供熱能力評估

電廠當(dāng)前采用熱泵+供熱首站加熱器串聯(lián)供熱方式，結(jié)合機組設(shè)計供熱特性、機組實際運行熱力特性，電廠當(dāng)前的最大供熱能力為在額度工況時，對外提供總供熱為 775MW 的熱負(fù)荷，而機組近兩年的實際供熱容量最大為 508MW，以熱指標(biāo) 45W/m2 計算，可供熱面積分別為 1722 萬平米，而實際為1128 萬平米，兩者相差較大。這主要是由于機組實際運行負(fù)荷率偏低，機組抽汽供熱流量偏小以及熱網(wǎng)循環(huán)水流量偏小等原因造成。

由上分析可得：

1）機組在當(dāng)前運行方式下，當(dāng)電負(fù)荷進(jìn)一步下降或者電廠單機運行時，將難以確保熱用戶的需求，供熱穩(wěn)定可靠性下降。

2）增大熱網(wǎng)循環(huán)水流量、提高供水溫度或改變機組供熱運行方式是有效提高機組供熱能力的有效措施。

三、高背壓供熱改造方案及運行方式

1.改造方案

外網(wǎng)在原DN1200至長治市區(qū)的管網(wǎng)外，增鋪設(shè)了一趟DN800至康莊的供熱管線，將熱網(wǎng)首站與外網(wǎng)進(jìn)出匯集母管擴徑至DN1600;新增1臺熱網(wǎng)加熱器，新增2臺5000t/h流量的熱網(wǎng)循環(huán)泵，#1、#2機組各加一臺6000平米的高背壓凝汽器;同時對2號機組的乏汽管道進(jìn)行改造，分別與1號高背壓凝汽器和2號高背壓凝汽器聯(lián)接，兩臺凝汽器共同利用2號機組的高背壓乏汽余熱;同時#1、#2號高背壓凝汽器的乏汽疏水都回收至2號機組排汽裝置;同時將兩臺高背壓凝汽器抽真空管道接至#2機組真空泵入口。配套亦對空冷系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)防凍工作改造，重點增設(shè)空冷島隔斷閥，以更好應(yīng)對高背壓運行和空冷小流量下的防凍，保障系統(tǒng)正常運行。

與此同時，對2號機組熱泵開展技術(shù)改造，使其能適應(yīng)高背壓運行。

2.改造后運行方式

系統(tǒng)改造后，熱網(wǎng)循環(huán)水流量增至15000t/h，機組所承擔(dān)的供熱面積和供熱運行方式較以前發(fā)生了較大變化。

1號機組：#1機組熱泵+3臺熱網(wǎng)加熱器;2好機組：2臺高背壓凝汽器+#2機組熱泵+2臺熱網(wǎng)加熱器。1號機組維持常規(guī)背壓9kpa運行;2號機組將背壓提升至34kpa運行，將機組排汽溫度由52℃提升至70℃，用機組排汽加熱熱網(wǎng)回水。

熱網(wǎng)回水先經(jīng)過兩臺并聯(lián)的高背壓凝汽器溫升至70℃。再分成兩路，一路去#1機組熱泵溫升至77℃;另一路去#2機組熱泵溫升至89℃;最后兩路熱網(wǎng)水匯集到一路再去熱網(wǎng)加熱器溫升至100℃，供給外網(wǎng)。

四、改造后運行經(jīng)濟性分析

1.增大了供熱面積，加強了企業(yè)盈利能力

改造后系統(tǒng)可容納循環(huán)水流量約15000t/h，城市供熱面積由1700萬平米增至2300萬平米。極大地增強了企業(yè)供熱市場競爭力和盈利能力。

2.增加了機組深度調(diào)峰能力

2號機組高背壓改造后，在同樣的電負(fù)荷下主蒸汽流量增加約90t/h，大大增加了機組低負(fù)荷運行時的安全性和供熱能力，同時增加了機組深度調(diào)峰能力，#1號機組也可不受供熱溫度的束縛而靈活接待負(fù)荷。為落實山西省能監(jiān)辦出臺的《山西火電機組有償調(diào)峰輔助服務(wù)操作細(xì)則》打下堅實的硬件基礎(chǔ)。

3.節(jié)能降耗，提高了機組運行經(jīng)濟性

機組高背壓運行后利用乏汽余熱供熱，較改造前傳統(tǒng)供熱方式節(jié)約了5段抽汽。計算可知：利用乏汽供熱275t/h可有效替代5段抽汽約245t/h，增大機組出力38.1MW，而抬高機組背壓至33kPa，較正常抽汽熱泵供熱運行背壓11kPa運行，影響機組出力約24.3MW，則：相同主蒸汽流量、供熱量下，綜合提高了機組出力約13.6MW，按照電負(fù)荷近240MW工況下，運行熱耗率8650kJkWh測算，可節(jié)約供熱經(jīng)濟性19.7g/kWh，一個供熱期約可節(jié)約標(biāo)煤1.7萬噸，純節(jié)煤經(jīng)濟性超過1022萬元，效果顯著。另外，減少了上空冷島的蒸汽量與空冷風(fēng)機電耗，減少了機組冷源損失，提高了機組效率。

五、結(jié)束語

對機組進(jìn)行高背壓供熱改造后，經(jīng)過18、19年兩個供熱期的運行及測算，效果顯著，極大地提高了冬季供熱能力;提高了機組深度調(diào)峰能力，改造后可帶最低145MW負(fù)荷;增強了企業(yè)市場競爭能力和盈利能力，同時也達(dá)到了節(jié)能降耗的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張華，火電廠鍋爐節(jié)能評價[J].工程技術(shù)研究，2015.

[2]趙睿，凝汽式汽輪機效率提高的有效措施[J].工程與技術(shù)研究，2010.

（作者單位：晉能長治熱電有限公司）