600 MW 超臨界機(jī)組供熱改造實(shí)例探索

尹中誠，鐘振坤

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

0 引 言

近年來，各種新能源發(fā)電裝機(jī)量不斷提升，燃煤機(jī)組擔(dān)負(fù)起越來越重的調(diào)峰責(zé)任，因此不少地區(qū)也運(yùn)用政策和市場等多種手段促使火電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造，以適應(yīng)電力環(huán)境的改革和變化。在這樣的背景和形勢下，按照“十三五”節(jié)能減排中的明確指示，加快發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，某600 MW 超臨界火電廠結(jié)合所在工業(yè)園區(qū)供熱需求的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行供熱改造的實(shí)踐與探究[1]，為該類機(jī)組實(shí)施相關(guān)供熱改造提供參考。

1 機(jī)組供熱概況

某火電廠有2×600 MW 超臨界機(jī)組，采用上海鍋爐廠的超臨界直流鍋爐，汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)公司的N600-24.2/566/566 型超臨界汽輪機(jī)，三缸四排汽、一次中間再熱、單軸凝汽式。

查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)同類型機(jī)組供熱改造抽汽點(diǎn)大致分為兩類：方案A 為高溫段再熱器管道抽汽供熱（簡稱高再供熱），如圖1 所示；方案B 為低溫段再熱器管道抽汽供熱（簡稱低再供熱），如圖2 所示。

分析兩種方案：由于B 方案為了控制再熱蒸汽溫度，噴入了一定量的再熱器減溫水，這些減溫水最終成為再熱蒸汽進(jìn)入中低壓缸發(fā)電做功，因此發(fā)電功率會(huì)提升；與A 方案相比，B 方案的發(fā)電煤耗率也會(huì)略高。這是由于從低溫再熱段抽汽后，進(jìn)入鍋爐再熱器的蒸汽流量減少，再熱蒸汽熱段會(huì)超溫，將增加再熱器減溫水來控制熱再蒸汽溫度，而減溫水的增加導(dǎo)致熱量損失，機(jī)組效率下降[2]，熱耗增大，煤耗升高。

圖1 A 方案

圖2 B 方案

為應(yīng)對市場及用戶的變化，機(jī)組由2010 年起先后進(jìn)行了三次改造，三次改造的抽汽點(diǎn)分別為再熱器出口管道抽汽供熱、輔汽母管抽汽供熱、再熱器進(jìn)口管道抽汽供熱。

2 再熱蒸汽供熱改造

根據(jù)周邊用戶需求，以及避免對機(jī)組運(yùn)行造成大的影響，2010 年該廠的兩臺機(jī)組進(jìn)行相關(guān)的供熱施工改造，采用如圖2 所示B 方案。

改造具體設(shè)計(jì)為從再熱蒸汽出口管道取得汽源，后經(jīng)過減溫減壓供給供熱使用，即將高再蒸汽 3.562 MPa，566 ℃（100%THA 時(shí)）降低至可供用戶的蒸汽參數(shù)，設(shè)計(jì)供熱參數(shù)溫度320 ℃，壓力1.6 MPa，流量為單機(jī)100 t/h。改造后對于供熱的運(yùn)行也進(jìn)行了研究和運(yùn)行措施的制定，規(guī)定了負(fù)荷在不小于35%時(shí)候，即210 MW 以上，可投入單機(jī)或者雙機(jī)供熱系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)根據(jù)相關(guān)的運(yùn)行情況對給水、除鹽水、給水泵等相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行了調(diào)試和規(guī)定，實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)熱網(wǎng)用戶需求供熱溫度控制在在275 ℃左右，1.4 MPa 左右。改造后機(jī)組負(fù)荷和供熱對應(yīng)參數(shù)如表1 所示。

表1 機(jī)組供熱與負(fù)荷對應(yīng)表

通過本次改造后，提高了機(jī)組的整體能源利用率，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著提升。

3 輔汽供熱改造

經(jīng)過第一次改造，運(yùn)行了幾年以后，逐漸發(fā)現(xiàn)了一些問題：（1）機(jī)組負(fù)荷較高但供熱負(fù)荷較低，主氣溫偏高，所需減溫水噴水量少，加上機(jī)組負(fù)荷和供熱負(fù)荷都有變動(dòng)，難以精準(zhǔn)控制供熱溫度；（2）隨著周邊工廠用熱需求越來越大，供熱能力已經(jīng)不能滿足用戶需求，供熱需求已經(jīng)達(dá)到120 t/h。

為了解決這些問題，該電廠提出增設(shè)輔汽母管供熱的改造方法。由于輔汽母管汽源來至再熱器入口，實(shí)際上相當(dāng)于采用了再熱器入口抽汽供熱，輔汽母管原先設(shè)計(jì)壓力為0.8 MPa；溫度250 ℃，安全閥動(dòng)作壓力1.64 MPa。查閱機(jī)組相關(guān)資料，輔汽母管所用材料可以保證在1.6 MPa，275 ℃條件下長期使用，并且由于輔汽母管原先設(shè)有后期機(jī)組擴(kuò)建用的接頭，接頭靠近供熱聯(lián)箱，改造起來所需管材少，成本低，又可以解決供熱負(fù)荷較低時(shí)減溫水調(diào)控不穩(wěn)的問題[3]，因此進(jìn)行了輔汽供熱改造，改造后DCS 系統(tǒng)如圖3 所示。

在高供熱負(fù)荷較高時(shí)，引入輔汽，和原先的高溫再熱蒸汽同時(shí)供熱，解決了供熱負(fù)荷較低時(shí)的減溫水控制不穩(wěn)問題和高負(fù)荷段供熱能力不足問題，兩路汽源一起供熱，使最大供熱流量提高至140 t/h。

4 再熱器進(jìn)口抽汽供熱

2017 年以后，由于所在區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和需求的增大，供熱需求總用汽量達(dá)到了400 t/h 以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了機(jī)組能夠提供的供熱量，加上調(diào)峰時(shí)候單機(jī)運(yùn)行，供熱量更是無法滿足，提升供熱量的問題迫在眉睫。隨著其他電廠也加入供熱管網(wǎng)，總計(jì)負(fù)荷已經(jīng)超過400 t/h， 且還在不斷增長，供熱能力又顯得不足，準(zhǔn)備進(jìn)行進(jìn)一步改造。

因此沿用B 方案的改造思路，制定了從兩臺機(jī)組的低溫再熱蒸汽管道供熱蒸汽抽汽接口至供熱蒸汽聯(lián)箱的供熱改造方案，低溫再熱蒸汽的蒸汽參數(shù)為4.2 MPa， 312 ℃。具體改造中在蒸汽管道上按介質(zhì)流向依次設(shè)置電動(dòng)隔離閥、氣動(dòng)止回閥、渦街流量計(jì)、快關(guān)調(diào)節(jié)閥組、減溫減壓器，經(jīng)過減溫減壓器后蒸汽參數(shù)降低至 1.6 MPa，260 ℃。同時(shí)在兩條管路中間設(shè)置了聯(lián)絡(luò)閥，方便兩臺機(jī)互為備用，最后將兩路抽汽經(jīng)快關(guān)調(diào)節(jié)閥減壓和減溫器減溫后匯合至一條管道中，接入到供熱聯(lián)箱的兩個(gè)DN350 接口[4]。本次方案設(shè)計(jì)每臺機(jī)組低溫再熱蒸汽管道供熱蒸汽抽汽量為200 t/h。具體改造后DCS 系統(tǒng)如圖4 所示。

圖4 再熱蒸汽供熱改造DCS 系統(tǒng)圖

進(jìn)行本次改造之后，單機(jī)運(yùn)行供熱能力達(dá)到了200 t/h，由于低再溫度一般難以達(dá)到設(shè)計(jì)值312 ℃，且連接管道有散熱損失，調(diào)節(jié)閥有節(jié)流損失，減溫水閥在不投入狀態(tài)也可以滿足供熱需求，這樣就大大減少了噴水減溫帶來的機(jī)組能源效率損失。目前，受限于供熱連箱通往熱網(wǎng)的管道設(shè)計(jì)限制，只能供熱 200 t/h，遠(yuǎn)期準(zhǔn)備從聯(lián)箱再引一條并行管道出去，實(shí)現(xiàn)2×200=400 t/h 的供熱能力，進(jìn)一步提高提高能源的利用效率。

針對改造后容易出現(xiàn)的再熱蒸汽管壁超溫的問題，是由于低溫再熱器抽汽量大增，從而影響管壁溫度；目前機(jī)組為了響應(yīng)電網(wǎng)號召，提高一次調(diào)頻能力，機(jī)組負(fù)荷變化率已經(jīng)由設(shè)計(jì)的9 MW/min 調(diào)整為 15 MW/min，導(dǎo)致在加負(fù)荷過程中，再熱器管壁非常容易超溫，為此采取了如下措施：（1）增加再熱器加溫水量，降低再熱蒸器溫度運(yùn)行；（2）提高再熱器噴水減溫調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作響應(yīng)速率，避免再熱蒸汽出現(xiàn)短時(shí)間超溫現(xiàn)象；（3）高負(fù)荷時(shí)燃燒器擺角向下設(shè)置負(fù)偏 置；（4）合理摻燒煤種，降低再熱器溫度。

針對供氣量增加，又增加了新制水系統(tǒng)，新增制水量167 m3/h，有效地滿足了供熱需求。

5 結(jié) 論

某原有機(jī)組設(shè)計(jì)為純發(fā)電機(jī)組，因?yàn)樯鐣?huì)需求和完成經(jīng)濟(jì)效益將機(jī)組改造為供熱機(jī)組，改變了原先設(shè)計(jì)。同時(shí)，由于市場的不斷發(fā)展，供熱也先后進(jìn)行了高溫再熱蒸汽供熱、輔汽供熱、低溫再熱蒸汽供三次供熱改造，并且根據(jù)改造后的運(yùn)行情況進(jìn)行了機(jī)組相關(guān)的運(yùn)行調(diào)整，提升了機(jī)組的供熱能力，滿足用戶需求的同時(shí)也提高了公司的經(jīng)濟(jì)收益。通過三次改造，機(jī)組積累了一定的供熱改造經(jīng)驗(yàn)，可供同類機(jī)組供熱的改造進(jìn)行參考。