汽輪機旁路系統(tǒng)在調(diào)峰過程中提高熱源輸出的技術研究

吳小杰

（京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

1 引言

本項目將圍繞熱電解耦關鍵技術展開研究，通過汽輪機低壓旁路改造，獲得汽輪機旁路系統(tǒng)可以在保障安全性的前提下具備深度調(diào)峰能力。重點針對抽汽機組深度調(diào)峰時通過旁路系統(tǒng)滿足工業(yè)抽汽能力的靈活性改造開展研究，并開展低壓缸小流量運行可靠性研究、調(diào)峰最佳工況等試驗，最終獲得汽輪機旁路系統(tǒng)在深度調(diào)峰背景下實現(xiàn)熱電解耦的技術改造及關鍵技術應用。通過該項目的研究，為深度調(diào)峰技術的應用提供了參考，對推動火電機組的深度調(diào)峰以及實現(xiàn)熱電解耦具有重要意義。

2 項目背景

京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的2×150MW 超高壓一次中間再熱、單軸、雙缸、雙抽汽供熱、凝汽式汽輪機，2 個工業(yè)抽汽口位于中壓缸第12 級后，設計抽汽壓力：0.98MPa，設計抽汽溫度：346.9℃，額定工業(yè)抽汽量：50t/h，2 臺機組嚴寒期工業(yè)抽汽量約70t/h。機組參與深度調(diào)峰時，為滿足鍋爐及環(huán)保相關參數(shù)要求，只能采取將2#機電負荷降至50MW，1#機組降至110MW，由1#機帶動工業(yè)抽汽的運行方式，此時，1#機電負荷110MW，工業(yè)抽汽壓力0.6MPa，勉強滿足用戶要求。但隨環(huán)境溫度的降低，供熱量增加，電負荷也隨之增加，使2 臺機組的總上網(wǎng)電量無法滿足東北能源監(jiān)管局《東北電力輔助服務市場運營規(guī)則（征求意見稿）》采暖季調(diào)峰期不大于150MW 的要求，使調(diào)峰考核增加，給公司經(jīng)營帶來了巨大的壓力。

3 應用前景

目前，國內(nèi)火電機組深度調(diào)峰靈活性改造研究開發(fā)工作十分活躍，深度調(diào)峰靈活性改造技術大體可以分為4 大類：（1）蓄熱供熱技術；（2）電鍋爐供熱技術；（3）低壓缸零出力技術；（4）汽輪機旁路供熱技術。而汽輪機旁路供熱技術是目前最有前途的靈活性改造技術之一，它利用汽輪機高、低旁聯(lián)合供汽機理，達到機組深度調(diào)峰的同時，又能滿足工業(yè)抽汽的需求。這一技術的最大特點是初投資低，系統(tǒng)投、切運行操作簡單。如果能實現(xiàn)旁路供汽工藝，則能夠取得較高的經(jīng)濟效益。

4 解決問題的思路

為解決機組深度調(diào)峰過程中工業(yè)抽汽難以安全穩(wěn)定輸出的問題，擬采用低旁后蒸汽改造后供工業(yè)抽汽，以保障工業(yè)抽汽用戶需求。

低壓旁路設計容量為30%BMCR （Boiler Maximum Continue Rate），流量163t/h。低旁減溫減壓后的蒸汽參數(shù)可維持在0.75MPa，溫度300℃，與工業(yè)抽汽設計參數(shù)相當，可將此系統(tǒng)改造用于低負荷下供工業(yè)抽汽的供應，高旁系統(tǒng)的投入可以將高排蒸汽減溫至約300℃，使鍋爐再熱器冷卻效果更好，間接地在低負荷下保護了鍋爐再熱器，且現(xiàn)場設備安裝空間有利于系統(tǒng)改造。

5 改造方案

在低旁出口至三級減溫器之間加裝電動球閥，電動球閥前設置異徑三通，同時將新增電動球閥至低旁出口間管材由原Q235A 螺旋縫管升級為20#鋼無縫管，從新增三通處鋪設管道引接至工業(yè)抽汽母管，并曾設疏水點。改造后系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 改造后系統(tǒng)流程圖（云線范圍為改造部分）

6 系統(tǒng)改造后試運行情況

6.1 試投運高、低旁聯(lián)合供工業(yè)抽汽（2019 年8 月31 日2#汽輪發(fā)電機組）

8：30：2#機負荷80MW，旁路系統(tǒng)開始暖管。

9：15：2#機負荷60MW，開始逐漸投入低旁，主蒸汽壓力8.0MPa，溫度508℃；再熱蒸汽壓力1.7MPa，溫度510℃；軸向位移0.38mm；高壓脹差2.75mm，低壓脹差3.28mm；1#機三抽供工業(yè)抽汽，供汽壓力0.62MPa，溫度300℃，供汽流量40t/h；2#機低旁調(diào)節(jié)閥開度10%，穩(wěn)定運行10min，無異?，F(xiàn)象。

9：55：2#機負荷60MW，主蒸汽壓力7.8MPa，溫度514℃；再熱蒸汽壓力1.5MPa，溫度501℃；軸向位移0.36mm；高壓脹差2.96mm，低壓脹差3.15mm；低旁調(diào)節(jié)閥開度50%；1#機三抽供工業(yè)抽汽全停，供汽壓力0.60MPa，溫度300℃，供汽流量36t/h；

10：30：2#機開始投運高旁。

14：00：2#機負荷40MW，主蒸汽壓力7.4MPa，溫度476℃，流量180t/h；再熱蒸汽壓力1.17MPa，溫度465℃；軸向位移0.39mm；高壓脹差2.96mm，低壓脹差2.87mm；低旁調(diào)節(jié)閥開度67%，高旁調(diào)節(jié)閥開度42%。1#機三抽供工業(yè)抽汽全停，供汽壓力0.60MPa，溫度300℃，供汽流量37t/h；鍋爐環(huán)保參數(shù)都能控制在合格范圍內(nèi)。

6.2 數(shù)據(jù)對比分析

6.2.1 高旁必須投運

低旁供工業(yè)抽汽試驗時，最大供汽量36t/h，軸向位移并未發(fā)生明顯變化，但冬季最大工業(yè)抽汽供熱量達到60t/h，所以，為確保安全，還要配合投運高旁。

6.2.2 調(diào)整主再熱汽溫，控制脹差

機組負荷降低后，汽缸的膨脹會減小，所以，必須適當降低主再熱蒸汽溫度，減小轉子的膨脹，控制脹差在正常范圍內(nèi)。負荷50MW 以下時，汽溫480～500℃，能滿足要求。

6.2.3 高低旁壓力調(diào)節(jié)閥開度控制

高旁減溫減壓閥額定流量144t/h，低旁減溫減壓閥額定流量163t/h，根據(jù)高低旁流量匹配基于“低旁蒸汽流量=高旁蒸汽流量+高旁減溫水流量”原則，調(diào)整過程中要保證低旁電動調(diào)節(jié)門開度大于高旁電動調(diào)節(jié)門開度5%～10%。

7 系統(tǒng)改造后運行效果

非供熱期調(diào)峰：深度調(diào)峰時，投入旁路系統(tǒng)，機組負荷可降至50MW，能滿足工業(yè)熱用戶及調(diào)峰要求。

供熱初、末期調(diào)峰：深度調(diào)峰時，2#機電負荷降至50MW，通過旁路系統(tǒng)，帶50t/h 的工業(yè)抽汽。1#機投入采暖抽汽，控制電負荷不超過100MW，采暖供熱量能達到650GJ/h；這樣雙機負荷可以控制150MW 以下，不被電網(wǎng)考核。

供熱高峰期調(diào)峰：根據(jù)目前的機組運行情況，通過高低旁聯(lián)合供工業(yè)抽汽，尋求滿足最大工業(yè)和采暖供熱量及深度調(diào)峰的最佳工況。

8 結語

高、低旁聯(lián)合供工業(yè)抽汽系統(tǒng)實現(xiàn)了低成本熱電解耦，解決以熱定電困局，滿足調(diào)峰需求的同時，又保障了工業(yè)抽汽系統(tǒng)的安全穩(wěn)定輸出，達到了能源梯度利用、分級輸出的作用。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，可靈活切換、快速調(diào)峰。在機組參與深度調(diào)峰時，在滿足工業(yè)抽汽用戶需求的情況下實現(xiàn)了機組最低負荷由85MW 降至40MW。依據(jù)東北能源監(jiān)管局《東北電力輔助服務市場運營規(guī)則（征求意見稿）》，同時可獲得較高的調(diào)峰收益，經(jīng)濟效益顯著。