摘要:針對(duì)寧夏電投西夏熱電廠低缸零出力改造的可行性進(jìn)行了理論分析,闡述了1、2號(hào)機(jī)組實(shí)施低缸零出力供熱改造的過(guò)程,提出了低缸零出力運(yùn)行投入條件及安全運(yùn)行注意事項(xiàng),最終得出結(jié)論:低缸零出力技術(shù)改造是可行的,安全風(fēng)險(xiǎn)是可控的,經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。
關(guān)鍵詞:低缸零出力;供熱;汽輪機(jī);經(jīng)濟(jì)性
0 ? ?引言
寧夏電投西夏熱電廠一期采用兩臺(tái)東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的C200/140-12.75/0.245/535/535型超高壓、單軸、三缸雙排汽、工業(yè)用不可調(diào)整抽汽、采暖用可調(diào)整抽汽、一次中間再熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)[1]。熱網(wǎng)首站建設(shè)初期1、2號(hào)機(jī)組熱網(wǎng)汽側(cè)采用單元制方式分別加熱兩臺(tái)熱網(wǎng)換熱器(換熱面積為2 000 m2,水側(cè)流量2 200 t/h),后因供熱面積增加,1、2號(hào)機(jī)組各增加一臺(tái)換熱器(換熱面積為900 m2)作為輔助換熱器;1、2號(hào)機(jī)組熱網(wǎng)水側(cè)分別配置3臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵,單臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵流量為2 200 m3/h,其中各有一臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵可變頻運(yùn)行,均采用兩運(yùn)一備運(yùn)行方式。
2018年12月底,西夏熱電廠供熱面積已達(dá)到3 200萬(wàn)m2,隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和熱源增容,當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)2019年供熱面積將增加至3 400萬(wàn)m2。為提高機(jī)組供熱能力,滿足熱用戶的需求,對(duì)1、2號(hào)機(jī)組實(shí)施低壓缸零出力供熱技術(shù)改造。
1 ? ?熱供能力核算及供熱經(jīng)濟(jì)性分析
低壓缸零出力供熱技術(shù)是在低壓缸高真空運(yùn)行工況下,采用可完全密封的液壓蝶閥切除低壓缸原進(jìn)汽管道進(jìn)汽,通過(guò)新增旁路管道通入低壓缸少量的冷卻蒸汽,實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子零出力3 000 r/min運(yùn)行,使更多的蒸汽進(jìn)入供熱系統(tǒng),提高機(jī)組供熱能力,降低電負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰,同時(shí)降低發(fā)電煤耗[2]。
1.1 ? ?改造前機(jī)組供熱能力分析
根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),并參考制造廠家提供的熱力特性說(shuō)明書和同類型機(jī)組低壓缸最小冷卻蒸汽流量120 t/h,建立1號(hào)機(jī)組熱力計(jì)算模型,重新核算典型各工況下機(jī)組供熱能力,主要結(jié)果如表1所示,改造前汽輪機(jī)發(fā)電功率與供熱抽汽流量的關(guān)系曲線如圖1所示。
1.2 ? ?改造后機(jī)組供熱能力分析
改造后核算機(jī)組供熱能力時(shí)確定低壓缸冷卻蒸汽流量為15 t/h。在鍋爐不同出力下改造后汽輪機(jī)供熱抽汽能力的核算結(jié)果如表2所示,改造前后汽輪機(jī)發(fā)電功率與供熱抽汽流量的關(guān)系曲線對(duì)比如圖2所示。
對(duì)比表1、表2,可以明顯得出如下結(jié)論:改造后不同鍋爐出力下供熱抽汽增量約為117 t/h,折合可增加供熱面積約180萬(wàn)m2,發(fā)電功率降低約25 MW,發(fā)電煤耗降低30~40 g/kWh,實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組以熱定電運(yùn)行方式下的深度調(diào)峰,提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。
由圖2得出:改造前后供熱抽汽流量均隨主蒸汽流量線性增加,且各工況下汽輪機(jī)供熱抽汽流量的增加值基本相當(dāng),約為117 t/h,隨著供熱抽汽流量的增加,機(jī)組發(fā)電煤耗逐漸降低,且改造后可使汽輪機(jī)發(fā)電煤耗降低30~40 g/kWh。
綜上所述,采用低壓缸零出力供熱技術(shù)能夠有效降低低壓缸冷卻蒸汽流量消耗,一定程度上提高機(jī)組供熱能力和深度調(diào)峰能力,降低發(fā)電煤耗,提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,因而具有實(shí)施的可行性。
2 ? ?低缸零出力改造過(guò)程
2.1 ? ?增設(shè)低壓缸冷卻蒸汽系統(tǒng)
從中壓缸排汽新增旁路冷卻蒸汽至低壓缸進(jìn)汽口,用于冷卻低壓缸末級(jí)葉片,帶走低壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生鼓風(fēng)熱量。冷卻蒸汽管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥和流量孔板,設(shè)置蒸汽壓力、溫度、流量測(cè)點(diǎn),且相關(guān)測(cè)點(diǎn)均需接入機(jī)組DCS系統(tǒng)。
2.2 ? ?供熱蝶閥改造
根據(jù)低壓缸零出力供熱技術(shù)需求,將原來(lái)2個(gè)不能完全密封的供熱蝶閥更換為2個(gè)可完全密封的液壓蝶閥,液壓蝶閥接口尺寸與改造后中低壓連通管規(guī)格保持一致。
2.3 ? ?低壓缸運(yùn)行監(jiān)視測(cè)點(diǎn)改造
機(jī)組在低壓缸零出力運(yùn)行時(shí),低壓缸通流部分運(yùn)行條件大幅偏離設(shè)計(jì)工況,處于小容積流量條件下運(yùn)行,會(huì)出現(xiàn)動(dòng)應(yīng)力增加、鼓風(fēng)、水蝕加劇等現(xiàn)象[3]。為充分監(jiān)視低壓缸通流部分運(yùn)行狀態(tài),確保機(jī)組安全運(yùn)行,需增加或改造以下運(yùn)行監(jiān)視測(cè)點(diǎn)[4]:
(1)增加低壓缸末級(jí)、次末級(jí)動(dòng)葉出口溫度測(cè)點(diǎn)(4個(gè));
(2)增加中壓缸排汽壓力測(cè)點(diǎn)(2個(gè))和溫度測(cè)點(diǎn)(2個(gè)),壓力測(cè)點(diǎn)采用絕壓變送器;
(3)增加低壓缸進(jìn)汽壓力測(cè)點(diǎn)(2個(gè))和溫度測(cè)點(diǎn)(2個(gè)),壓力測(cè)點(diǎn)采用絕壓變送器;
(4)更換原6段抽汽壓力、7段抽汽壓力和低壓缸排汽壓力變送器為高精度絕壓變送器(4個(gè))。
上述所有改造測(cè)點(diǎn)均需接入機(jī)組DCS系統(tǒng)。
2.4 ? ?低壓缸末級(jí)葉片抗水蝕金屬耐磨層噴涂處理
對(duì)低壓缸末級(jí)葉片實(shí)施金屬耐磨層噴涂處理,噴涂材質(zhì)采用德國(guó)進(jìn)口TA粉(NiCr金屬陶瓷粉末),粉末粒度為250~350目,涂層總厚度為0.10~0.20 mm,以提高低壓缸末級(jí)葉片抗水蝕能力,保證機(jī)組安全運(yùn)行。
2.5 ? ?低壓缸噴水減溫系統(tǒng)改造
為便于調(diào)節(jié)和監(jiān)視切除低壓缸運(yùn)行時(shí)低壓缸噴水減溫流量,維持低壓缸排汽溫度在安全范圍內(nèi),對(duì)原低壓缸噴水減溫系統(tǒng)增加流量測(cè)點(diǎn)和調(diào)節(jié)閥。
2.6 ? ?熱網(wǎng)循環(huán)水泵改造
1、2號(hào)機(jī)組低缸零出力供熱改造后,在單機(jī)組最大抽汽供熱工況條件下進(jìn)行熱網(wǎng)循環(huán)水泵適配性分析,其中熱網(wǎng)循環(huán)水溫度以當(dāng)前運(yùn)行值(供水100 ℃,回水50 ℃)為計(jì)算基準(zhǔn),改造后單機(jī)組最大抽汽供熱負(fù)荷為345.12 MW核算基準(zhǔn),最大可供熱面積734.30萬(wàn)m2,需要熱網(wǎng)循環(huán)水流量4 933 t/h。現(xiàn)2臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行,供水流量合計(jì)只有4 400 t/h,不能滿足供水流量的要求。為此,1、2號(hào)機(jī)6臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵均換成單臺(tái)流量為2 800 t/h的大流量泵,即可滿足供水流量需求。
3 ? ?低缸零出力運(yùn)行
3.1 ? ?低壓缸零出力投入條件
(1)熱網(wǎng)系統(tǒng)汽側(cè)投運(yùn)正常,且六段抽汽快關(guān)調(diào)節(jié)閥全開(kāi),低壓蝶閥(LCV閥)關(guān)至13%以下;
(2)機(jī)組負(fù)荷大于50 MW;
(3)“供熱請(qǐng)求”已投入;
(4)供熱抽汽逆止門未關(guān),3 s延時(shí);
(5)無(wú)“低缸零出力”切除信號(hào)。
3.2 ? ?運(yùn)行注意事項(xiàng)
(1)機(jī)組在低壓缸零出力運(yùn)行時(shí),如重要參數(shù)異常無(wú)法控制,應(yīng)及時(shí)退出低壓缸零出力運(yùn)行狀態(tài),恢復(fù)至機(jī)組抽汽供熱運(yùn)行狀態(tài)。
(2)低壓蝶閥(LCV閥)嚴(yán)禁在1%~10%的區(qū)間內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留,最長(zhǎng)不得超過(guò)10 min。
(3)“低缸零出力”投入后,冷卻蒸汽調(diào)門開(kāi)度嚴(yán)禁低于30%,保證冷卻蒸汽量≥10 t/h。
(4)真空對(duì)末級(jí)和次末級(jí)溫度影響較大,當(dāng)真空低于-83 kPa時(shí),投入“低缸零出力”時(shí)應(yīng)做好防止末級(jí)和次末級(jí)超溫的預(yù)想。
(5)“低壓缸零出力”投入時(shí),應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組監(jiān)視段壓力監(jiān)視,防止超壓。
(6)供熱期間“低缸零出力”長(zhǎng)時(shí)間投運(yùn)時(shí),如循環(huán)水供水溫度低至10 ℃,應(yīng)及時(shí)調(diào)整提高循環(huán)水溫。
(7)“低缸零出力”投入后,要加強(qiáng)低壓缸排汽、次末級(jí)、末級(jí)葉片溫度監(jiān)視和調(diào)整,防止超溫。
4 ? ?結(jié)論
西夏熱電廠1、2號(hào)機(jī)組分別于2019年11月完成了低缸零出力改造工作。通過(guò)一個(gè)供熱期的運(yùn)行,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,并得出以下主要結(jié)論:
(1)采用低缸零出力供熱技術(shù)能夠有效降低低壓缸冷卻蒸汽流量消耗,實(shí)現(xiàn)抽汽供熱與低缸零出力供熱靈活性切換,提高了機(jī)組供熱能力和深度調(diào)峰能力。相同鍋爐蒸發(fā)量條件下,切除低壓缸進(jìn)汽供熱可使機(jī)組供熱抽汽能力增加約117 t/h,折合可增加供熱面積約180萬(wàn)m2;相同抽汽流量條件下,低壓缸零出力供熱可使機(jī)組發(fā)電功率降低25 MW,發(fā)電煤耗降低30~40 g/kWh。
(2)根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況,切除低壓缸進(jìn)汽供熱運(yùn)行時(shí)存在的葉片鼓風(fēng)、顫振、水蝕加劇等問(wèn)題是可控的,切除低壓缸進(jìn)汽運(yùn)行在技術(shù)上是可行的。
(3)西夏熱電廠1、2號(hào)機(jī)組低壓缸零出力改造項(xiàng)目預(yù)算靜態(tài)總投資2 369.4萬(wàn)元,年收益1 578.2萬(wàn)元,投資回收期約1.5年,不僅改造費(fèi)用小,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也大幅降低,而且機(jī)組發(fā)電煤耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯下降,供熱能力大幅提升,可以取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[參考文獻(xiàn)]
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收稿日期:2020-07-07
作者簡(jiǎn)介:李文林(1972—),男,寧夏青銅峽人,工程師,主要從事火電廠運(yùn)行管理工作。