低壓缸零出力供熱改造技術(shù)方案探析

摘 ?要：隨著低碳環(huán)保理念的不斷推進(jìn)，我國(guó)新型清潔類能源的開發(fā)和使用受到全社會(huì)的高度重視，其中對(duì)于發(fā)電領(lǐng)域而言，可再生清潔能源具有較為廣闊的利用空間，如何對(duì)傳統(tǒng)火力電力系統(tǒng)進(jìn)行合理改造，為清潔能源的使用創(chuàng)造更多有利條件，成為了現(xiàn)階段該行業(yè)工作者重點(diǎn)考量的問題之一。本文結(jié)合某電廠的發(fā)電機(jī)組的實(shí)際使用情況，以發(fā)電機(jī)組的供熱技術(shù)為主要研究?jī)?nèi)容，通過對(duì)汽輪機(jī)本體與熱力系統(tǒng)改造、汽輪機(jī)輔機(jī)適用性以及供熱系統(tǒng)適配性等方面進(jìn)行綜合研究，提出了低壓缸零出力供熱改造技術(shù)方案，期望能夠?yàn)殡姀S適應(yīng)新時(shí)期行業(yè)的未來發(fā)展需求以及電力系統(tǒng)技術(shù)改造提供技術(shù)參考與寶貴的低壓缸零出力供熱技改經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：低壓缸;零出力;供熱改造;技術(shù)方案

現(xiàn)階段，我國(guó)大部分電力資源的生產(chǎn)供給依靠的仍是火力發(fā)電技術(shù)，需要憑借大型燃煤機(jī)組來實(shí)現(xiàn)供熱發(fā)電需求，該過程中需要消耗大量的不可再生資源，而且還會(huì)造成熱能浪費(fèi)。為了進(jìn)一步提升熱能利用率，緩解社會(huì)能源使用壓力，對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中的供熱機(jī)組進(jìn)行改造具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，這不僅是響應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)節(jié)能減排政策，同時(shí)也是改善民生問題的有效途徑。在同一城市當(dāng)中的跨區(qū)送熱是否能夠充分實(shí)現(xiàn)，在很大程度上取決于電廠供熱機(jī)組的供熱面積;此外，通過對(duì)供熱機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造，能夠有效實(shí)現(xiàn)電廠投資成本的降低以及收益率的提升控制，這也是相關(guān)技術(shù)改造項(xiàng)目實(shí)施帶來的重要利好價(jià)值。

1 電廠發(fā)電機(jī)組概況分析

本文主要以鄭州某電廠的供熱機(jī)組為實(shí)際案例，該機(jī)組系統(tǒng)總共包括兩臺(tái)供熱設(shè)備，但是使用的是一個(gè)熱網(wǎng)首站，配置有5臺(tái)管板式熱網(wǎng)加熱器。按照起初規(guī)劃，該電廠供熱機(jī)組要滿足周邊579.5萬㎡范圍的供熱覆蓋需求，對(duì)供熱機(jī)組的供熱能力要求較高，原有的機(jī)組設(shè)備運(yùn)行消耗較高且熱網(wǎng)覆蓋面積不足，實(shí)際無法滿足該需求，必須對(duì)原有機(jī)組進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。改造后增加一臺(tái)熱網(wǎng)加熱器，并將原本的抽凝式低壓缸機(jī)組，改造為低壓缸零出力供熱運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組低壓缸零出力運(yùn)行，降低了低壓缸的冷卻蒸汽消耗量，提高了機(jī)組供熱抽汽能力，同時(shí)滿足了熱網(wǎng)面積迅速擴(kuò)大的需求。完成改造后，機(jī)組運(yùn)行幾乎不會(huì)產(chǎn)生能源損失，可大幅度降低機(jī)組的綜合能耗水平，在提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方面也展現(xiàn)出了極大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[1]。

2 低壓缸零出力供熱改造具體技術(shù)方案

2.1 總體改造部署

在高真空環(huán)境條件下，采用完全密封的液壓蝶閥，將原有進(jìn)汽管道進(jìn)行封堵，阻斷原有低壓缸進(jìn)汽過程，將其改為供熱使用。同時(shí)新增旁路管道通入少量的冷卻蒸汽，用于帶走阻斷低壓缸進(jìn)汽后，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的鼓風(fēng)熱量。整個(gè)機(jī)組的供熱能力便得以大幅提升，而且還節(jié)約了由于進(jìn)汽所需消耗的發(fā)電功率，實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組的深度調(diào)峰，同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生明顯的冷源損失，機(jī)組的煤耗損失也進(jìn)一步減少。

2.2 汽輪機(jī)本體改造

2.2.1 中低壓連通管改造

根據(jù)總體改造部署方案，汽輪機(jī)部分需從中壓缸排汽通道，引出冷卻蒸汽送入低壓缸進(jìn)汽口，實(shí)現(xiàn)低壓缸末級(jí)葉片的冷卻。最初改造設(shè)計(jì)在連通管道部分增加抽汽三通裝置，但是由于低壓缸零出力運(yùn)行時(shí)的抽汽量也隨之增加，超出了設(shè)計(jì)規(guī)范要求，所以后期對(duì)抽汽口管徑進(jìn)行加大，直接從抽汽管道將冷卻蒸汽引入，去除了三通，在低壓缸入口管段增加冷卻蒸汽接入口[2]。

2.2.2 供熱蝶閥改造

原有機(jī)組供熱蝶閥為不完全密封形式，本次改造將其更換為完全密封結(jié)構(gòu)，蝶閥接口的改造后尺寸為DN1400，與中低壓連通管規(guī)格保持一致。

2.2.3 低壓缸運(yùn)行監(jiān)視點(diǎn)完善

改造后增加8個(gè)低壓缸末級(jí)、次末級(jí)動(dòng)葉出口溫度測(cè)點(diǎn);1個(gè)低壓缸進(jìn)汽壓力測(cè)點(diǎn)和1個(gè)溫度測(cè)點(diǎn);部分關(guān)鍵壓力測(cè)點(diǎn)更換為高精度絕壓變送器，可實(shí)現(xiàn)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。

2.3 低壓通流部分冷卻蒸汽系統(tǒng)改造

在中壓缸和低壓缸之前連通設(shè)置冷卻蒸汽系統(tǒng)，冷卻蒸汽管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥和流量孔板以及蒸汽壓力、溫度、流量測(cè)點(diǎn)，相關(guān)測(cè)點(diǎn)均接入機(jī)組DCS系統(tǒng)。冷卻蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷卻蒸汽流量約為20t/h，冷卻蒸汽參數(shù)取改造后鍋爐出力45%MS，工況對(duì)應(yīng)的供熱抽汽壓力為0.35MPa，溫度為330.1℃，管道規(guī)格DN350。

2.4 低壓缸噴水減溫系統(tǒng)改造

原有的低壓噴水減溫系統(tǒng)并未設(shè)置流量測(cè)點(diǎn)，溫控采用全開或者全關(guān)的單一控制模式，不具備靈活調(diào)節(jié)能力，通過改造后增加了流量測(cè)點(diǎn)和調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)了自定義噴水溫控。另外，減溫水噴頭布置和末級(jí)葉片距離也根據(jù)噴水情況進(jìn)行了優(yōu)化，降低了低壓缸零出力噴水減溫過程對(duì)末級(jí)葉片的水蝕程度[3]。

2.5 新增熱網(wǎng)首站設(shè)計(jì)方案

對(duì)原供熱抽汽管道進(jìn)行流速校核后，發(fā)現(xiàn)其超出規(guī)范要求，因此本次改造對(duì)供熱抽汽管道進(jìn)行了擴(kuò)容。在原有抽汽管道的基礎(chǔ)上再新增一支抽汽管道，該管道上設(shè)置抽汽逆止閥、抽汽快關(guān)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)蝶閥，接入新建熱網(wǎng)首站后，經(jīng)背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組做功，回收供熱抽汽壓力能后排汽進(jìn)入新增熱網(wǎng)加熱器與熱網(wǎng)循環(huán)水換熱。與此同時(shí)，新建首站內(nèi)每臺(tái)供熱機(jī)組配套兩臺(tái)熱網(wǎng)疏水泵，“一運(yùn)一備”配置，疏水經(jīng)熱網(wǎng)疏水冷卻器回至凝汽器，新增熱網(wǎng)疏水泵流量240t/h，疏水管道布置根據(jù)疏水系統(tǒng)阻力大小進(jìn)行變頻控制。疏水經(jīng)疏水泵升壓后，沿抽汽管道管架輸送至相應(yīng)機(jī)組除氧器凝結(jié)水進(jìn)水母管，疏水系統(tǒng)設(shè)置疏水母管和聯(lián)絡(luò)閥，正常工況為單元制方式運(yùn)行。另外，每個(gè)供熱機(jī)組還新增2臺(tái)熱網(wǎng)加熱器，從而滿足最大供熱工況運(yùn)行需求。

2.6 低壓缸零出力熱控系統(tǒng)改造

原控制系統(tǒng)中與供熱抽汽管道的低壓蝶閥控制對(duì)應(yīng)的是所有閉鎖，控制結(jié)果統(tǒng)一，改造后取消供熱低負(fù)荷投入保護(hù)邏輯以及與切除低壓缸進(jìn)汽有沖突的控制邏輯，增加切除低壓缸進(jìn)汽供熱投入/切除控制邏輯。對(duì)原低壓缸運(yùn)行相關(guān)的保護(hù)定值設(shè)置進(jìn)行保留，與切除低壓缸進(jìn)汽供熱運(yùn)行要求保持一致[4]。改造后新增監(jiān)視測(cè)點(diǎn)，同時(shí)接入DCS控制系統(tǒng)。

3 低壓缸零出力運(yùn)行試驗(yàn)

機(jī)組低壓缸零出力運(yùn)行時(shí)，低壓缸處于高真空、極低容積流量條件的運(yùn)行狀態(tài)，不同機(jī)組的低壓缸長(zhǎng)葉片鼓風(fēng)情況、汽缸差脹、轉(zhuǎn)子軸向位移變化、汽缸上下缸溫差等特性各不相同。因此，需通過低壓缸零出力試驗(yàn)進(jìn)行特征確認(rèn)，為后續(xù)控制方案及運(yùn)行指導(dǎo)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。具體包括了以下內(nèi)容：其一是高真空、極低容積流量條件下，低壓缸長(zhǎng)葉片在鼓風(fēng)工況下的溫度變化的測(cè)定試驗(yàn);其二是機(jī)組在切除低壓缸進(jìn)汽過程中以及運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)、差脹、轉(zhuǎn)子軸向位移變化、汽缸上下缸溫差、排汽溫度等的變化趨勢(shì)與規(guī)律測(cè)定試驗(yàn);其三是切除低壓缸進(jìn)汽過程中，機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的變化趨勢(shì)與規(guī)律的測(cè)定試驗(yàn);其四是定低壓缸零出力運(yùn)行時(shí)，主要輔機(jī)如凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、凝汽器抽空氣系統(tǒng)的適應(yīng)性測(cè)定試驗(yàn)。

4 環(huán)境影響分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

本次改造工程完成后不產(chǎn)生大氣污染物，提升了調(diào)峰能力，促進(jìn)了新能源消納，在一定程度上降低了煤耗及污染物排放，對(duì)區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量有一定的改善作用。同時(shí)，改造后的機(jī)組設(shè)備噪音污染也有所減少，對(duì)周圍居民的生活質(zhì)量提升也有著較為積極的影響。

在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面，改造后機(jī)組充分填補(bǔ)了當(dāng)?shù)爻鞘泄崛笨?，前期投入預(yù)計(jì)在第二年即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供熱效益最大化，但是后期隨著供熱量的不斷增加，可能還需要進(jìn)一步再尋求技術(shù)突破，從而保證電廠收益的可持續(xù)性[5]。

5 結(jié)束語

針對(duì)電廠供熱機(jī)組設(shè)計(jì)的低壓缸零出力供熱改造技術(shù)方案，最終經(jīng)過測(cè)試運(yùn)行驗(yàn)證了其改造價(jià)值，改造完成后的供熱機(jī)組最大采暖抽汽量增加約221.4t/h，發(fā)電功率降低約37.7MW，熱耗率下降約1851.4kJ/（kW·h），折合發(fā)電煤耗約63.6g/（kW·h）。與以往的高背壓供熱、光軸供熱方案相比而言，改造后的供熱系統(tǒng)不僅功能切換更加靈活多樣，而且還提高了供熱機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控能力，機(jī)組維護(hù)綜合效率提升，增強(qiáng)了電廠技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。與此同時(shí)，本次技改還積累了大量關(guān)于低壓缸零出力供熱改造的技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也為其它同類型改造工程的開展實(shí)施提供了行之有效的參考方案與范例。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

陳國(guó)軍1976年8月，男，籍貫：江蘇省張家港市，漢，本科，工程師，研究方向：火力發(fā)電。