某電廠350 MW機(jī)組乏汽余熱回收利用改造方案分析

夏明 許青云

作者簡介：

夏明（1990—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)樵淳W(wǎng)荷儲一體化。

許青云 （1990—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)樵淳W(wǎng)荷儲一體化。

摘? 要：一方面，隨著廠外采暖面積的增長，供熱安全性需得到保障；另一方面，國家密集出臺相關(guān)政策，對火電機(jī)組深度調(diào)峰提出要求，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組通過改造，獲得更深的調(diào)峰能力成為企業(yè)生存發(fā)展的需要。以某電廠#1、#2機(jī)組乏汽余熱回收利用改造為案例，通過對比分析不同技術(shù)路徑，制訂改造方案，有效提高了現(xiàn)有機(jī)組的供熱能力和調(diào)峰能力。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)? ?余熱回收? ?回收供熱能力? ?深度調(diào)峰

中圖分類號：TM621

Abstract： On the one hand， with the growth of the heating area outside the plant， heating safety needs to be guaranteed. On the other hand， the state has intensively introduced relevant policies to put forward requirements for the deep peak-load regulation of thermal power units， and cogeneration units have obtained the deeper peak-load regulation capability through transformation， which have become the needs for the survival and development of enterprises. Taking the recycle and transfromation of the dead steam and waste heat in Unit #1 and Unit #2 of a power plant as a case， a transfromation plan was formulated through the comparative analysis of different technical paths， which effectively improves the heating capacity and peak-load regulation capacity of the existing units.

Key Words： Cogeneration; Waste heat recovery; Recycling heating capacity; Deep peak-load regulation

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，近年來新能源發(fā)電機(jī)組快速發(fā)展，上網(wǎng)電量逐年增長，傳統(tǒng)火電機(jī)組需低負(fù)荷運(yùn)行，為新能源上網(wǎng)發(fā)電留出空間；另一方面，傳統(tǒng)火電機(jī)組在采暖季需要保證一定的機(jī)組負(fù)荷，保障民生采暖的需要。傳統(tǒng)火電機(jī)組的熱電矛盾成為能源行業(yè)普遍關(guān)注的問題，通過技術(shù)改造提升機(jī)組熱電比，滿足機(jī)組深度調(diào)峰成為研究熱點(diǎn)[1-3]。本文以某電廠乏汽余熱利用改造為案例，對不同方案進(jìn)行技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比研究，提出解決機(jī)組供熱與深度調(diào)峰之間矛盾的較優(yōu)方案，為同類型機(jī)組改造提供參考。

1? 機(jī)組概況

某電廠配備了2臺超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、采暖抽汽，直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)抽汽回?zé)峒墧?shù)為7級，配汽動給水泵，小機(jī)排汽直接空冷。汽輪機(jī)采用高中壓缸聯(lián)合啟動方式。

兩臺機(jī)組共用一套熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)，熱網(wǎng)供、回水溫度為130 ℃/70 ℃，熱網(wǎng)供、回水管徑為φ1 220×16。

2? 乏汽余熱利用改造方案對比分析

目前，可提升汽輪機(jī)供熱能力的技術(shù)路線主要有兩種：高背壓供熱和低壓缸零出力技術(shù)。

2.1? 高背壓余熱回收供熱技術(shù)

高背壓技術(shù)是通過提高機(jī)組排汽背壓，達(dá)到利用乏汽直接加熱熱網(wǎng)回水目的[4]。傳統(tǒng)的高背壓運(yùn)行供熱技術(shù)主要受以下幾方面的限制。

（1）高背壓運(yùn)行時，通過的新汽量決定于用戶熱負(fù)荷的大小，所以發(fā)電功率受用戶熱負(fù)荷的制約，不能分開獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)節(jié)，即其運(yùn)行是“以熱定電”，因此只適用于用戶熱負(fù)荷比較穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)。

（2）經(jīng)主機(jī)廠核算，機(jī)組在不同負(fù)荷率條件下，機(jī)組允許背壓值如圖1所示。

見圖1所示，負(fù)荷率位于20%～80%之間，隨著機(jī)組負(fù)荷率升高，背壓值報警線逐漸升高；負(fù)荷率位于80%～100%之間，隨著機(jī)組負(fù)荷率升高，背壓值報警線趨于平緩大約60 kPa。

考慮到機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率，同時為保證一定的安全裕度，機(jī)組高背壓取33 kPa運(yùn)行，對應(yīng)飽和蒸汽溫度71.3 ℃，考慮3 ℃端差，高溫水溫度可達(dá)68.3 ℃。

采暖季初末期，采用乏汽加熱循環(huán)水，高寒期，采用乏汽進(jìn)行一級加熱，中排排汽進(jìn)行二級加熱。

2.2? 低壓缸零出力技術(shù)

見圖2所示，該圖是低壓缸零出力技術(shù)原理圖，低壓缸零出力供熱技術(shù)在低壓缸高真空運(yùn)行條件下，切除低壓缸原進(jìn)汽管道進(jìn)汽，通過新增旁路管道通入少量（＜30 t/h）的冷卻蒸汽，用于帶走低壓缸零出力供熱后低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的鼓風(fēng)熱量，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組低壓缸接近“零出力”運(yùn)行[5-6]。

結(jié)合電廠實(shí)際，低壓缸零出力改造后，單臺機(jī)組最大抽汽量由550 t/h（熱平衡圖顯示）提升至710 t/h（TMCR進(jìn)汽工況），增加160 t/h。

2.3? 不同方案組合對比分析

該電廠有2臺機(jī)組，共有3種改造方案。方案一：2臺全部高背壓改造；方案二：2臺全部切缸改造；方案三：1臺切缸改造，1臺高背壓改造。

下面分別對3個方案進(jìn)行分析。

2.3.1? 方案一：2臺全部高背壓改造

根據(jù)文件要求，省調(diào)有關(guān)煤電企業(yè)需“認(rèn)清形勢，轉(zhuǎn)變觀念，主動實(shí)施靈活性改造”“充分挖掘存量煤電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力，推進(jìn)風(fēng)光火（儲）一體化發(fā)展”。因此，全部實(shí)施高背壓改造不符合靈活性運(yùn)行的要求。高背壓改造不利于機(jī)組靈活性調(diào)峰，2臺機(jī)組全部進(jìn)行高背壓改造則大大限制了電負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。因此，將方案一排除在外。

2.3.2? 方案二：2臺全部切缸改造

2臺機(jī)組全部切缸改造，機(jī)組可以根據(jù)采暖季深度調(diào)峰要求選擇切缸運(yùn)行或抽凝運(yùn)行，具有較大的靈活性，下面具體分析。

（1）兩臺機(jī)組切缸，高寒期機(jī)組切缸運(yùn)行，運(yùn)行時間21 d，平均抽汽量356.4 t/h；初末期抽凝運(yùn)行，運(yùn)行時間147 d，平均抽汽量224.4 t/h。

（2）根據(jù)全年發(fā)電量不變，計算出非采暖期發(fā)電量，同時得出非采暖季平均負(fù)荷率。

（3）根據(jù)不同運(yùn)行模式下的抽汽量或負(fù)荷率，查找熱平衡得出發(fā)電煤耗率。

（4）計算不同時期機(jī)組發(fā)電耗煤量，求和得出全廠全年發(fā)電耗煤量。

按照以上計算可以得出，方案②全廠發(fā)電總耗煤量為98.02萬t。

2.3.3? 方案三：1臺切缸改造1臺高背壓改造

根據(jù)供暖熱負(fù)荷供熱調(diào)節(jié)的基本公式，外界環(huán)境溫度為0.4 ℃時，循環(huán)水供水溫度約為68.3 ℃。當(dāng)外界環(huán)境溫度高于0.4 ℃時（供暖初末期共計約48 d），高背壓凝汽器進(jìn)行一級加熱，即可滿足循環(huán)水的供水溫度要求，此時僅利用乏汽余熱即可滿足供暖需要。

當(dāng)外界環(huán)境溫度低于0.4 ℃時（共計約120 d），不僅需要高背壓凝汽器一級加熱，還需要中排抽汽二級加熱。乏汽由高背壓機(jī)組提供，中排抽汽由切缸機(jī)組提供。

擬定#1機(jī)組切缸改造，#2機(jī)組高背壓改造。計算方法如下。

（1）#1機(jī)組供給首站中排抽汽，高寒期切缸運(yùn)行，運(yùn)行61 d，平均抽汽量354.6 t/h，中期抽凝運(yùn)行，運(yùn)行58 d，平均抽汽量103.2 t/h，初末期純凝運(yùn)行，運(yùn)行49 d。

（2）#2機(jī)組供給首站機(jī)組乏汽，運(yùn)行168 d，平均乏汽量348.2 t/h。

（3）根據(jù)不同運(yùn)行模式下機(jī)組抽汽量或乏汽量查找熱平衡圖得出對應(yīng)發(fā)電煤耗率和發(fā)電負(fù)荷。

（4）計算不同時期機(jī)組發(fā)電耗煤量，求和得出全廠全年發(fā)電耗煤量。

按照以上計算可以得出，方案③全廠發(fā)電總耗煤量為97.73萬t。

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，方案三比方案二的總耗煤量小0.29萬t，方案三節(jié)煤量更大，經(jīng)濟(jì)性更好，所以推薦方案三。由于高背壓改造需要新增外置凝汽器，凝汽器與原有乏汽大管道應(yīng)近距離布置，#2機(jī)組的乏汽大管道周圍位置充裕，#1機(jī)組的乏汽大管道周圍位置狹小，因此考慮對#2機(jī)組進(jìn)行高背壓改造。按照方案3的要求，1臺進(jìn)行高背壓改造，另一臺進(jìn)行切缸改造，則#1機(jī)組進(jìn)行切缸改造。

2.4? 小結(jié)

本次改造擬選擇高背壓改造方案和低壓缸切除改造方案，對2號機(jī)組實(shí)施高背壓改造，對1號機(jī)組實(shí)施低壓缸零出力改造。本次改造分為二期，一期工程采用切缸改造進(jìn)一步開發(fā)1號機(jī)組供熱潛力，二期工程采用高背壓技術(shù)對2號機(jī)組進(jìn)行改造。

3? 改造后機(jī)組運(yùn)行方式

根據(jù)主機(jī)廠提供的切缸改造后的熱平衡圖，#1機(jī)組切缸改造后，TMCR進(jìn)汽工況，中排可抽取710 t/h蒸汽；根據(jù)高背壓改造后的熱平衡圖，#2機(jī)組高背壓改造后，TMCR工況，1 146 t/h進(jìn)汽量，背壓33 kPa、低壓排汽量702.13 t/h，給水泵小機(jī)排汽77.75 t/h，乏汽排汽量共計779.88 t/h，扣除空冷島防凍用汽，可用于高背壓凝汽器的流量為650 t/h。

采暖季按照以下原則分配2臺機(jī)組供汽。

（1）#1機(jī)組提供中排抽汽，#2機(jī)組提供機(jī)組乏汽。

（2）采暖季初末期，環(huán)境溫度較高，僅利用#2機(jī)組乏汽加熱循環(huán)水即可滿足采暖需求。

（3）隨著環(huán)境溫度降低，除#2機(jī)組乏汽一級加熱外，還需#1機(jī)組進(jìn)行二級加熱。

按照以上原則進(jìn)行計算，得出如下結(jié)果：#1機(jī)組供給首站中排抽汽，高寒期切缸運(yùn)行，運(yùn)行61 d，平均抽汽量354.6 t/h，中期抽凝運(yùn)行，運(yùn)行58 d，平均抽汽量103.2 t/h，初末期純凝運(yùn)行，運(yùn)行49 d。#2機(jī)組供給首站機(jī)組乏汽，運(yùn)行168 d，平均乏汽量348.2 t/h。4? 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1? 改造前機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)

（1）改造前兩臺機(jī)組抽凝運(yùn)行滿足采暖需求，按照1 140萬采暖面積計算，單臺機(jī)組采暖季平均抽汽量為236.8 t/h，對應(yīng)電負(fù)荷為313.7 MW。

（2）全年發(fā)電量不變（機(jī)組利用小時數(shù)4 918 h），計算出非采暖季機(jī)組平均發(fā)電功率。

（3）計算出機(jī)組采暖季抽凝工況（抽汽量，電功率）、非采暖季純凝工況（電功率）對應(yīng)的發(fā)電煤耗率。

（4）計算改造前全廠發(fā)電耗煤量。

按照以上計算可以得出，改造前全廠發(fā)電總耗煤量為98.41萬t。

4.2? 改造后機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)計算

（1）#1機(jī)組供給首站中排抽汽，高寒期切缸運(yùn)行，運(yùn)行61 d，平均抽汽量354.6 t/h，中期抽凝運(yùn)行，運(yùn)行58 d，平均抽汽量103.2 t/h，初末期純凝運(yùn)行，運(yùn)行49 d。

（2）#2機(jī)組供給首站機(jī)組乏汽，運(yùn)行168 d，平均乏汽量348.2 t/h。

（3）根據(jù)不同運(yùn)行模式下機(jī)組抽汽量或乏汽量查找熱平衡圖得出對應(yīng)發(fā)電煤耗率和發(fā)電負(fù)荷。

（4）計算不同時期機(jī)組發(fā)電耗煤量，求和得出全廠全年發(fā)電耗煤量。

按照以上計算可以得出，改造后全廠發(fā)電總耗煤量為97.73萬t。

4.3? 小結(jié)

改造前全年發(fā)電耗煤量為98.41萬t，改造后前全年發(fā)電耗煤量為97.73萬t，所以改造后節(jié)煤量為0.68萬t，標(biāo)煤價400元/t（含稅），折合272萬元。

5? 結(jié)語

改造后，供熱初末期只采用一級高背壓加熱循環(huán)水方式運(yùn)行，極寒期采用一級高背壓加熱循環(huán)水，二級中排排汽加熱循環(huán)水的方式。一期二期工程實(shí)施后，該電廠將能滿足近幾年采暖熱負(fù)荷需求，同時具有深度調(diào)峰能力。

參考文獻(xiàn)

[1]甘益明，王昱乾，黃暢，等.“雙碳”目標(biāo)下供熱機(jī)組深度調(diào)峰與深度節(jié)能技術(shù)發(fā)展路徑[J].熱力發(fā)電，2022，51（8）：1-10.

[2]于沛東，鄭印偉，何曉迪，等.“雙碳”背景下火電企業(yè)轉(zhuǎn)型升級與發(fā)展對策及路徑[J].能源研究與管理，2022，14（3）：20-25.

[3]陳文靜.基于新能源消納背景下火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰的分析與研究[J].冶金動力，2022（5）：5-8.

[4]肖瑤.高背壓供熱機(jī)組節(jié)能分析與運(yùn)行優(yōu)化[D].北京：華北電力大學(xué)（北京），2020.

[5]徐進(jìn)，王義.基于低壓缸零出力的350 MW機(jī)組裝機(jī)方案優(yōu)化與深度調(diào)峰能力分析[J].河北電力技術(shù)，2022，41（4）：84-88.

[6]李強(qiáng).火電廠供熱機(jī)組低壓缸零出力技術(shù)的研究[D].沈陽：沈陽工程學(xué)院，2020.