深度调峰背景下低压缸不进汽改造案例分析

徐海鹏　夏明　杨志群　郑立军

摘  要：本次改造采用低压缸不进汽改造方式，进一步开发机组供热潜力，改造后机组最大采暖抽汽量可达到656t/h，该公司将能满足近三年外界采暖热负荷需求。当其中任何一台机组故障停运时，均能达到供热安全裕度。

关键词：低压缸不进汽;供热潜力;供热安全

中图分类号：TK261         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）34-0103-03

Abstract： This transformation adopts the transformation mode of low pressure cylinder without steam intake， and further develops the heating potential of the unit. After the transformation， the maximum heating and extraction capacity of the unit can reach 656 t/h， and the company will be able to meet the demand of external heating load in the past three years. When any one of the units is shut down， the heating safety margin can be achieved.

Keywords： low pressure cylinder without steam intake; heating potential; heating safety

1 概述

近年来，增加清洁电力供应，促进节能环保、清洁生产、清洁能源等绿色产业发展成为趋势。当前，我国电力系统调节灵活性欠缺、电网调度运行方式较为僵化等现实造成了系统难以完全适应新形势要求[1]。

煤电机组深度调峰，为风电等新能源机组提供充足的上网电量，减少三北地区弃风弃光负荷国家发展要求。为了适应深度调峰的需要，汽轮机侧可以从低压缸入手，减少低压缸进汽量;通过技术改造，实现低压缸不进汽的工况，成为一种可行的方法。

某发电有限公司规划容量為1800MW，为该省主力电厂之一，设计使用年限30年。一期工程安装2台300MW亚临界燃煤机组，后经通流改造设计、汽轮机厂制造扩容为330MW，并在中低压缸连通管处打孔抽汽改为供热机组。二期工程安装两台670MW超临界燃煤机组，两台机组也已经进行打孔抽汽改造改为供热机组。

为了缓解电厂进一步拓展供热市场的热源不足问题，有效提高现有机组的供热能和调峰能力，该公司计划实施300MW级机组进行供热扩容改造。项目的实施将充分发挥热电联产机组集中供热的优势，大大提高供热安全可靠性，是响应该地区供热市场发展战略布局，占领供热市场的重要举措，将对该地区的经济发展、城市建设及城市环境的改善起到积极的作用。

2 汽轮机概况

30万机组汽轮机参数如表1所示。

3 供热系统

3.1 一期热网首站

一期热网首站设计总供热面积为1200×104m2，总设计供热负荷最大为480MW，总供热平均为345MW，最小为240MW。设计汽源参数为0.40MPa.a，245.7℃，根据系统配置，疏水总回水设计温度为90℃。热网首站设计供回水温度为130/70℃，供热服务半径为11km，最大供热距离为14.8km，热网首站循环水泵扬程为115m H2O，定压点压力为0.3MPa。

一期热网首站设计总用汽量688t/h，其中原热网首站基本加热器用汽量为552t/h，工业汽轮机用汽量为128t/h，补水除氧为8t/h。由中压缸排汽口引出0.4MPa.a，245.7℃的过热蒸汽进入原热网首站后，一部分进入首站工业汽轮机以冲击方式带动汽轮机转子旋转，工业汽轮机采用电子调节的方式调节蒸汽量，控制转速，蒸汽做功后的0.15MPa.a、198℃背压排汽经各排汽支管汇入排汽总管，再进入预热加热器进行换热;一部分经各基本加热器支管进入各热网首站基本加热器，进行换热;另一部分经除氧器支管，进入除氧器，与原热网首站补水混合除氧后，作为补水进入热网循环水系统;还有一小部分蒸汽经调节阀进入疏水罐调节疏水罐压力。

热网疏水由原热网首站内的疏水泵经疏水管道送至供热机组#2低加出口凝水管道内。在主厂房内还有流量测量装置及流量调节阀控制机组的回水量。

3.2 厂区热力管网

供热抽汽管道从中压缸排汽出口的中低压连通管引出，在连通管上加装三通和供热调节阀。抽汽管道从三通分支引出，管径为φ1420×10，管道在厂房内架空布置，管道在出厂房后沿厂区管架到达供热首站;采暖抽汽疏水回水采用母管制，回水温度90℃。疏水由供热首站内的凝结水疏水泵经回水管道送至1号机2号低加出口凝水管道内。在主厂房内由流量测量装置及流量调节阀控制机组的回水量。

4 热负荷现状

截至2017～2018年供暖期，该公司实际民用高温水集中供暖面积已达到1081万m2，工业供汽量平均约15t/h，最大约30t/h。据统计，2018～2019年供暖期，民用高温水集中供暖面积达到1800万m2，2019～2020年供暖期，实际供暖面积达到2820万m2。

该公司2018年供暖期实际最大供热能力2820×104m2。根据上述热负荷需求计划，该公司逐年热负荷需求面积增加见表2。

由于2020年～2021年供暖期供暖面积为3560万m2，2021年～2022年供暖期供暖面积为3850万m2，2022年～2023年达到4160万m2。2019年该公司实际供热面积为2820万m2，全厂具备供热能力为3405万m2，往后三年存在着供热缺口。因此接下来需安排好顺序进行300MW级机供热扩容改造和一期首站新建，以满足连续增长的外界热负荷需求。本次改造后，对外热负荷预计可实现供暖总面积达到4160万m2。

5 方案分析

该公司的330MW级机组中的汽轮机是亚临界、一次中间再热、高中压合缸、双缸、双排汽、单轴抽汽凝汽式汽轮机。1号机组是经通流改造和打孔抽汽之后由纯凝改为供热的机组，中低压缸联通管（DN1400）打孔抽汽增加抽汽管道（DN1400）后改为采暖抽汽机组，新蒸汽进入高中压部分作功，膨胀至一定压力后分为二股，一股抽出直至热网首站加热器，一股进入低压缸继续膨胀作功，最后排入凝汽器。

联通管处加装控制采暖抽汽参数的调节阀，当采暖抽汽管道上的逆止阀、快关阀以及调节阀全关，联通管调节阀全开时即为凝汽运行状态，此时采暖抽汽为零。若通过联通管调节阀全关断，切除低压缸进汽，使得中压排汽全部用于供热，此时机组为以热定电的背压机组。但实际运行中，为了冷却低压缸，带走末几级长叶片鼓风摩擦损失所产生的热量，必须有一定量的蒸汽流过低压部分进入凝汽器，因此打孔抽汽时新增的联通管调节阀具有一定漏流能力，此种措施虽然保证了低压级的安全运行，但是限制了机组的最大供热能力，热电比例受限，机组无法实现深度调峰的能力。

为了进一步扩大该公司1号机组的供热能力，同时有效提高电厂机组的调峰能力和缓解突出严重的热电矛盾，本项目将推出低压缸不进汽供热改造技术方案。

此供热改造方案使得机组在采暖期切除低压缸进汽，使其在高真空条件下“空转”运行;高中压缸背压供热运行，中压排汽全部通入供热系统，此种技术首先可以有效扩大机组的供热能力，同时可以适应火电机组调峰运行的需求，在保证相同供热能力的前提下，通过切除低压缸进汽，进一步降低机组负荷，以此技术来提升机组供热能力、增大机组调峰运行能力。

6 改造后运行方式分析

本项目改造完成后，当采暖季初末期，该公司机组以抽凝状态运行;高寒期，可以将1号机以切缸运行，其它机组以抽凝状态运行。根据以往经验，该公司采暖季难以保证四台机组同时运行。因此，分析项目达产后，该公司四台机组任何一台机组停运后机组的运行方式。

改造后，该公司机组的采暖抽汽总量为2306t/h，折合供热能力为1662MW，可接待供热面积为4155万m2。本项目热负荷达产后，该公司全厂采暖供热面积为4160万m2。当1号-4号机组任何一台机组停运时，全厂供热能力均难以满足外界热负荷需求。如3号、4号机组停运一台，全厂采暖抽汽最大总量下降为1706t/h（此时1号机按切缸运行、2号机按最大抽汽工况运行，3号或4号机按最大抽汽工况运行），折合供热能力为1226MW，可接待供热面积为3065万m2，2022-2023采暖季4160万m2供热面积的供热安全性为73.6%;如2号机组停运，全厂采暖抽汽最大总量下降为1856t/h（此时1号机按切缸运行、3号和4号机均按最大抽汽工况运行），折合供热能力为1342MW，可接待供热面积为3355万m2，2022-2023采暖季4160万m2供热面积的供热安全性为80.6%;如1号机组停运，全厂采暖抽汽最大总量下降为1650t/h（此时2号机按最大抽汽工况运行，3号和4号机按最大抽汽工况运行），折合供热能力为1192MW，可接待供热面积为2980万m2，2022-2023采暖季4160万m2供热面积的供热安全性为71.6%。因此当1号-4号机组任何一台机组停运时，全厂供热能力均难以滿足外界热负荷需求，但是能保证70%以上供热安全系数。

当该公司四台机组任何一台机组停运后，均可通过热网供回水管道连络管上的调节阀调整水量，保证该公司各个供热地区的供热安全系数;当该公司1号、2号机组任何一台机组停运后，3号、4号机组也可通过互联互通的采暖抽汽管道阀门调整供汽量，保证该公司各个区域的供热安全系数。

7 结论

本项目具有良好的经济效益和节能效益，同时满足机侧深度调峰的需求，为风电、光电等新能源机组上网发电创造条件，符合当前国家能源政策。

参考文献：

[1]国家发改委和国家能源局印发《关于提升电力系统调节能力的指导意见》[J].能源研究与利用，2018（03）：10.

[2]王丽华.200MW汽轮机低压缸气动优化设计[J].汽轮机技术，2007（05）：349-351.

[3]阳虹，王沛，张宏武.汽轮机排气缸流场的数值模拟研究[J].热力透平，2007（03）：150-152.