300 MW纯凝机组电厂供热改造工程

丁巧芬

（南京苏夏工程设计有限公司，南京 210036）

3 00MW纯凝机组为中型发电机组，它配有效率比较高的烟气除尘脱硫装置，它的机炉煤耗和发电汽耗都比较低，但与600MW和1 000MW大型发电机组相比，它的各项性能指标仍有存在一定差距。电厂为了提高经济效益，降低发电能耗，部分电厂依据自身实际状况对发电机组实施了热电联产技术改造，取得了显著的经济和环保效果。笔者结合自己参与数十台300MW纯凝发电机组供热改造的工程设计，剖析一个300MW黄金供热工程的设计。该机组汽轮机为亚临界、一次中间再热、双缸〈高中压合缸〉双排汽、单轴、凝汽式汽轮机，型号为N 300—16.7/537/537，铭牌出力为300MW，主汽门前蒸汽额定压力为16.7MPa(a)。

主汽门前蒸汽额定温度为537℃，工作转速为3 000 r/m in，额定背压为5.39 kPa(a)〔20℃水温〕，额定工况下给水温度为274.8℃，回热级数为三高、四低一除氧，VWO工况〔调节阀全开〕下蒸汽流量为1 025 t/h（最大进汽量），额定工况下净热耗为 7 942 kJ/kW·h，额定工况（THA）蒸汽流量为 918 t/h，额定工况下发电机功率为300 065 kW。该汽轮机在纯凝工况下低压缸排汽量为544 170 kg/h，高压缸、中压缸、低压缸、各缸抽汽主要供高加、低加、除氧器锅炉给水加热用汽，机组本体未设可供供热的抽汽口。

1 机组供热改造的原则

1.1 确保机组安全可靠运行

1.1.1 机组本体通流部分无需任何改造

根据多个电厂改造设计经验，机组供热改造时其机组本体通流部分不作任何改造，只需更换中压缸至低压缸之间的连通管，在连通管上接出供热抽汽管道，并在连通管上设置抽汽压力调节阀来控制抽汽压力。同时在连通管和抽汽管道上设置压力平衡波纹管补偿器、安全阀和止回阀等安全控件。以上改造内容，通过电厂与汽轮机厂家签订机组供热改造技术协议，并由汽轮机厂家负责设计供货。

机组供热在高排、中排抽汽后，高排与中排排汽压力会有所降低，高压缸叶片应力将会增加，汽轮机机头端推力将会增大，经过计算及供热电厂经验，通常增加的应力和推力都在允许值的范围之内，所以机组在抽汽供热后运行是安全的。

1.1.2 控制高排和中排抽汽量

对供热重要参数如压力、温度和供热蒸汽流量都集中于主厂房控制室原DCS系统的监控中，另外还设有机组安全保护设施，对高排和中排供热抽汽量加以控制，使之不超过厂家规定的抽汽量。从而确保机组的推力和叶片应力在允许范围内。

1.2 确保供热的可靠性

1.2.1 热源系统切换调节方便和运行可靠

在大多数情况下增设2台压力匹配器与相应的2台汽轮发电机组匹配运行，而且这二台压力匹配器可以互为备用，同时利用厂内已有的减温减压器作为压力匹配器的在线热备用，从而确保了供热的可靠性。

1.2.2 压力匹配器进口热源相互连通

在多数情况下压力匹配器进口的驱动蒸汽和低压蒸汽在供热站的进口都已相互连通，在任何不利工况下，压力匹配器都有可靠的供热汽源。

1.3 节能

合理利用蒸汽能源，根据用户用热参数（压力、温度）及输送距离，可采用分级供热。

1.3.1 抽汽直供

对电厂邻近或用汽参数低的用户，可采用中排抽汽直接供给，以避免减温减压造成的蒸汽能源损失。

1.3.2 采用压力匹配器供热

厂内已有的减温减压器仅作为备用热源，对离电厂较远或用汽参数较高的热用户，可采用高排中压抽汽，通过压力匹配器提升中排低压蒸汽压力，以满足热用户对蒸汽参数的要求。把原来未利用的中排低压蒸汽利用了，因此，在同样的供热量下，减少了高排中压蒸汽量，减少了机组供热后所牺牲的发电量，增加了热化发电量，从而提高了电厂整体效益。

1.4 节省工程投资

对厂内已有的供热设备如减温减压器，虽然节流减压能源利用不合理，但可以作为主要供热设备压力匹配器的备用设备，这样可以减少主要设备的数量，降低供热工程费用。

厂内新建的供热站，需要供电、供水和缩空气等，在总图布局时应尽量将供热站布置在主厂房附近，充分利用主厂房的电源、水源和气源，以节省电缆、仪表和管道等费用。

1.5 环境保护

电厂内实施供热改造新增加的供热热网对环境并无多少污染，供热管道排放的启动疏水可就近排到厂内下水管网内。对噪音较大的压力匹配器供热设备可采用室内布置，窗户采用双层窗，墙体设置隔音材料，可将噪音对环境的影响降低到最小。

2 热源设计

2.1 热源设计的原则

（1）合理利用蒸汽热源。尽量选用低参数蒸汽供热，抽汽可选用中排抽汽、高排热段或冷段再热蒸汽抽汽作为供热热源，尽量避免选用高压蒸汽通过减温减压供热，尽量减少供热后所牺牲的发电量。

（2）选择的热源应能满足热用户对汽量、汽压和汽温的要求。

（3）选定的高排、中排抽汽点接口位置应与汽轮机厂家共同商定，尽量减少接汽点对机组的推力。

2.2 供热热源

300MW纯凝机组对外供热可取的热源主要有2个，一个是中排抽汽，即从中压缸至低压缸连通管道上打孔抽汽，依据已改造的300MW机组经验，中排抽汽量约为150～200 t/h。中排抽汽压力随发电负荷变化而变化，压力约为0.6～0.8MPa（a），排汽温度约为315～330℃。另一个是抽高压缸排汽作为供热热源，可从冷段抽，也可以从热段抽。冷段抽汽量一般控制在45～50 t/h（机组汽缸通流部分不作修改），抽汽压力随发电负荷得变化而变化，压力一般在3.4～3.8MPa，从热段的抽汽量一般为100～120 t/h,抽汽压力比冷段压力低约10%。

2.3 供热系统

2.3.1 对供热系统设计的要求

（1）应能满足各种不同蒸汽用户的用汽流量、压力和温度要求。

（2）确保供热的可靠性和连续性，在机组检修、故障、不同发电负荷下均能满足各个热用户对用汽流量、压力和温度要求。

（3）合理利用能源，根据热用户用汽参数、距离电厂供热站的远近、用汽的要求、经过供热方案的技术经济比较，确定是否按蒸汽参数分等级供热方式。

（4）优化供热系统设计，在热源抽汽参数、供热要求蒸汽参数合适的情况下优先采用压力匹配器供热方案，尽量减少节流热损失，从而提高蒸汽的能源利用效率。

2.3.2 供热系统的选择

供热系统是热源的心脏，供热系统设计的是否正确合理，直接关系到供热的安全及经济运行。供热系统一般应根据高排和中排抽汽参数，用户要求的蒸汽参数、输送的距离及用汽的特点来确定，归纳起来有4种供热方式：

（1）采用中排抽汽直接供热。此种方式适用于用汽压力不高、输送距离较近的热用户供热。但是中排抽汽压力会随着机组发电负荷和总进汽量降低而降低，在机组额定发电负荷、总进汽量为918 t/h时，中排抽汽压力约为0.76MPa(a)；在机组额定发电负荷为70%、总进汽量为650 t/h时，中排抽汽压力约为0.54MPa(a)；由于受抽汽压力的限止，此法只适用电厂附近的低压蒸汽用户。此种供热方式，只消耗在低压缸的发电量，节能效果好。

（2）采用高排抽汽直接供热。此法适用于用汽压力较高及输送压降降压后任能满足直接供热的用户。一般采用高排冷段抽汽，压力约为3.6MPa(a)。为了防止锅炉再热器超温，高排冷段再热蒸汽抽汽量一般控制在45 t/h以下。在不同发电负荷下，高排冷段抽汽温度较平稳，约为320℃。若高排抽汽供热量超过45 t/h，可采用热段抽汽供热，热段再热蒸汽最大抽汽量可达100～120 t/h，热段抽汽压力比冷段低10%左右，热段抽汽温度约为537℃。采用高排热段再热蒸汽直接供热，需设置减温器，当温度减到280～300℃后开始供热，产生的二次蒸汽量为155%～20%。

（3）采用减温减压器供热。汽源可采用热段再热蒸汽抽汽，热段允许的抽汽量大、温度高、经减温后还能产生约15%～20%的二次蒸汽量。减温减压器供热蒸汽参数应根据蒸汽用户用汽参数、输送距离和终端用户的要求，通过水力计算和温降计算来确定。减温减压器减压采用的是蒸汽节流手段，它把本来具有膨胀作功能力的高压蒸汽通过节流使之无法做功，能源利用不合理。减温减压器技术成熟、安全、可靠，一般作为热备用。

减温减压器也可采用冷段再热蒸汽抽汽作为汽源，但冷段抽汽量小，这部分蒸汽又未经锅炉再热器再热，烟气余热未被充分回收。

（4）采用压力匹配器供热。压力匹配器是提高低压蒸汽压力的专用设备，采用的是蒸汽喷射技术，它的工作原理是利用中压蒸汽或高压蒸汽作为驱动蒸汽，通过喷嘴喷射产生高速气流将低压蒸汽吸入而将低压蒸汽的压力和温度提升，满足热用户用汽参数要求。

3 应用实例

江苏南通天生港电厂现有300MW中间再热纯凝式汽轮发电机组（型号为N 300-16.7/537/537）4台，现已将1＃和2＃机组改造为抽凝式供热机组。在额定工况下，这两台机组的供热量为100 t/h，这两台机组已于2009年投用，供电煤耗降低13 g/kW。取得了较好的经济效益、节能效益、环境效益和社会效益。

该厂采用压力匹配器供热。压力匹配器汽源及输出蒸汽参数：驱动蒸汽采用高排冷段再热蒸汽，在额定发电工况下，压力为3.7MPa(a)，被抽吸中排低压蒸汽参数（在额定发电工况下）压力为1.05 MPa(a)，温度为370℃，供热输出压力为1.2MPa（G），温度为330～340℃。压力匹配器驱动蒸汽、低压蒸汽、输出蒸汽用量分别为（在额定发电工况）45 t/h、55 t/h和100 t/h。由于南通天生港电厂采用了南京苏夏工程设计有限公司的长输热网专有技术，已把热网供热半径扩大到25 km。压力匹配器送出的蒸汽温度为310～330℃，由于是长输热网，因此供热站未设减温器。

供热运行按单元制运行,2台压力匹配器与相应的机组采用单元制连接，为了使2台压力匹配器热源能相互切换，在供热站设有低压蒸汽联箱，1＃机和2＃机中排抽汽可在低压联箱相互连通。这样系统调节、切换更加灵活和方便。根据供热负荷，2台压力匹配器可一用一备，也可同时运行。在2台压力匹配器满负荷运行时，该电厂已留有减温减压器可作为热备用。

在供热分汽缸上，对供热系统重要参数如压力、温度、压力匹配器的进口的驱动蒸汽流量、低压蒸汽流量、分汽缸出口的供热蒸汽流量的采集已全部集中到主控室相应机组的DCS系统监控中。

供热站在设计时应将其布置在主厂房附近，这样可以使用主厂房内的汽源、电源、气源和水源，从而节省工程建设费用。该厂的供热站距离主厂房距离约80m。

4 结语

300MW机组经热电联产改造后，经计算在200 t/h供热负荷下，该厂每年可减少向大气排放烟尘量约4 000～51 760 t；减少SO2排放量约1 190～6 455 t；减少灰渣排放量约2.2×104～5.3×104t，取得了显著的节能和减排效益，降低了发电单耗。因此，对城镇实施集中供热，对于中小型电厂而言，是一个提高能效，降低发电成本的好方法。

[1]叶涛.热力发电厂（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2006.