300 MW空冷机组高背压供热改造

300 MW空冷机组高背压供热改造

赵岩1，冯云2

(1.中国华电集团公司，北京100031；2.中国华电集团公司河北分公司，石家庄 050000)

摘要：针对国内现有结构设计及控制模式比较成熟的供热机组容量偏小，新建高参数机组存在供热能力不足的问题，提出对现有300 MW空冷机组进行高背压改造的方案，通过改造后运行参数和供热效果分析，认为改造方案可行，改造效果兼具安全性和经济性，是现阶段通过现有机组改造解决北方城市供热的合理方案。

关键词：空冷机组；高背压；供热

收稿日期：2014-09-16

作者简介：赵岩(1980—)，男，会计师，主要从事电热力市场管理工作。

中图分类号：TM311

文献标志码：B

文章编号：1001-9898(2015)02-0047-02

Abstract:Aiming at the problem of the low installed capacity of existing heating units in China with maturely designed structure and control mode,and the low heating efficiency of newly built units with higher factors,the high pressure heating reformation plan of 300 MW Air Cooled Heat Supply Unit is brought forward.Through the analysis of operational factors and heating effect after the reformation,the plan proves feasible.Considers that the reformation plan is safe and economic,a reasonable trial to solve the heat supply in northern cities at the present stage.

High Pressure Heating Reformation of 300 MW Air Cooled Heat Supply Unit

Zhao Yan1,Feng Yun2

(1.China Huadian Corporation,Beijing 100031，China;2.Hebei Branch of China Huadian Corporation,Shijiazhuang 050000，China)

Key words:air cooled unit;high pressure heating;heat supply unit

2005年以前，国内的供热机组主要是50 MW、100 MW、200 MW抽汽凝汽机组，机组的结构设计及控制模式都比较成熟。随着近些年节能减排力度的不断加大，高耗能、污染严重的小火电逐步关停，部分城市尤其是北方城市的供热压力也随之增大，在不增加新建机组的前提下，对城市周边30 km范围内(最佳供热半径)的电厂进行供热改造成为现阶段解决此类问题的合理方案。300 MW机组在当前电网架构中，不再是系统的主力机组，对其进行供热改造，可以解决城市供热能力不足，降低机组的能耗水平，增加其在电力改革中的竞争力，为机组的生存与发展找出路。

1存在的问题

我国300 MW机组基本为一次中间再热机组，其热力系统相对较为复杂。常规情况下，300 MW机组供热改造基本是增加抽汽量，抽汽位置一般选在四段或是五段抽汽口。对于湿冷机组来说，这样势必造成汽轮机本体各级抽汽量的较大变化，需对变化后的各级抽汽量及各级间蒸汽通流重新校核，工作量较大；同时，各级抽汽量的大幅变化，还影响整台机组的热力系统运行，尤其是回热系统的运行。对于空冷机组，整体进行供热改造，由于要考虑冬季运行时空冷岛的防冻需求，中间抽汽量受到限制，供热能力无法大幅提升。某火力发电厂330 MW空冷机组，空冷岛的最低进汽量为270 t/h，抽汽量最大只能到500 t/h。

2高背压供热方案设计与实施

2.1　高背压供热方式的提出

根据空冷机组与湿冷机组不同的供热改造方案，提出新的改造思路，即不改变机组的抽汽方式，不对汽轮机本体进行大的改动，只将机组的排汽热回收利用，对外供热。其基本思路就是提高机组排汽压力，提高排汽饱和温度，将热量传递到循环水，再将高温的循环水供至外网供热系统，循环水温度不足部分可用本机或邻机抽汽补足。

300 MW湿冷机组的排汽背压一般不能超过18.6 kPa，不对汽轮机本体进行改造的前提下，不能适应高背压运行的要求。300 MW空冷机组一般排汽温度在54～84 ℃，其对应的背压在15～55 kPa，其背压变化幅度完全能适应高背压运行的要求。而热网循环水回水温度一般在50～60 ℃，完全适应在高背压运行下利用乏汽余热进行供热。

以我国北方某电厂直接空冷机组为例，由于空冷机组背压高，造成机组供电煤耗较同容量湿冷机组高15~20 g/kWh，使机组在竞争力及盈利能力方面均处于劣势。空冷岛乏汽余热属于低品位热源，直接向环境释放造成巨大的能源浪费，1台330 MW机组冬季供热期空冷岛排放的热量达到148.26万GJ，造成直接经济损失达到4 700多万元。

2.2　改造设计过程

空冷机组高背压供热改造基本设计原理及设计步骤按照如下：热网循环水进出凝汽器的温度选择；热网循环水量的确定；热网供水温度的确定；各主要设备选型；空冷岛的防冻计算；机务部分管道布置设计；热力系统校核；电气及热控系统设计；环境保护分析。

成熟的空冷300 MW 机组，其设计背压一般为11 ～18 kPa，夏季背压为32 ～35 kPa，机组跳闸背压为65 kPa，夏季实际运行背压一般约为 40 kPa。对汽轮机低压部分来说，冬季高背压供热运行时与机组夏季运行时工况基本一致，汽轮机本体部分不做大的改动，增加新的喷水装置和增加新的运行监测和报警装置，增加大型排汽阀门和新的排汽通道，便于截断通往空冷塔的通道和通往供热凝汽器的通道，新增去供热凝汽器的热水管道和相关阀门，与原有的热网首站系统相连即可。

汽轮机本体末级应采用空冷专用叶片，使机组适应高背压运行工况。300 MW空冷机组，可以选择 620 mm 和680 mm 两种末级叶片。620 mm 叶片的设计背压在 15 ～ 18 kPa，680mm 叶片的设计背压在 11 ～ 13 kPa。高背压改造后，主要考虑低压缸末级叶片的安全性[1]。改造项目见表1。

表1改造项目

项目冷端余热回收-高背压循环水供热(工况33kPa)汽轮机主机汽轮机主机不需要做改造空冷岛不改变空冷岛现状,汽轮机乏汽管道接支管引流进入供热凝汽器表面式凝汽器增加1台相当于200MW机组配备的表面式供热凝汽器外部热网需协调外部热网,让电厂接受55~60℃热网回水,送出温度为80~110℃、流量为14000m3/h左右供热水其他热网首站加热器、热网循环水泵、厂内供热管线、阀门、控制等可能有适当改造

2.3　改造实施方案

以某电厂330 MW空冷机组为例，高背压供热改造方案如下：机组增设1台供热凝汽器，在采暖供热期提高汽轮机的背压，利用供热凝汽器回收汽轮机排汽的余热进行一级加热，利用机组抽汽进行二次加热，满足热网供水要求，实现机组采暖供热能力的提高。基本技术方案示意如图1。

虚线框内为新增设备

3改造效果

该空冷机组改造后确定的正常运行参数为：背压33 kPa，低压缸排汽量335 t/h，供热凝汽器(热网回水)进水温度为55 ℃，供热凝汽器出水温度67 ℃(考虑凝汽器端差为4.3 ℃)，热网循环水量14 276 t/h，在经过抽汽二次加热后(这里抽汽二次加热即为原机组抽汽供热的热网加热器加热)，实现热网供水温度为108 ℃。

改造前后各项经济参数对比见表2： 根据上述计算方法得到如下结果，其中采暖期发电煤耗可降低80 g/kWh，2.73年收回5 980万元投资。机组改造后，运行时排汽压力不超过33 kPa，供热凝汽器的循环水出水温度不会大于68 ℃，正常运行在65 ℃左右。如果供热凝汽器运行压力超过33 kPa，低压缸末级叶片安全性会

受到威胁。为此需考虑低压缸末级叶片的安全性。

表2改造前后各项经济参数对比

指标名称改造前改造后电负荷/MW264.084270.783电负荷增加量/MW基准6.699背压/kPa1533排汽量/(t·h)-1235335排汽温度/℃5471.3抽汽量/t550448热网循环水量/(t·h)-11320014276供/回水温度/℃119/70108/55供热能力/MW371514供热能力增加量/MW基准143年增加供热量/万GJ基准148增加供热面积/万m2基准286理论汽轮机热耗/(kJ·kWh)-15693.23600运行时间/h28802880发电煤耗/(g·kWh)-1223.48141.3采暖季节标煤量/t基准64088.5静态投资/万元基准5980电价(元·kWh)-10.4380.438热价(元·GJ)-13232标煤单价(元·t)-1770770内部收益率/%基准67.05回收年限/n基准2.73

4结论及建议

经过大量资料的搜集和论证，认为对300 MW空冷机组实施高背压循环水供热改造，可以明显提高经济效益和社会效益。同时，可以预见该改造工程将会对北方地区的300 MW等级机组供热改造提供很好的示范效应。

建议机组完成高背压供热改造后，在冬季与夏季应采取不同的运行方式 ，以提高机组的经济性。冬季供热期外界热负荷一定时，让改造后的空冷高背压供热机组运行，提高整个电厂经济性。当机组投入高背压运行时，要采取以热定电的运行方式。热负荷变工况时有 3 种调整途径：一是在采暖初期，热负荷需求量小时，回水温度降低( 低于60 ℃ ) ，采用降低背压运行的方式，减少排汽量，降低供热量 ;二是当回水温度达到60 ℃，供热量需求仍旧没有达到最大需求时，可以调整抽汽量，调整供水温度; 三是两种调整方式可以同时进行。夏季运行时，尽量让未改造机组多带负荷运行。改造后机组由于排汽面积减小，在较大的进汽量下，阻塞背压排汽压力已经高于原设计4.9 kPa背压，所以，应调整机组真空，使汽轮机排汽压力不低于阻塞背压。

参考文献：

[1]王智雷，邹翠芳．汽轮机[M]．北京:中国电力出版社，2003.

本文责任编辑：罗晓晓