三缸三排汽200MW汽轮机低压转子光轴改造效益分析

刘翔太

【摘 要】随着我国经济建设增速逐渐放缓，用电量越来越少，而发电企业，特别是在建的大型火力发电机组还未投入运行，风电、水电、光伏发电受限，我国总体的发电量远大于实际用电量，这就造成了各发电企业之间白热化的竞争现象，特别是火电与火电之间，与新能源之间的竞争，如何节能减排，如何降低机组供电煤耗，是每一个火电企业认真思考的问题，本文主要就火电厂低压缸光轴改造的经济性进行了分析论证。

【关键词】低压转子光轴 经济分析 经济效益

1 机组简介

华电能源富拉尔基发电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N200-130/535/535型超高压一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机，机组有三个低压缸。总装机容量 1200MW，分为二期建设，一期 3 台 200MW 机组，二期扩建3 台 200MW 机组，共 6 台 200MW 凝汽式机组。汽轮机均为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司八十年代产品，汽轮机为冲动式三缸三排汽凝汽式汽轮机。分别于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投产发电。其中二期 3 台汽轮机分别在 1996、1997、1998 年采用全三维技术进行了通流部分扩容改造，额定功率达到 210MW。

2 低压缸转子光轴改造的原理

华电能源富拉尔基发电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N200-130/535/535型超高压一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机，机组有三个低压缸。汽轮机供热汽源改造的思路主要体现在两个方向：（1）在汽轮机低压缸联通管处通过堵板实现打孔抽汽改造的目的，但是这种运行模式抽气量小，需要经常拆装堵板，供热效果差，只适应供热初期的负荷；（2）将汽轮机进行低压光轴改造，将#2、#3号低压缸解列，用新设计低压光轴转子代替原低压转子，但因其有三个低压缸， #1低压缸与中压缸是一体结构，#2、#3号低压缸对称分布，低压光轴供热改造难度大。国内其它电厂已进行过低压缸光轴供热改造，并成功运行，但相关改造汽轮机只有一个对称分布低压缸，而富拉尔基三排汽200MW汽轮机有三个低压缸，三缸不对称性给汽轮机低压缸的光轴改造带来了新的挑战。

改造后，低压缸采用双转子互换形式，非供热期仍采用原机组低压转子，低压缸以纯凝形式运行；供热期低压转子采用低压光轴，只起连接作用，低压部分并不作功发电，中低压联通管排汽用于供热，充分利用汽轮机排汽供热，减少冷源损失，增大供热量，以满足冬季采暖供热，扩大热网供热能力，降低机组运行热耗，能有效的满足富发电厂规划的250万平方米的供热负荷，并为富发电厂新机供热提供备用热源，保障供热安全。在参与电网深度调峰的同时，有效缓解了冬季“热风抢发”的矛盾冲突，为电网的电源结构优化配置提供有偿服务。

3 汽轮机低压转子光轴改造效益分析

3.1 经济效益

汽轮机低压缸进行光轴改造后，预计2016～2020年机组平均年供热量增加117.76万GJ，全厂机组年均发电标准煤耗率下降5.1g/kWh，在年发电量不变的情况下，全厂机组年总耗标煤量增加2.31万t；2020年以后全厂机组年供热量增加146.83万GJ，全厂机组年均发电标准煤耗率下降6.1g/kWh，在年发电量不变的情况下，全厂机组年总耗标煤量增加3.01万t。

3.1.1 低压光轴改造供电煤耗

现在机组利用小时数为4073小时，折合75%负荷率运行时的小时数为5431小时。富拉尔基地区的供暖期为6个月，则机组改后供暖运行时间合4320小时，非供暖期运行时间合1111小时。锅炉效率为90%，管道效率99%，厂用电率12%。改前纯凝汽工况时，标煤耗：360g/kWh。改后标煤耗：5630.6 kJ/kWh/0.90/0.99/（1-12%）/29307.6 kJ/kg=245g/kWh 改后降低煤耗115 g/kWh

全年平均煤耗：

360×1111/5431+243×4320/5431 =268.5g/kWh

3.1.2 辅助调峰补偿

通过开展“综合供热、蓄能调峰”项目和两台机组低压转子光轴打孔改造，根据《关于做好东北电力调峰辅助服务市场模拟运行工作的通知》（东北监能市场[2014]240号）文件，每年可获得东北电网辅助调峰补偿约495万元。

计算过程：光轴改造机组调峰深度为90 MW时，在90 MW～104 MW负荷区间可获得0.40元/kWh的调峰补偿，根据2014～2015年统计数据，采暖期机组低谷辅助调峰时长884h，调峰补偿：0.40×（10.4-9）×884=495万元，如表1所示。

3.1.3 热电联产机组利用小时数增加

通過供热改造，富发电厂2台机组可认定为热电联产机组，每台机将在2014年的基础上提高发电设备利用小时数约200小时，年可增加发电收入1040万元。

计算过程：若按富发电厂发电边际贡献0.13元/kWh计算，2台机组年增加发电收入：0.13×20×200×2=1040万元

3.2 环境效益

（1）汽轮机光轴改造完成后，汽轮机的热量得到了最大化的利用，机组冷源损失、废热排放量明显减少，减轻了嫩江流域的生态影响，不致使嫩江流域的生物和植物遭受生命威胁，树立环境保护的良好形象。

（2）汽轮机光轴改造后，机组供电煤耗显著下降，每发一度电，向外界排放的NOX、COX、SOX含量大大减少，最大程度地减少了环境污染，为遏制温室效应做出了贡献，同时还降低了脱硫、脱硝的成本，有效降低了机组的发电成本。

（3）汽轮机低压光轴改造产生了很好的环境保护宣传效果，该项技术一经推广使用，必将在高寒地区热电厂掀起波澜，从而为环境保护注入新的捍卫力量。

3.3 社会效益

（1）节约煤炭资源，经汽轮机低压缸光轴改造后，汽轮发电机组的供电煤耗低至268.5g/kWh，这是火电机组1000MW也达不到的水平，这样的机组未社会节约了大量的煤炭资源，高效经济。

（2）汽轮机低压光轴改造技术如能顺利用于热电联产，由此产生的经济效益和社会价值必将引来无数热电厂效仿，这样好的技术得到推广，也在全社会树立了高效、节能、经济、环保的好形象。

（3）参与调度深度调峰，给风电、火电、水电一个上网的平台，为国家电网、为新能源入网创造了有利条件，使得“风热竞争”现象得到很好的遏制。

（4）汽轮机低压缸经光轴改造后，电厂已充分考虑了热网未来5年的发展趋势，五年内，在区域热网合理发展的速度下，能够保证区域内供热保质保量。

4 结语

华电能源富拉尔基电厂进行的低压缸光轴改造技术不仅取得了良好的经济效益，还产生了良好的社会影响，为环境保护做出了巨大贡献，经汽轮机低压缸光轴改造后，华电富拉尔基发电厂在冬季供热期可参与电网的深度调峰，有效缓解了新能源弃风、弃水、弃光的压力，改观了以热定电的普遍现象，在社会树立起了热电厂不再是简单地完成了供热任务，还可以在低负荷工况下，超额完成供热任务的同时积极参与电网调峰，并收获了社会效益和环境效益。