200 MW机组三缸三排汽凝汽式汽轮机供热改造研究

沈 峰，朱鹏达，谭 锐

（国电科学技术研究院，南京 210031）

200 MW机组三缸三排汽凝汽式汽轮机供热改造研究

沈 峰，朱鹏达，谭 锐

（国电科学技术研究院，南京 210031）

200 MW机组三缸三排汽式汽轮机由于其特殊的设计方式，在早期供热改造后供热能力较差，能耗指标较高。对此，首先通过供热升级改造，将汽轮机的通流方式由三排汽改为两排汽，提高机组的供热可调节能力。在此基础上，为进一步降低机组的发电煤耗，进行高背压供热改造，改造后机组的控制能力较差，则利用发电厂内其他机组进行调峰，以最大限度发挥改造机组的经济性优势。

三缸三排汽；供热；高背压；煤耗率

节能减排是国家经济发展对能源利用的基本国策。结合国家煤电节能减排升级与改造行动计划要求，经济性较差的火电机组在不久即将被强制关停。对于部分装机容量较小、参数较低的机组，热电联产是改善其经济性的重要手段。

据统计，国内投产的200 MW机组三缸三排汽凝汽式汽轮发电机组有160余台，早期天津电力科学研究院通过供热改造，已实现热电两用的基本目标[1]。然而，该机型汽轮发电机组经过改造后，供热能力较弱，机组能耗指标较高，仍不能达到国家对火电机组的能耗要求。因此，需要进行新的技术改造，以进一步提高机组的供热能力，在满足城市不断扩大的供暖需求的同时，降低机组的煤耗指标。

1 机组供热现状

以型号为N200-13.5/535/535的三缸三排汽凝汽式汽轮机为例，主蒸汽进入高压缸做功，高压缸排汽进入锅炉再热器加热后进入中压缸，中压缸排汽一路直接进入中压缸内低压流通部分，另一路经联通管进入对称布置的两个低压缸。

前期通过中、低压联通管打孔抽汽的方式进行供热改造。由于三排汽的设计，部分蒸汽通过中压缸直接进入中压缸内低压流通部分，联通管开孔抽汽对外供热能力有限，最大供热流量约为150 t/h，其供热能力严重不足，机组能耗水平差。

2 供热改造技术介绍

针对该机型，目前有常规供热改造和高背压供热改造2种方案[2-6]。常规供热改造通过改变机组排汽方式来提高对外供热抽汽能力；高背压供热改造采用提高机组背压的方式，利用低压缸排汽余热以及中压缸抽汽对热网进行分级加热。

2.1 常规供热改造

机组通过控制中、低压缸联通管上蝶阀开度来改变进入低压缸的蒸汽流量，从而调节对外供热的蒸汽流量。当蝶阀开度减小时，受中压缸内带5级低压流通的影响，蝶阀调节能力逐渐削弱，降低蝶阀开度已不能增加供热蒸汽流量。基于这种特殊的设计方式，提出3种改造方案，见表1。

表1 中、低压缸改造方案

通过比较发现，方案二并不能明显提高机组供热能力，而方案一可以最大限度提高机组供热能力，但供热流量随主汽参数同步变化，调节能力差，运行难度高。方案三在显著提高供热能力的同时，又可利用蝶阀调节供热量，运行操作方便。因此，常规供热改造采用方案三，其他系统保持不变（如图1所示），保持中压缸前部、中部、排汽部分不变，取消中压缸内单流程低压流通部分，采用光轴代替，将三排汽改造为两排汽的流通方式，增加联通管蝶阀的可调节性。

图1 机组本体改造示意

维持低压缸现有状态，受低压通流强度限制，改造后纯凝工况运行时主汽流量降低，在背压为5.2 kPa供热条件下，最大主汽流量约670 t/h，不同供热量对机组热力特性的影响如图2所示。

改造后，机组供热流量提高260 t/h，供热负荷从382.70 GJ/h提高至1005.49 GJ/h，发电煤耗降低约65 g/kWh，机组经济性明显提高。

2.2 高背压供热改造

将机组低压缸排汽作为低位能热源，中压缸排汽作为高位能热源，对热网循环水实行分级加热，系统如图3所示。由于大量利用机组的排汽余热，供热能力有较大提高，且发电功率损失较少，发电煤耗大幅降低。

图2 最大主汽流量下机组的热力特性

图3 高背压供热改造系统

为了保证一次加热的效果，机组采用高背压运行方式。机组低压转子及叶片、凝汽器等设备以及热网系统均需要进行改造。

背压提高，低压缸转子须重新设计加工，低压叶片级数也须进行缩减。同时，由于排汽温度较高，需要通过增加膨胀节应对凝汽器热膨胀发生的变化。凝汽器换热管束材料也应进行更换，在更换材料的同时，随着换热系数的变化，凝汽器换热面积也应重新核算。

考虑不同的供热需要，可只选取1台机组进行高背压改造，厂内其他机组维持不变。多台机组同时供热时，高背压供热机组仅提供低位能热源，高位能热源则来自其他机组。

以背压为45 kPa，热网回水、供水温度分别为40℃，90℃为例。在最大供热能力下，供热主要参数如表2所示。

表2 最大供热主要参数

单机进行热网供热时，在最大热负荷下，中压缸供热抽汽流量约180 t/h，超出现有最大供热流量约20%。因此，高背压供热改造方案必须在常规供热改造后进行，才能最大限度发挥高背压供热的优势。

多台机组同时进行热网供热时，高背压改造机组最大限度利用排汽余热，在提高供热能力的同时，进一步降低发电煤耗。

对单机而言，高背压供热改造后机组由于大量利用低品位热能，对外供热能力有一定的提升，机组热负荷达到1048.28 GJ/h，较常规改造方案提高约4.31%。同时，由于机组功率损失较小，发电煤耗降低更多，较常规改造方案降低约77 g/kWh。

3 供热改造技术分析

3.1 机组供热运行控制方式

常规供热改造后，通过控制联通管上蝶阀的开度来调整对外供热流量，同时，通过控制主汽参数，在一定的范围内可自由调整机组的发电负荷。机组可实现供热和发电的独立控制调整，运行操作简单，因此常规改造方案可在全厂进行。

高背压供热通过主汽流量的变化来同时控制供热热负荷及发电功率，单机运行时，供热热负荷变化，发电功率也随之变化，不能实现两者的独立控制[7-9]。热负荷和发电功率几乎很难同时匹配，单机运行调节灵活性较差。

在实际运行过程中，若加入其他机组进行联动控制，高背压供热机组仅需满足供热和发电其中一个要求。高背压供热机组由于供热效率更高，可优先满足其供热条件，通过调整其他机组的电负荷来适应全厂调度，便可以同时满足供热和发电的双重要求。在供热需求较大的区域，将高背压供热机组作为供热和发电的基础机组，其他机组则进行供热和发电的双重调峰。因此，高背压供热改造一般选择部分机组进行改造，而不是全厂改造。

3.2 机组供热经济性

常规改造后，中压缸供热抽汽流量最高可达到410 t/h，与改造前相比，机组的最大供热能力提高了173%，发电煤耗降低约65 g/kWh。

高背压改造后，在最大供热条件下，单台机组的供热能力较改造前提高约185%，发电煤耗降低约142 g/kWh。若能实现全厂供热调度，该机组供热能力可提高约187%，发电煤耗可降低约166 g/kWh。

3.3 机组改造投资及收益

常规供热改造需要取消中压缸内低压流通部分，替换为光轴，低压缸部分不需要进行改造，机组本体改造投入较少。另外，热网系统需要进行增容改造，机组改造投入费用约2000万元。

高背压供热改造在常规供热改造的基础上，对低压缸转子、叶片以及凝汽器等汽轮机本体进行了改造，系统较复杂，工程量较大，改造费用约7000万元。

发电负荷对比：在最大供热流量下，常规改造方案低压缸做功很少，机组负荷损失较大，较改造前发电负荷降低约18 MW；高背压供热改造低压缸做功降低较少，机组负荷损失较少，较改造前发电负荷降低约10 MW。

供热对比：以年利用小时数2000 h、供暖热价30元/GJ计算，与中压缸抽汽供热150 t/h进行对比。常规供热改造后，年供热增加124.56万GJ，年供热收益增加3736.80万元；高背压供热改造后，年供热增加133.12万GJ，年供热收益为3993.48万元。

对比2种改造方案，单台运行时，高背压供热改造后年供热量提高8.56万GJ，年供热收益增加256.68万元，年发电量增加约1600万kWh，以发电利润0.15元/kWh计算，年发电收入增加240万元。发电煤耗降低77 g/kWh，年节约标煤2.46万t，以标煤400元/t计算，年节煤量带来的成本降低约984万元。

总体而言，较常规改造，高背压供热改造方案年收益增加约1480.68万元。若考虑多台机组同时参与热网供热的情况，高背压供热改造机组的总体收益将更高。

4 结论

（1）200 MW机组三缸三排汽供热机组由于受到中压缸内低压流通级数的影响，中、低压缸联通管蝶阀供热调整能力有限。将三排汽改为两排汽的通流方式，是进行所有供热升级改造的基础。

（2）常规供热改造后机组在运行操作上较灵活，而高背压供热改造后的机组在全厂联动控制下，也可实现供热和发电的独立控制。

（3）2种改造方案均可以大幅提升机组的供热能力。高背压供热改造投资较高，但高背压供热改造后机组在发电量，发电煤耗上优势明显，机组的收益也更高。

（4）为了充分利用机组排汽余热、提高供热能力、降低发电煤耗，200 MW机组三缸三排汽供热机组采用高背压供热改造是更好的选择。

[1]钟史明，章礼道，于希曾，等.N200-12.75/535/535型三缸三排汽汽轮机组供热改造成热电两用机[J].区域供热，2006（2）∶6-13.

[2]孔令先，李继伟，李宏伟，等.220 MW汽轮机组供热改造研究与应用[J].节能技术，2010，28（4）∶319-322.

[3]林闽城.300 MW纯凝机组供热改造技术可行性分析[J].浙江电力，2010，29（3）∶40-43.

[4]林俊光，任渊源，张卫灵，等.两种利用电厂热量采暖供热的方案比较[J].浙江电力，2013，32（10）∶55-57.

[5]王学栋，姚飞，郑威，等.两种汽轮机高背压供热改造技术的分析[J].电站系统工程，2013，29（2）∶47-50.

[6]李文涛，袁卫星，付林，等.汽轮机高背压供热方式能耗分析[J].区域供热，2015（4）∶10-17.

[7]刘伟，王建强，谢安进，等.215 MW机组供热改造后的控制策略及运行[J].浙江电力，2014，33（1）∶38-42.

[8]江浩，黄嘉驷，王浩.200 MW高背压循环水供热机组热力特性研究[J].热力发电，2015，44（4）∶17-21.

[9]张玉中.浅析集中供热系统运行调节方案[J].区域供热，2014（4）∶64-66.

（本文编辑：张 彩）

Research on Heat Supply Retrofit of Triple-cylinder Triple-exhaust Condensing Steam Turbine of 200 MW Units

SHEN Feng，ZHU Pengda，TAN Rui
(Guodian Science and Technology Research Institute，Nanjing 210031，China)

Due to its special design mode，a 200 MW triple-cylinder triple-exhaust steam turbine is low in heat supply capacity and its energy consumption index is high after retrofit long before.Therefore，throughflow of the unit is transformed from three exhausts into two ones to improve its adjustable heat supply capacity.On the basis，the use of high back pressure heat supply transformation is implemented to further reduce coal consumption of generating units.After transformation，control capacity of the unit is poor，and other units in the plant are used for peak shaving to exert economic advantage of the transformed unit to the great extent.

triple-cylinder triple-exhaust；heat supply；high back pressure；coal consumption rate

TK269+.1

：B

：1007-1881（2017）03-0051-04

2016-10-12

沈 峰（1984），男，工程师，主要从事火电机组汽轮机热力性能诊断、节能及优化调整工作。