低压缸零出力供热改造技术方案探析

摘  要：随着低碳环保理念的不断推进，我国新型清洁类能源的开发和使用受到全社会的高度重视，其中对于发电领域而言，可再生清洁能源具有较为广阔的利用空间，如何对传统火力电力系统进行合理改造，為清洁能源的使用创造更多有利条件，成为了现阶段该行业工作者重点考量的问题之一。本文结合某电厂的发电机组的实际使用情况，以发电机组的供热技术为主要研究内容，通过对汽轮机本体与热力系统改造、汽轮机辅机适用性以及供热系统适配性等方面进行综合研究，提出了低压缸零出力供热改造技术方案，期望能够为电厂适应新时期行业的未来发展需求以及电力系统技术改造提供技术参考与宝贵的低压缸零出力供热技改经验。

关键词：低压缸;零出力;供热改造;技术方案

现阶段，我国大部分电力资源的生产供给依靠的仍是火力发电技术，需要凭借大型燃煤机组来实现供热发电需求，该过程中需要消耗大量的不可再生资源，而且还会造成热能浪费。为了进一步提升热能利用率，缓解社会能源使用压力，对传统发电系统当中的供热机组进行改造具有较强的现实意义，这不仅是响应现代社会节能减排政策，同时也是改善民生问题的有效途径。在同一城市当中的跨区送热是否能够充分实现，在很大程度上取决于电厂供热机组的供热面积;此外，通过对供热机组进行技术改造，能够有效实现电厂投资成本的降低以及收益率的提升控制，这也是相关技术改造项目实施带来的重要利好价值。

1 电厂发电机组概况分析

本文主要以郑州某电厂的供热机组为实际案例，该机组系统总共包括两台供热设备，但是使用的是一个热网首站，配置有5台管板式热网加热器。按照起初规划，该电厂供热机组要满足周边579.5万㎡范围的供热覆盖需求，对供热机组的供热能力要求较高，原有的机组设备运行消耗较高且热网覆盖面积不足，实际无法满足该需求，必须对原有机组进行改造设计。改造后增加一台热网加热器，并将原本的抽凝式低压缸机组，改造为低压缸零出力供热运行模式，实现了机组低压缸零出力运行，降低了低压缸的冷却蒸汽消耗量，提高了机组供热抽汽能力，同时满足了热网面积迅速扩大的需求。完成改造后，机组运行几乎不会产生能源损失，可大幅度降低机组的综合能耗水平，在提升企业经济效益方面也展现出了极大的技术优势[1]。

2 低压缸零出力供热改造具体技术方案

2.1 总体改造部署

在高真空环境条件下，采用完全密封的液压蝶阀，将原有进汽管道进行封堵，阻断原有低压缸进汽过程，将其改为供热使用。同时新增旁路管道通入少量的冷却蒸汽，用于带走阻断低压缸进汽后，低压转子转动产生的鼓风热量。整个机组的供热能力便得以大幅提升，而且还节约了由于进汽所需消耗的发电功率，实现了供热机组的深度调峰，同时又不会产生明显的冷源损失，机组的煤耗损失也进一步减少。

2.2 汽轮机本体改造

2.2.1 中低压连通管改造

根据总体改造部署方案，汽轮机部分需从中压缸排汽通道，引出冷却蒸汽送入低压缸进汽口，实现低压缸末级叶片的冷却。最初改造设计在连通管道部分增加抽汽三通装置，但是由于低压缸零出力运行时的抽汽量也随之增加，超出了设计规范要求，所以后期对抽汽口管径进行加大，直接从抽汽管道将冷却蒸汽引入，去除了三通，在低压缸入口管段增加冷却蒸汽接入口[2]。

2.2.2 供热蝶阀改造

原有机组供热蝶阀为不完全密封形式，本次改造将其更换为完全密封结构，蝶阀接口的改造后尺寸为DN1400，与中低压连通管规格保持一致。

2.2.3 低压缸运行监视点完善

改造后增加8个低压缸末级、次末级动叶出口温度测点;1个低压缸进汽压力测点和1个温度测点;部分关键压力测点更换为高精度绝压变送器，可实现充分监视低压缸通流部分运行状态，确保机组安全运行。

2.3 低压通流部分冷却蒸汽系统改造

在中压缸和低压缸之前连通设置冷却蒸汽系统，冷却蒸汽管路上设置调节阀和流量孔板以及蒸汽压力、温度、流量测点，相关测点均接入机组DCS系统。冷却蒸汽系统设计冷却蒸汽流量约为20t/h，冷却蒸汽参数取改造后锅炉出力45%MS，工况对应的供热抽汽压力为0.35MPa，温度为330.1℃，管道规格DN350。

2.4 低压缸喷水减温系统改造

原有的低压喷水减温系统并未设置流量测点，温控采用全开或者全关的单一控制模式，不具备灵活调节能力，通过改造后增加了流量测点和调节阀，实现了自定义喷水温控。另外，减温水喷头布置和末级叶片距离也根据喷水情况进行了优化，降低了低压缸零出力喷水减温过程对末级叶片的水蚀程度[3]。

2.5 新增热网首站设计方案

对原供热抽汽管道进行流速校核后，发现其超出规范要求，因此本次改造对供热抽汽管道进行了扩容。在原有抽汽管道的基础上再新增一支抽汽管道，该管道上设置抽汽逆止阀、抽汽快关调节阀和电动蝶阀，接入新建热网首站后，经背压式汽轮发电机组做功，回收供热抽汽压力能后排汽进入新增热网加热器与热网循环水换热。与此同时，新建首站内每台供热机组配套两台热网疏水泵，“一运一备”配置，疏水经热网疏水冷却器回至凝汽器，新增热网疏水泵流量240t/h，疏水管道布置根据疏水系统阻力大小进行变频控制。疏水经疏水泵升压后，沿抽汽管道管架输送至相应机组除氧器凝结水进水母管，疏水系统设置疏水母管和联络阀，正常工况为单元制方式运行。另外，每个供热机组还新增2台热网加热器，从而满足最大供热工况运行需求。

2.6 低压缸零出力热控系统改造

原控制系统中与供热抽汽管道的低压蝶阀控制对应的是所有闭锁，控制结果统一，改造后取消供热低负荷投入保护逻辑以及与切除低压缸进汽有冲突的控制逻辑，增加切除低压缸进汽供热投入/切除控制逻辑。对原低压缸运行相关的保护定值设置进行保留，与切除低压缸进汽供热运行要求保持一致[4]。改造后新增监视测点，同时接入DCS控制系统。

3 低压缸零出力运行试验

机组低压缸零出力运行时，低压缸处于高真空、极低容积流量条件的运行状态，不同机组的低压缸长叶片鼓风情况、汽缸差胀、转子轴向位移变化、汽缸上下缸温差等特性各不相同。因此，需通过低压缸零出力试验进行特征确认，为后续控制方案及运行指导提供设计依据。具体包括了以下内容：其一是高真空、极低容积流量条件下，低压缸长叶片在鼓风工况下的温度变化的测定试验;其二是机组在切除低压缸进汽过程中以及运行时，汽轮机轴瓦振动、差胀、转子轴向位移变化、汽缸上下缸温差、排汽温度等的变化趋势与规律测定试验;其三是切除低压缸进汽过程中，机组主要運行参数的变化趋势与规律的测定试验;其四是定低压缸零出力运行时，主要辅机如凝结水泵、循环水泵、凝汽器抽空气系统的适应性测定试验。

4 环境影响分析及技术经济性分析

本次改造工程完成后不产生大气污染物，提升了调峰能力，促进了新能源消纳，在一定程度上降低了煤耗及污染物排放，对区域的环境空气质量有一定的改善作用。同时，改造后的机组设备噪音污染也有所减少，对周围居民的生活质量提升也有着较为积极的影响。

在技术经济性方面，改造后机组充分填补了当地城市供热缺口，前期投入预计在第二年即可实现连续供热效益最大化，但是后期随着供热量的不断增加，可能还需要进一步再寻求技术突破，从而保证电厂收益的可持续性[5]。

5 结束语

针对电厂供热机组设计的低压缸零出力供热改造技术方案，最终经过测试运行验证了其改造价值，改造完成后的供热机组最大采暖抽汽量增加约221.4t/h，发电功率降低约37.7MW，热耗率下降约1851.4kJ/（kW·h），折合发电煤耗约63.6g/（kW·h）。与以往的高背压供热、光轴供热方案相比而言，改造后的供热系统不仅功能切换更加灵活多样，而且还提高了供热机组运行状态监控能力，机组维护综合效率提升，增强了电厂技术核心竞争力，具有较高的实际应用价值。与此同时，本次技改还积累了大量关于低压缸零出力供热改造的技术实践经验，也为其它同类型改造工程的开展实施提供了行之有效的参考方案与范例。

参考文献：

[1] 鄂志君， 张利， 杨帮宇，等. 低压缸零出力实现热电联产机组热电解耦与节能的理论研究[J]. 汽轮机技术， 2019， 61（5）：5.

[2] 孔德奇， 王子奇， 刘恒波，等. 低压缸零出力技术在供热机组的应用：， CN112832880A[P]. 2021.

[3] 杨海生， 张拓， 唐广通，等. 低压缸零出力技术对供热机组深度调峰性能影响及调峰补偿标准探讨[J]. 热能动力工程， 2020， 35（6）：6.

[4] 贾斌， 李晓波， 殷建华. 低压缸零出力改造机组汽轮机及其调节系统参数实测建模[J]. 内蒙古电力技术， 2021， 39（3）：7.

[5] 曲大雷， 回世成， 李赢，等. 350MW机组低压缸零出力运行应用研究[J]. 山东电力技术， 2018.

作者简介：

陈国军1976年8月，男，籍贯：江苏省张家港市，汉，本科，工程师，研究方向：火力发电。