劉忠源

(江蘇華電昆山熱電有限公司，江蘇 昆山 215333)

0 引言

目前節(jié)能環(huán)保方面的政策要求日益嚴(yán)格，優(yōu)化機(jī)組節(jié)能調(diào)度、提高機(jī)組效率、減少資源消耗、增加經(jīng)濟(jì)效益、加強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力已成為各電廠的目標(biāo)。電廠應(yīng)積極地對(duì)經(jīng)濟(jì)性或安全性較差的設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，努力挖掘設(shè)備內(nèi)部潛力，提高機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步適應(yīng)電網(wǎng)深度調(diào)峰的要求。

目前，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的發(fā)電容量約占國(guó)內(nèi)裝機(jī)總?cè)萘康?.3%[1]。該機(jī)組具有部分負(fù)荷時(shí)熱耗下降少、啟動(dòng)速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)外，在純凝運(yùn)行工況下能夠快速跟蹤負(fù)荷，增強(qiáng)了供電的可靠性、提高了火電機(jī)組的發(fā)電效率、承擔(dān)了電網(wǎng)的調(diào)峰和緊急事故備用容量的角色。相較于純凝式發(fā)電機(jī)組，經(jīng)過(guò)供熱改造的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組可實(shí)現(xiàn)對(duì)能源進(jìn)一步的梯級(jí)利用。

1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目建設(shè)有2套9FB燃?xì)?蒸汽多軸聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。機(jī)組采用二次循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，出線電壓擬按220 kV電壓等級(jí)，年利用小時(shí)數(shù)按5 500設(shè)計(jì)。機(jī)組于2017年10月投產(chǎn)。

PG9371FB型燃?xì)廨啓C(jī)采用GE技術(shù)制造，由1個(gè)18級(jí)軸流式壓氣機(jī)、18個(gè)低NOx燃燒器和1個(gè)三級(jí)透平壓縮機(jī)組成。

汽輪機(jī)采用哈爾濱電氣集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的LC112/N156-11.20/3.42/1.50型三壓、再熱、兩缸、沖動(dòng)、抽凝式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)帶兩級(jí)抽汽：其中一級(jí)抽汽位于高壓缸排汽管道上，為非調(diào)整抽汽；二級(jí)抽汽位于中壓缸第5級(jí)后，為可調(diào)整抽汽(用轉(zhuǎn)動(dòng)隔板控制)，用于對(duì)外供熱。

余熱鍋爐采用杭州鍋爐有限公司生產(chǎn)的三壓、再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自身除氧、帶鍋爐雨棚、自然循環(huán)余熱鍋爐，型號(hào)為NG-S109FB-R。

表1 供熱改造方案對(duì)比Tab.1 Comparison of reform scheme

本項(xiàng)目自2018年3月開(kāi)始正常供熱后，每天供熱流量保持在低壓供熱抽氣1 100 t、中壓供熱抽氣500 t左右。供熱系統(tǒng)的投運(yùn)既保證了機(jī)組連續(xù)運(yùn)行，又提高了機(jī)組各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和盈利能力，但目前的供熱量還未達(dá)到熱電比40%的要求。由于外部中壓供熱市場(chǎng)熱負(fù)荷的增加，需2臺(tái)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行才能滿足后續(xù)的供熱需求，但當(dāng)前的天然氣供應(yīng)情況無(wú)法保證機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行。因此需對(duì)現(xiàn)有的2臺(tái)機(jī)組進(jìn)行增容改造，提高中壓抽汽能力。

2 供熱改造技術(shù)方案

原中壓抽汽從低溫再熱蒸汽系統(tǒng)抽出，通過(guò)減溫減壓裝置后達(dá)到需要的參數(shù),每臺(tái)機(jī)組額定供熱蒸汽流量為55 t/h(2.5 MPa/290 ℃)。2臺(tái)機(jī)組的供熱管道出主廠房后合并成1路至廠外熱用戶，中壓蒸汽總供熱流量為110 t/h。由于外部熱負(fù)荷需求的增加，需要將單臺(tái)機(jī)組的中壓供熱流量提高到110 t/h，改造現(xiàn)有中壓抽汽供熱系統(tǒng)。

2.1 改造方案比選

改造方案主要有以下3種，各方案對(duì)比見(jiàn)表1。

方案1，將原#1機(jī)組中壓抽汽管道拆除并安裝到#2機(jī)組，同時(shí)在#1機(jī)組原管道位置安裝新的抽汽管道，額定供熱流量110 t/h。增加抽汽量后，低溫再熱蒸汽的壓力將進(jìn)一步降低，導(dǎo)致原管道的供熱能力降低。根據(jù)主機(jī)廠提供的熱平衡圖和性能保證，機(jī)組在75%負(fù)荷時(shí)低溫再熱蒸汽的壓力為2.7 MPa。經(jīng)減溫減壓器廠家核算，此時(shí)原管道的供熱流量約為40 t/h。

方案2，#1機(jī)組原中壓抽汽管道不改，同時(shí)增加1路抽汽管道，其額定供熱量70 t/h，#2機(jī)組改造方案與#1機(jī)組的相同(由于低溫再熱蒸汽壓力降低，原管道的供熱流量也降到約40 t/h)。

方案3，將原#1機(jī)組中壓抽汽管道拆除并安裝新的抽汽管道，額定供熱量110 t/h。#2機(jī)組改造方案與#1機(jī)組的方案相同。

由表1可知，方案2的單機(jī)供熱靈活性較高，既能滿足供熱可靠性的要求，同時(shí)造價(jià)適中，為推薦改造方案。此外，由于中壓抽汽量增加，回余熱鍋爐的低溫再熱蒸汽量減小，滿足110 t/h的供熱流量時(shí)余熱鍋爐再熱器易超溫，因此需在余熱鍋爐入口前的低溫再熱蒸汽管道上增加減溫器，通過(guò)噴水降溫保護(hù)鍋爐受熱面。

2.2 改造方案描述

新增的中壓抽汽供熱管道額定供熱量70 t/h，抽汽管道從低溫再熱蒸汽管道上接出，經(jīng)止回閥和快關(guān)閥后接入減溫減壓器，之后連接到供熱蒸汽母管。新增2路減溫水管道，均來(lái)自余熱鍋爐中壓給水，分別接至抽汽減溫減壓器和低溫再熱蒸汽減溫器。減溫水管道包含必需的隔離閥和調(diào)節(jié)閥。

3 改造效果分析

為了準(zhǔn)確了解機(jī)組的供熱情況，在2018年4月對(duì)改造前的#1機(jī)組進(jìn)行了供熱性能試驗(yàn)，隨后在2019年1月15日對(duì)改造后的#1機(jī)組再次進(jìn)行了供熱性能試驗(yàn)。試驗(yàn)中供熱流量根據(jù)熱用戶最大的供熱需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，燃?xì)廨啓C(jī)在溫度控制模式下帶基本負(fù)荷運(yùn)行，汽機(jī)和余熱鍋爐根據(jù)燃機(jī)負(fù)荷以及供熱量運(yùn)行。

機(jī)組供熱改造后，中壓供熱流量和低壓供熱流量需根據(jù)熱用戶確定，故無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出最大供熱工況下的發(fā)電氣耗和供熱氣耗。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組根據(jù)機(jī)組的供熱量來(lái)推算出機(jī)組最大供熱工況下的發(fā)電氣耗和供熱氣耗，其中供熱氣耗根據(jù)熱量法進(jìn)行計(jì)算[2]。

中壓供熱改造前、后單臺(tái)機(jī)組的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)比可知，在天然氣熱值為47 625.70 kJ/kg的條件下，機(jī)組的供熱氣耗約為29 m3/GJ，單臺(tái)機(jī)組增加55 t/h的中壓供熱流量后，機(jī)組的供熱能量增加到156.09 GJ/h，如果按照電廠全廠年有效利用小時(shí)數(shù)為5 500 h，年累計(jì)增加中壓供熱流量為3.025×105t，年累計(jì)增加中壓供熱負(fù)荷為7.652 11×105GJ，改造后的熱電比約為49.94%，機(jī)組發(fā)電氣耗減少0.011 3 m3/(kW·h)[3]。

表2 中壓供熱改造前、后的數(shù)據(jù)Tab.2 Data after medium-pressure heat-supply modification

4 結(jié)論

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組氣耗隨負(fù)荷的升高而降低，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性和全廠經(jīng)濟(jì)性均得到提高。增加機(jī)組的供熱負(fù)荷，機(jī)組的發(fā)電出力會(huì)相應(yīng)的減少，但是機(jī)組供熱利用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)電效率。整體來(lái)說(shuō)，隨著機(jī)組的供熱負(fù)荷和熱電比增加，機(jī)組的綜合熱效率增加。