中國(guó)神華能源股份有限公司國(guó)華惠州熱電分公司 許 恒

1 項(xiàng)目概況及市場(chǎng)需求

廣東國(guó)華惠州大亞灣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目（國(guó)華惠電）是惠州大亞灣石化區(qū)規(guī)劃建設(shè)的大型公共集中供熱項(xiàng)目，一期工程建設(shè)2×330MW亞臨界燃煤抽凝汽式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，2010年4月建成并投入商業(yè)運(yùn)行，2010年5月通過(guò)石化區(qū)公共供熱管網(wǎng)向石化區(qū)企業(yè)供熱。鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱的∏型汽包爐，額定蒸發(fā)量1014t/h。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的亞臨界一次中間再熱三缸雙排汽抽汽凝汽式汽輪機(jī)，主蒸汽壓力16.70MPa.a，主蒸汽溫度538℃，再熱蒸汽溫度538℃。機(jī)組具有三段供熱抽汽，其中高壓為不可調(diào)整供熱抽汽，中、低壓為參數(shù)可調(diào)抽汽，單機(jī)設(shè)計(jì)額定抽汽量為252.5t/h，最大抽汽量352t/h。截止2016年底國(guó)華惠電已擁有用熱企業(yè)19家，累計(jì)實(shí)現(xiàn)供熱1549萬(wàn)GJ，為石化區(qū)提供了質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、穩(wěn)定可靠的蒸汽。

近年來(lái)，隨著熱力市場(chǎng)需求不斷增加，現(xiàn)有系統(tǒng)在單機(jī)運(yùn)行的情況下高壓及中壓供熱不能滿足供熱需求（表1），由于機(jī)組正常的檢修停備不可避免，另外廣東電力市場(chǎng)特別煤電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)持續(xù)降低，必然存在機(jī)組單機(jī)運(yùn)行的狀況。為提高供熱的穩(wěn)定性和可靠性，需兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)滿足石化區(qū)供熱需要的能力，因此亟需對(duì)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行供熱改造，增加機(jī)組對(duì)外供熱能力。

表1 熱負(fù)荷需求與供熱能力對(duì)比

2 機(jī)組供熱改造技術(shù)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)常用的供熱改造方式主要有高背壓改造、抽汽調(diào)節(jié)改造（加旋轉(zhuǎn)隔板等）、熱再抽汽（中聯(lián)門(mén)參調(diào)）、SSS聯(lián)軸器、壓力匹配器等，用于高、中壓參數(shù)的工業(yè)抽汽供熱改造主要有從主汽和熱再管道上抽汽、壓力匹配器和在汽輪機(jī)本體加裝抽汽調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)與減溫減壓裝置結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)壓力和溫度的對(duì)外供熱。

2.1 汽輪機(jī)本體改造供熱

第一種方案就是在高中壓汽缸上進(jìn)行打孔抽汽，重新設(shè)計(jì)高中壓內(nèi)缸，在進(jìn)行汽缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)留出供電廠抽汽供熱用的抽汽管。但該方案改造成本太高、加工周期太長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)加工難度太大；一個(gè)全新的汽缸從設(shè)計(jì)到加工最少需要半年，而且成本高；另外，高中壓外缸還需進(jìn)行補(bǔ)充加工，對(duì)于改造機(jī)組來(lái)說(shuō)，高中壓外缸固定于基礎(chǔ)之上不能返廠，只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，而大部分電廠不具備現(xiàn)場(chǎng)加工能力，再加上高中壓內(nèi)缸是新汽缸，其它與其相配的部套如高壓隔板套，高壓外缸等仍用原件，在合缸時(shí)存在新舊部套不匹配等裝配問(wèn)題，不宜現(xiàn)場(chǎng)解決。

第二種方案就是在中低壓連通管上打孔抽汽，將凝汽式機(jī)組在中壓缸連通管上增加蝶閥，通過(guò)中壓缸連通管上抽汽直接對(duì)外供熱。該方案相比壓力匹配器方案具有的優(yōu)點(diǎn)，是可直接利用中壓缸做完功的乏汽直接對(duì)外供熱，熱經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較高，運(yùn)行更加簡(jiǎn)單可靠。但本機(jī)組中壓缸排汽壓力在50～100%負(fù)荷時(shí)只有約0.3～0.57MPa，無(wú)法直接滿足供熱蒸汽壓力1.4Mpa（a）的要求。通過(guò)主機(jī)廠評(píng)估，采用中壓缸連通管上加裝蝶閥的方法，調(diào)整提高抽汽壓力會(huì)受到機(jī)組負(fù)荷限制，壓力至約0.9MPa，投入抽汽最低負(fù)荷約為80%負(fù)荷。由于機(jī)組現(xiàn)狀平均負(fù)荷低于80%，難以長(zhǎng)期連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行，本方案受限不再考慮。

2.2 抽汽供熱

由于利用熱再管道抽汽對(duì)鍋爐無(wú)影響、允許抽汽量大、參數(shù)可調(diào)整范圍廣，已成為目前高、中壓參數(shù)供熱改造的主流成熟方案，在大型汽輪機(jī)供熱改造方案廣泛應(yīng)用[1-2]。近年由于部分電廠工業(yè)用戶(hù)增多，抽汽量增大，低負(fù)荷工況時(shí)熱再供熱難以滿足壓力要求，現(xiàn)已成熟摸索通過(guò)中聯(lián)門(mén)參調(diào)的方式來(lái)調(diào)整供熱壓力，滿足供熱適應(yīng)負(fù)荷范圍。廣州恒運(yùn)電廠2015年在東方汽輪機(jī)廠的協(xié)助下開(kāi)展了機(jī)組的熱再供熱抽汽改造，使用三臺(tái)機(jī)組的熱再管道抽汽供至母管，對(duì)外提供2.5MPa的蒸汽，設(shè)計(jì)流量350t/h，目前已正常運(yùn)行，當(dāng)前供熱流量在150t/h～200t/h，供熱主要由兩臺(tái)300MW機(jī)組承擔(dān)，單機(jī)供熱流量80t/h～100t/h，運(yùn)行情況良好。

2.3 壓力匹配器改造供熱

壓力匹配器的基本原理和蒸汽噴射壓縮器相同，是利用高壓蒸汽（驅(qū)動(dòng)蒸汽）通過(guò)噴嘴噴射產(chǎn)生的高速汽流將低壓蒸汽吸入，使其壓力和溫度提高，而高壓蒸汽的壓力和溫度降低，從而使低壓蒸汽的參數(shù)滿足不同企業(yè)用戶(hù)的要求。壓力匹配器采用多噴嘴結(jié)構(gòu)，根據(jù)外供汽量的大小，調(diào)整噴嘴開(kāi)啟的數(shù)量及開(kāi)度大小，以保證在外供汽量變化時(shí)，壓力匹配器保持較高的效率。壓力匹配器中裝有針型調(diào)節(jié)閥，能保證用汽蒸汽壓力在流量30～100%的范圍內(nèi)不變。

壓力匹配器方案優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)通流部分改造，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，改造周期短；由于主要是工業(yè)負(fù)荷，可以常年供熱，受季節(jié)性的限制比較?。挥酶邊?shù)蒸汽提升低參數(shù)蒸汽達(dá)到中間參數(shù)蒸汽，可以利用一部分已做功發(fā)電的低壓蒸汽，節(jié)約能源。

壓力匹配器方案缺點(diǎn)：目前壓力匹配器運(yùn)行噪音較大，必須增設(shè)專(zhuān)用隔音罩；相對(duì)減溫減壓管路布置稍復(fù)雜、投資高，管道在廠房?jī)?nèi)布置時(shí)需更多空間；變工況時(shí)效率低，調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)供熱參數(shù)穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合有一定影響。

2.4 減溫減壓裝置

減溫減壓裝置可對(duì)熱源（電站或工業(yè)鍋爐以及熱電廠等處）輸送來(lái)的一次（新）蒸汽壓力、溫度進(jìn)行減溫減壓，使其二次蒸汽的壓力、溫度達(dá)到生產(chǎn)工藝要求[3]。減溫減壓裝置由減壓系統(tǒng)（減溫減壓閥、節(jié)流孔板等）、減溫系統(tǒng)（高壓差給水調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、止回閥等）、安全保護(hù)裝置（安全閥）等組成。

減溫減壓裝置方案特點(diǎn)：技術(shù)成熟，系統(tǒng)管路相對(duì)簡(jiǎn)單，改造周期短；投資相對(duì)較少，主要是減溫減壓器費(fèi)用、管道費(fèi)用和電氣儀表費(fèi)用；調(diào)節(jié)性能好，可穩(wěn)定輸出符合供汽參數(shù)要求的二次蒸汽；缺點(diǎn)是直接將高參數(shù)蒸汽減溫減壓，熱損失較大。

3 可行性方案研究

由于惠州電廠汽輪機(jī)本體前期已完成通流改造，再次改造成本高。此外由于熱用戶(hù)對(duì)供熱穩(wěn)定性要求高，改造方案主要采用抽取主蒸汽或再熱蒸汽供熱。

3.1 限制性條件

本次供熱改造新增的高壓供熱蒸汽為4.7MPa，目前能滿足此壓力的只有主蒸汽管道和原高壓抽汽口，新增的中壓供熱蒸汽為2.7MPa，滿足此壓力的有冷再管道和熱再管道；對(duì)于抽汽量，通過(guò)研究論證，在保證機(jī)組正常發(fā)電、三級(jí)抽汽供熱的工況下具備抽取80t/h新蒸汽能力，通過(guò)調(diào)整鍋爐燃燒器擺角、爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)和利用再熱器事故噴水，可保證鍋爐再熱器壁溫、再熱蒸汽溫度不超限。影響鍋爐的主要是再熱器的流量，由于高壓供熱流量增加需從主蒸汽管道上抽取，則會(huì)導(dǎo)致鍋爐再熱器流量減少，會(huì)存在再熱蒸汽超溫、再熱器壁溫超溫等風(fēng)險(xiǎn)；在滿足汽輪機(jī)各級(jí)葉片強(qiáng)度和軸向推力等安全性要求的情況下，中壓供熱允許新增供熱流量80t/h。

3.2 可行方案

結(jié)合機(jī)組狀況和供熱需求，形成了4個(gè)供熱方案（原高壓供汽60t/h；中壓供汽159t/h；低壓供汽133t/h）：

方案一：高壓供熱。從主蒸汽管道抽取80t/h，經(jīng)減溫減壓后接至高壓供熱母管；中壓供熱。從熱再管道抽取80t/h，經(jīng)減溫減壓后接至中壓供熱母管。

方案二：高壓供熱同方案一；中壓供熱。從熱再管道抽取240t/h蒸汽，經(jīng)減溫減壓后接至中壓供熱母管。原中壓一級(jí)后抽汽口停用，保留中壓抽汽座缸閥調(diào)節(jié)功能。

方案三：高壓供熱。原高壓供熱抽汽管道擴(kuò)容，通過(guò)減少1號(hào)高加進(jìn)汽量提高高壓對(duì)外供汽量，最大工況時(shí)退出高加運(yùn)行，新增抽汽流量60t/h；中壓供熱。將冷再至中壓供熱管道流量擴(kuò)容至80t/h，接至中壓供熱母管，與原抽汽混合至額定參數(shù)。

方案四：高壓供熱同方案三；中壓供熱。熱再管道抽240t/h，冷再擴(kuò)容至80t/h備用。運(yùn)行時(shí)冷再按鍋爐再熱器氣溫和壁溫不超溫的最大允許情況運(yùn)行，不足部分由熱再供應(yīng)。原中壓一級(jí)后抽汽口停用，保留中壓抽汽座缸閥調(diào)節(jié)功能。

3.3 安全可靠性對(duì)比分析

3.3.1 主、再熱蒸汽流量偏差對(duì)鍋爐的影響

方案一、方案二自主汽抽汽80t/h，經(jīng)分析評(píng)估，當(dāng)主汽流量1100t/h時(shí)主蒸汽抽汽80t/h，再熱蒸汽流量845t/h（占主汽流量76.8%），減溫水噴水量9.112t，燃燒器擺角向上5.6°，安全性基本滿足要求；方案三自冷再供汽80t/h，加之高壓供汽，主再熱蒸汽流量較設(shè)計(jì)值偏差較大。但由于汽輪機(jī)通流面積受限，為防止調(diào)節(jié)級(jí)超壓汽輪機(jī)過(guò)負(fù)荷，原汽輪機(jī)設(shè)計(jì)最大進(jìn)汽量為1014t/h，原最大抽汽工況熱平衡圖顯示再熱蒸汽流量為774t/h，如再增加冷再80t/h則再熱蒸汽流量將達(dá)694t/h(占主汽流量68.4%)，因而鍋爐運(yùn)行工況較從主汽抽汽80t/h產(chǎn)生的影響更為顯著。

方案四主再熱蒸汽流量偏差同改造前，對(duì)鍋爐安全性無(wú)影響，在鍋爐再熱器壁溫和溫度允許的情況下可通過(guò)冷再供應(yīng)一部分蒸汽。鍋爐安全性最高；根據(jù)機(jī)組目前實(shí)際運(yùn)行工況，目前高壓供熱約20t/h，冷再供熱約30t/h，夏季局部高再管壁溫度580～590℃，最高已達(dá)到596℃，安全裕量已較小。如主再熱流量進(jìn)一步偏差將會(huì)對(duì)鍋爐安全運(yùn)行產(chǎn)生一定的挑戰(zhàn)。

3.3.2 異常工況下對(duì)汽輪機(jī)安全性的影響

供熱突然中斷的影響。方案一、方案二中主汽至高壓供熱中斷，將導(dǎo)致主汽壓力升高、汽包水位波動(dòng)，最壞導(dǎo)致鍋爐PCV閥動(dòng)作，對(duì)汽輪機(jī)基本無(wú)影響，對(duì)其他供熱影響不大。自汽機(jī)側(cè)的一抽、冷再、熱再抽汽中斷，都將導(dǎo)致汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力、一抽壓力升高，機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)，主汽壓力升高，對(duì)汽輪機(jī)鍋爐安全穩(wěn)定性均產(chǎn)生一定影響。相對(duì)而言方案一、方案二的抽汽方式較方案三、方案四影響稍小。

機(jī)組跳閘的影響。方案一、方案二增加的抽汽量分別取自主汽和熱再，即使機(jī)組停運(yùn)其汽源點(diǎn)的壓力短時(shí)高于母管壓力，因而不增加汽輪機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)。方案二中壓供熱均源于熱再管道較原機(jī)組方案風(fēng)險(xiǎn)降低。方案三、方案四增加一抽至高壓供熱，有閥門(mén)不嚴(yán)導(dǎo)致汽輪機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)，采用可靠的逆止閥和快關(guān)閥等措施，風(fēng)險(xiǎn)可控。

給水溫度降低對(duì)脫硝穩(wěn)定性的影響。方案三、方案四需減少1號(hào)高加汽量，按當(dāng)前運(yùn)行情況，1號(hào)高加切除將使給水溫度降低30℃左右。給水溫度降低30℃，初步估算將導(dǎo)致鍋爐入口煙溫降低10℃。根據(jù)2號(hào)機(jī)組（1號(hào)機(jī)已進(jìn)行分級(jí)省煤器改造）運(yùn)行記錄，當(dāng)主汽流量超過(guò)700t/h，脫硝入口煙溫能維持在320℃以上，因此當(dāng)熱負(fù)荷高時(shí)退出1號(hào)高加不會(huì)造成脫硝裝置退出。

3.4 主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

為便于比較不同方案的對(duì)煤耗的影響，取改造前后機(jī)組在統(tǒng)一電負(fù)荷和熱負(fù)荷（原方案熱負(fù)荷不同）的前提下進(jìn)行計(jì)算，即發(fā)電負(fù)荷200MW，高壓供熱120t,中壓供熱240t,低壓供熱133t。經(jīng)計(jì)算，改造前、方案一、方案二、方案三、方案四經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如下（經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算為設(shè)定工況的計(jì)算結(jié)果；未考慮鍋爐效率和主、再熱蒸汽減溫水影響）：供熱（t/h）：原高壓抽汽60、原中壓抽汽159、低壓抽汽133/主汽60、原高壓抽汽60、熱再80、原中壓抽汽159、低壓抽汽133/主汽60、原高壓抽汽60、熱再240、低壓抽汽133/高壓抽汽120、熱再80、原中壓抽汽159、低壓抽汽133/高壓抽汽120、熱再240、低壓抽汽133；供電功率(kW)：1775 50/174400/174973/175799/176634；廠用電量(kW)：22450/25600/25027/24201/23366；高壓缸 效 率(%)：79.60/82.8/83.37/82.87/82.89；中壓缸效率(%)：62.85/60.47/63.26/60.25/63.24；主蒸汽流量(t/h)：928.5/1063.3/1042.9/1011.1/975.01；熱 耗(kJ/kWh)：7001.8/6547.7/6488.9/6512.9/6531.0；供電煤耗(g/kWh)：297.88/289.38/286.03/285.64/285.07?？煽闯龇桨杆臒峤?jīng)濟(jì)性最好。

3.5 綜合對(duì)比、推薦方案及預(yù)期效果

4種方案的綜合比較依次如下：

安全可靠性：較好，對(duì)鍋爐再熱器溫度有一定影響；較好，對(duì)鍋爐再熱器溫度有一定影響；高壓供熱安全風(fēng)險(xiǎn)稍增加，對(duì)鍋爐再熱器溫度有較大影響；高壓供熱安全風(fēng)險(xiǎn)稍增加，中壓供熱風(fēng)險(xiǎn)降低，對(duì)鍋爐安全性無(wú)影響。

方案成熟度：較好，考慮減溫水量，設(shè)計(jì)能力有一定設(shè)計(jì)裕量；較好，考慮減溫水量，設(shè)計(jì)能力有一定裕量；較差，高壓供熱最大流量較其他方案偏小，對(duì)機(jī)組負(fù)荷要求高。冷再至中壓供熱由于再熱器壁溫實(shí)際運(yùn)行有超溫風(fēng)險(xiǎn)，有可能達(dá)不到設(shè)計(jì)流量，且無(wú)設(shè)計(jì)裕量；高壓供熱最大流量較其他方案偏小，對(duì)機(jī)組負(fù)荷要求高。

熱經(jīng)濟(jì)性：較差。增加鍋爐減溫水量；一般。增加鍋爐減溫水量；較好。能提高鍋爐效率，但會(huì)增加較多減溫水量；最優(yōu)。能夠提高鍋爐效率，不增加減溫水量。

施工難度：較高。主汽管道施工難度較大；最高。主、再熱蒸汽施工難度大；較低。不新增高溫管道；一般。

投資：390萬(wàn)元；540萬(wàn)元；220萬(wàn)元；498萬(wàn)元。

后續(xù)通流改造適應(yīng)性：中壓不適應(yīng)；適應(yīng)；適應(yīng)，后續(xù)通流改造熱再還需重新投資；適應(yīng)。

其他：方案四擴(kuò)容冷再至中壓供熱管道，能夠根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整冷再至中壓供熱流量，提高供熱經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，4種方案都是可行的，綜合方案的成熟度、安全性、熱經(jīng)濟(jì)性、投資和后續(xù)通流改造適應(yīng)性，推薦方案四作為改造方案。通過(guò)本次改造，單臺(tái)機(jī)組的供熱量從352t/h增加到513t/h，提高了對(duì)外供熱的連續(xù)性和穩(wěn)定性，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。經(jīng)濟(jì)效益方面，考慮簽約用戶(hù)最大同時(shí)率問(wèn)題，年供熱利用小時(shí)數(shù)按6500小時(shí)數(shù)計(jì)算，目前公司供熱銷(xiāo)售價(jià)格在140～180元/t(熱價(jià)與煤價(jià)聯(lián)動(dòng))，按供熱純利潤(rùn)20元/t計(jì)算，年可實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)收入增加141t/h×6500h×20元/t=1833萬(wàn)元?？紤]改造后供熱增加對(duì)煤耗的影響，兩臺(tái)機(jī)組改造后較改造前平均供電煤耗降低約7.5g/kWh，按年發(fā)電量30億度計(jì)算可節(jié)約標(biāo)煤2.25萬(wàn)噸。由于目前石化區(qū)內(nèi)熱負(fù)荷需求不斷增加，通過(guò)改造提升機(jī)組總體供熱能力，滿足了社會(huì)供熱需求，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。