文_楊宏偉 遼寧華電鐵嶺發(fā)電公司

1 凝抽背改造的熱電經(jīng)濟效益

凝汽式煤電機組的冷源熱損失占蒸汽在爐膛吸熱量的一半以上，凝抽背式供熱改造可以在供熱環(huán)節(jié)把這部分汽化潛熱完全有效利用。由于冬季低壓缸排汽通常在30℃以下，蒸汽無法用于加熱循環(huán)水來供熱，如果能用更高溫度的蒸汽熱量去供熱，就可以變廢熱為寶，改造是用中壓缸排汽去供熱，其額定值為0.88MPa.a，360℃。

本文所述凝抽背式供熱改造，是在汽輪機中壓缸至低壓缸的蒸汽管道上打孔連接一根同直徑的蒸汽管道，導出蒸汽用于供熱。在這兩根管道上各自安裝控制閥門，用來分配供熱蒸汽量和進入低壓缸的發(fā)電蒸汽量。在供熱負荷高，需要大量供熱蒸汽時，可以完全關(guān)閉低壓缸進汽閥門，達到切除低壓缸運行的背壓供熱模式。此時低壓缸轉(zhuǎn)子在高真空下高速旋轉(zhuǎn)，鼓風摩擦影響安全，因此要增加一個細管道旁路，向低壓缸通入冷卻蒸汽。如圖1所示。

圖1

凝汽式煤電機組供熱改造后，既發(fā)電又供熱，電與熱存在耦合關(guān)系。目前，部分地區(qū)的電網(wǎng)受調(diào)峰能力限制，已經(jīng)不再允許單純的中間部分抽汽式供熱改造。凝抽背式供熱改造可以更好地分配熱電比例，切除低壓缸運行的背壓供熱后機組發(fā)電負荷更低。部分抽汽式供熱方式時，低壓缸還有一部分進汽做功發(fā)電，可以按照電網(wǎng)調(diào)度的指令調(diào)整發(fā)電負荷到更高，因此，凝抽背式供熱改造后，機組可以在凝汽式發(fā)電、部分抽汽供熱發(fā)電、背壓式供熱發(fā)電三種模式下隨時切換，發(fā)電負荷的調(diào)整靈活性強，可調(diào)整幅度大。表1中，以某4×300MW凝汽式燃煤發(fā)電廠為例，上網(wǎng)電價0.39元/kWh，供熱改造前，年售電量61億kWh。假定爐膛燃燒情況不變，經(jīng)凝抽背式供熱改造后，年供熱量為780萬GJ，躉售熱價36元/GJ，由于汽輪機低壓缸進汽量減少，低壓缸做功發(fā)電量減少，從汽輪機熱平衡圖粗略計算得出，780萬GJ熱量對應(yīng)的累計售電量減少5.2億kWh，熱電模式下年售電量55.8億kWh，改造后每年銷售熱電總計增收0.78億元。

表1

供熱改造后，機組還通過多帶供熱負荷直至低壓缸零發(fā)電來降低發(fā)電負荷，參與電網(wǎng)低谷深度調(diào)峰，獲得輔助服務(wù)費，在供熱高峰時，還可以運用以熱定電原則向電網(wǎng)調(diào)度爭取增加發(fā)電量，每年增收0.3億元以上。

2 凝抽背式供熱改造的技術(shù)探討

2.1 有關(guān)熱力、推力等機組參數(shù)無變更

凝抽背式供熱改造并未改動汽輪機內(nèi)部，對機組原純凝汽工況運行沒有影響。改造重點在中低壓缸連通管處，在此連通管處打孔連接同直徑的供熱蒸汽管道和供熱閥門，并在低壓缸進汽口前安裝閥門。關(guān)閉低壓缸進汽閥門實現(xiàn)切缸運行期間，機組的熱力參數(shù)影響主要在低壓缸側(cè)，高中壓缸處保持原機組設(shè)計熱力參數(shù)不變。低壓缸為兩缸對稱設(shè)計，可以有效抵消軸向推力，改造后低壓缸對稱設(shè)計的優(yōu)勢依然存在，保證機組支撐、死點位置不改動，推力變化在設(shè)計規(guī)范范圍內(nèi)。

2.2 部分抽汽供熱模式下的低壓缸蒸汽最小流量

通過關(guān)小低壓缸進汽閥門，開大供熱閥門，兩個閥門相互配合，實現(xiàn)部分抽汽供熱，低壓缸進汽量減少會增加低壓轉(zhuǎn)子葉片的鼓風、摩擦損失，威脅葉片安全，必須控制低壓缸進汽量在合理范圍內(nèi)。改造時，設(shè)定凝汽式運行方式切換到部分抽汽供熱方式的最小電負荷值，設(shè)定部分抽汽供熱方式下，低壓缸進汽閥門的最小開度值，以此來控制低壓缸進汽量大于最小流量值，保證部分抽汽供熱模式下的安全運行。

2.3 增設(shè)低壓缸進口冷卻蒸汽管道及減溫減壓器

低壓缸進汽閥門關(guān)閉后實現(xiàn)了低壓缸不進汽，但是汽缸會漏汽，微量的漏汽在缸內(nèi)流動性能較差，為了縮短其在缸內(nèi)的滯留時間，防止鼓風超溫，需要少量冷卻蒸汽進入低壓缸，保證缸內(nèi)合理流動性，將鼓風熱量帶走，同時開啟排汽缸噴水減溫系統(tǒng)，防止因超溫膨脹發(fā)生脹差超限、軸系不平衡振動以及密封性能降低等危險。低壓缸進汽閥門精度無法滿足冷卻蒸汽量的調(diào)節(jié)要求，因此在該閥門前后設(shè)置旁路連通細管，為低壓缸提供極小流量蒸汽。旁路汽源溫度不宜高，溫度太高則起不到冷卻的效果。由于中排額定參數(shù)較高，經(jīng)旁路的蒸汽需要預先對蒸汽進行減溫減壓處理，再通入低壓缸中。減壓是利用閥門節(jié)流實現(xiàn)，減溫是利用噴水減溫器實現(xiàn)。

2.4 中壓缸排汽用于供熱后應(yīng)增加的中壓缸葉片保護邏輯

在中壓缸排汽用于供熱模式下，蒸汽會經(jīng)歷供熱系統(tǒng)多道閥門的節(jié)流調(diào)節(jié)。如果供熱系統(tǒng)的閥門開度過小，會造成中壓缸排汽被嚴重節(jié)流，導致中壓缸排汽不暢通，此時，中壓缸進汽與中排壓力的差會變小，汽輪機中壓缸鼓風摩擦生熱問題加重，威脅中壓缸葉片安全，因此要在中壓缸末級葉片位置設(shè)置高溫高壓報警、跳機保護。為降低工程造價，可以取中壓缸排汽口管道內(nèi)的壓力和溫度測點作為替代。另外，機組在供熱抽汽量極大時中壓缸的焓降將大于原有凝汽工況值，增大的焓降主要由中壓末級來承擔，這對末級葉片的強度是不利的。為了保證汽輪機的安全運行，需要采取保護措施，按照機組正常運行時核定的末級和次末級壓差數(shù)據(jù)進行中壓末級保護裝置的參數(shù)整定。

2.5 脹差與振動的監(jiān)測

汽輪機在啟動、停運或者工況變化時，轉(zhuǎn)子和汽缸分別以自己的死點為基準膨脹或收縮。汽缸和轉(zhuǎn)子之間熱膨脹的數(shù)值各不一樣，其二者之間的差值即為轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差。為保證機組在運行中軸向動靜不摩擦，需要控制脹差值，如果脹差過大、引起機組強烈振動，有可能危及轉(zhuǎn)子及其葉片的安全，測量可以提供一個預先報警，過大則應(yīng)打閘停機。凝抽背式供熱切換，就是很典型的變工況運行，改造應(yīng)依據(jù)原有機組完善脹差及振動的監(jiān)測分析系統(tǒng)，嚴格按照原始評判標準對切換過程的安全性進行把控。

2.6 關(guān)于切除低壓缸運行對低壓轉(zhuǎn)子葉片水蝕和振動的分析

從理論分析來看，機組切除低壓缸供熱期間，低壓轉(zhuǎn)子處于高真空下高速旋轉(zhuǎn)，小流量的冷卻蒸汽不會造成葉片水蝕和振動加大，但是，凝抽背式供熱改造后，還是要重點關(guān)注對低壓缸轉(zhuǎn)子及葉片的檢修，如葉輪、輪轂部位的零部件及其鎖緊件均無松動現(xiàn)象；葉片圍帶、拉筋有無松動和損傷。同時需要對轉(zhuǎn)子及葉片連接位置如圍帶、拉筋等進行加固，充分利用干摩擦阻尼特性達到減振目的，使其能夠承受高真空、小流量下可能發(fā)生脫流、倒流等引發(fā)的交變動應(yīng)力。

2.7 關(guān)于電廠供熱與城區(qū)老供熱系統(tǒng)的對接事項

煤電機組供熱改造后，替代城區(qū)分散的小鍋爐。從電廠引出的供熱循環(huán)水管道與城區(qū)原有供熱管道連接。供熱系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)充分結(jié)合市區(qū)建設(shè)規(guī)劃，著眼于城市擴建，留足今后的供熱能力富裕程度，另外供熱循環(huán)水普遍是采用水庫等地表原水，水質(zhì)硬度大，導致?lián)Q熱設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢，降低換熱效率。因此，換熱設(shè)備應(yīng)有比較大的設(shè)計裕度。城區(qū)內(nèi)部原有的供熱管道老化，承壓能力低，也是供熱改造應(yīng)當重視的環(huán)節(jié)。目前，城區(qū)供熱管道普遍選擇直接埋在地下土層中，腐蝕老化快、維護更換成本高，供熱改造中的城區(qū)供熱管道承壓試驗往往被擱置不做，城區(qū)管道承壓能力極有可能是空白。在改造中應(yīng)特別考慮偏離正常供熱工況的穩(wěn)定運行，例如管道承壓能力低，被迫采取低壓、低流量、高溫供水的參數(shù)運行時的供熱安全。

3 結(jié)語

在眾多凝汽式機組供熱改造技術(shù)路徑里，本文所述凝抽背式供熱改造僅需在中低壓聯(lián)通管道上增設(shè)閥門，對汽輪機本身無改造，費用低，技術(shù)實施簡單，機組電負荷調(diào)節(jié)范圍大，適應(yīng)機組參與電網(wǎng)的調(diào)峰，供熱能力強，值得推廣。