摘要：对亚临界330MW抽汽供热汽轮机组应用于工业供热的安全性和经济性进行了分析,通过对中压内/外缸结构进行改进,可实现抽汽供热的功能,满足近、远期用热需求。
关键词：火电机组；可再生能源；工业抽汽旋转隔板；再热蒸汽减温减压
某厂现有2×330MW亚临界供热机组，承担市区1100万平方米采暖供热任务。在非供热期，厂利用小时非常低，并且每年有近2个月机组全停，给生产经营带来巨大的压力。在这种形势下，该厂大力开拓热力市场，与市生化科技有限责任公司（以下简称生化公司）就工业用汽达成合作意向，该厂准备通过设备改造具有工业供汽能力，接带生化公司生产用汽，达到双方合作双盈。
1 热负荷
1.1采暖热负荷
该厂机组规模为2×1065t/h煤粉锅炉配2×330MW供热式汽轮发电机组，设计总供热面积为1075.5万平方米，平均热负荷系数为0.64，采暖期设计最大热负荷为648.97MW，设计平均热负荷为415.34MW，设计最小热负荷为210.92MW。单台机组在额定进汽量1014t/h时，电负荷为261.957MW，设计最大采暖抽汽量为526t/h，单台机组满负荷运行时抽汽量按500t/h考虑。
截止到目前，电厂实际采暖总供热面积1100万平方米左右，采暖期电厂实际最大供热负荷为492MW，最小供热负荷为100MW，平均供热负荷为324MW。2017～2018年采暖期，该厂计划新增50万平方米供热面积，由于新增采暖供热面积中节能建筑占比较高，因此采暖综合热指标按照40W/m2计算，2017年新增供热负荷20MW。根据上述分析，2017年电厂设计供热负荷将增至512MW，平均供热负荷约为344MW。采暖中期单机将承担256MW（约400t/h）的采暖热负荷，整个采暖期单机平均承担172MW（约270t/h）的采暖热负荷。
1.2 工业抽汽热负荷
根据合作协议，工业抽汽具体参数及机组运行方式如下：
1）工业抽汽流量及参数：全厂工业额定抽汽量为250t/h，最大抽汽量为350t/h，机组抽汽口压力为1.0MPa.a，温度为260℃。
2）机组工业抽汽量：夏季单机运行，额定抽汽量为250t/h，单机最大抽汽量为350t/h，冬季双机运行，单机额定工业抽汽量为125t/h，单机最大抽汽量为175t/h。
2 工业蒸汽供热改造方案
根据目前机组运行方式，非采暖期单机运行时需要满足工业蒸汽350t/h，采暖期双机运行时需要满足工业蒸汽350t/h，对应单台机组175t/h。电厂3、4号机组完成工业蒸汽供热改造后，每台机组都应具备供应350t/h工业蒸汽的能力，电厂内供出的工业蒸汽参数应满足1.0MPa(a)，260℃的要求。对于工业蒸汽供热改造，可以采用汽轮机本体改造、再热蒸汽减温减压方案。
2.1 汽轮机本体改造
根据汽轮机厂改造方案，需要对现有机组中压缸模块进行替换，新的中压模块需要拆除3级，并增加工业抽汽旋转隔板，增加工业抽汽口及相应管道。实际运行过程中，可以通过调整工业抽汽旋转隔板的开度，调整和控制工业抽汽的流量并保证工业蒸汽压力。
夏季单机运行，在单台机组承担350t/h工业蒸汽的情况下，机组发电负荷约为最小147MW。冬季双机运行，全厂承担350t/h工业蒸汽，即单机承担175t/h工业蒸汽，400t/h采暖抽汽的情况下，机组发电负荷约为237MW，此时旋转隔板需重新设计加强，汽轮机轴系轴向推力能够满足安全运行要求，可以稳定连续运行。
2.2 再热蒸汽减温减压
再热蒸汽减温减压是目前应用较为普遍的一种工业蒸汽供热改造方式，主要是通过在机组再热热段蒸汽管道上打孔抽汽，并通过新增的减温减压器将再热热段蒸汽参数调整至工业蒸汽所需参数。再热热段蒸汽管道的减温水来自减温水升压泵，减温水升压泵水源取自凝补水箱。
采用再热蒸汽减温减压抽汽方式，通过中压调速汽门调整高压缸排汽压力，可以保证高压缸隔板及动叶强度在允许范围内。需通过重新设计高、中压调速汽门控制逻辑，高压缸保护逻辑等工作来实现。
夏季单机运行，在单台机组承担350t/h工业蒸汽的情况下，机组发电负荷约为最小124.7MW。冬季双机运行，全厂承担350t/h工业蒸汽，即单机承担175t/h工业蒸汽，400t/h采暖抽汽的情况下，机组发电负荷约为224.0MW，可以保证高压缸隔板及动叶强度在允许范围内，轴向推力在允许范围内，汽轮机能够安全稳定连续运行。
3 改造方案的确定
根据上述分析，适合电厂工业蒸汽供热改造的技术路线为汽轮机中压缸本体改造以及再热蒸汽减温减压，由于电厂共有两台机组，因此可以分为三种具体可实施的方案。
方案1：两台机组全部进行再热热段减温减压工业蒸汽供热改造；
方案2：一台机进行再热热段减温减压改造，另外一台机组进行旋转隔板工业蒸汽供热改造；
方案3：两台机组全部进行旋转隔板工业蒸汽供热改造。
下面从经济性和投资等方面对上述三种方案进行比选分析，以确定最为合适的改造方案。
三种改造方案经济性与投资对比表
工业蒸汽供热改造方案经济性对比（两台机组）
根据上述计算表格可知，对于电厂工业蒸汽供热改造，再热热段蒸汽直接减温减压是投资较低，系统简单且易于实现的方案，但是经济性较差。按照年费用法进行分析，方案二具有最低的年费用，经济性最佳。
3.1 3号机组改造方案
根据前述分析，由于该厂4号机组经过高压缸通流升级改造，纯凝运行效率较高，因此推荐对3号机组进行中压缸旋转隔板抽汽供热改造，以提高机组运行效率，降低煤耗。
机组工业蒸汽由中压缸7级抽汽口引出，经过工业蒸汽管道连接至厂区工业蒸汽母管，在工业蒸汽抽汽管道上设置气动止回阀以及快关阀，在与工业蒸汽母管管道连接处设置关断阀，以实现两台机组工业蒸汽系统的切换隔离。
3.2 4号机组改造方案
4号机组拟进行再热热段蒸汽减温减压工业蒸汽供热改造，工业蒸汽管道由4号机组再热热段蒸汽母管上引出，连接到汽机房内的减温减压器。
4号机组共配置1台减温减压器，不设置备用，减温减压器前设置快关阀，再热热段蒸汽经过减温减压后供至厂区的工业蒸汽母管，在与工业蒸汽母管管道连接处设置关断阀，以实现两台机组工业蒸汽系统的切换隔离。
3.3 公用系统改造方案
根据目前初步估算，工业蒸汽系统疏水约有50%能够进行回收，经过除铁处理后的热网疏水可以回收至凝汽器，还需要根据电厂目前电厂凝结水补水系统能力适时进行补水系统扩容改造，以满足对外供汽的需求。
4结论
3号机中压缸抽汽改造和4号机采用热再减压抽汽改造均可实现对外供工业用汽350t/h的需要。
3号机组中压缸抽汽改造，4号机组热再减压抽汽改造，具有经济性好、运行灵活、综合投资少等优点。
工业供汽改造后，夏季具有较强的深度调峰能力，冬季不具备深度调峰能力，而且基本调峰能力降低较多，深度调峰分摊将会有较大增加。
论文作者:王恩鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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