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摘要：随着我国日益严峻的环境问题,以及城市对供热需求的不断增长,对现有供电机组进行供热改造成为了一举两得的高效应对策略。但由于机组工况与设计值并不完全匹配,造成供热改造后机组的运行特性发生变化。本文以某发电厂供热改造后的实际运行实践,介绍了机组改造后可能出现的特性变化及应对策略，同时针对机组供热改造后，可能会出现的热电矛盾，因此本文对目前国内热电解耦技术做一个简单分析和总结。
关键词：供电；改造；特性变化；对策
随着我国环境问题的逐渐凸显,国家对于节能环保的要求日益提高。近年来随着电力工业迅速发展,一大批大型机组相继建成投产,供电紧张的局面有所缓和。而同时热负荷较集中的城市热网的迅速发展和热电厂供热能力不足的问题十分突出。[1]这就为大型供电机组的供热改造打造了良好的基础,也成为了目前电力企业改革的主要方向之一。因此机组实际运行将是极为复杂,发电和供热经常不是同步变化,很难达到设计工况,节能效果自然会有较大下降。以某发电厂供热机组的生产运行为例,此次供热改造机组共提供两路供汽汽源。一路为高压汽源,取自再热蒸汽热段,设计压力为3.23MPa,温度为538℃,最大抽汽量为50t/h;另一路为低压汽源,在中压缸排汽联通管道安装阀门进行抽汽供热,设计压力为0.9MPa,温度为330℃,最大抽气量为300t/h。
一、改造后的运行特性变化与相应对策
1、供热改造后机组总体经济性明显提高。机组供热改造后正式投产,在其正常供热运行,由于进行了项目后评估报告,其数据显示机组供电煤耗下降22.9 g/kWh,年节约标煤约4.53万吨/年,减排二氧化碳约10万吨/年,大幅减少粉尘、二氧化硫和氮氧化物污染，其节能减排功效及经济效益均十分理想。
2、四级抽汽压力上升。此次供热改造,在中压缸排汽联通管道安装阀门,即中低压连通调门,以此对中排汽进行升压及分配,一部分进入低压缸继续做功,另一部分进入低压供热管道,对外供汽。这就使得中排蒸汽的压力相较于供热改造前,有很大的提高。而该机组的四级抽汽即取自此段,进而造成四级抽汽压力上升明显。这对机组安全运行主要有以下三方面的影响:第一、造成四级抽汽压力用户均处在高压工况下运行。加速设备老化,且改造后运行压力与设备压力高限差距小,一旦供热出现波动,存在误动作可能。第二、使得汽动给水泵的安全运行范围增大,缩短电动给水泵的运行时间。按照原设计在机组120MW投用一台汽动给泵,240MW投用第二台汽动给泵。供热改造后,100MW时即可投用第一台汽动给泵。经过对过往机组热态启动时的电动给水泵运行时间统计,供热改造前,电动给泵在机组启动过程中运行约20小时。供热改造后,电动给泵在机组启动过程中约运行14小时。节约了近1/3的工作时间,有效降低厂用电消耗。第三、中排蒸汽压力提高,使得高中压缸的蒸汽焓降较少,即汽轮机高中压缸做功量减少。使得机组经济性变差,且随着中排压力的增加,这种趋势越明显。故在调节供热参数时,应尽可能控制好中排压力,不能一味的追求供热量,而使得机组的效率下降太多。
3、中低压连通调门受低频振动影响。中低压连通调门是安装在中压缸排汽区,靠截流来进行中排汽的压力提升与流量分配。这就使得其工况相当恶劣,有十分严重的低频振动现象。多个地方曾发生过吊配震断打坏控制机构、控制模块因长期低频振动后机构失灵、执行机构减速齿轮中的弹子轴承振碎等事故。为此经过认真研究后确定了将原控制、执行一体式的阀门结构改造为分体式结构。即将阀门的控制机构解体,安装至周边工况更好的地点。并且对吊装机构进行加固。经过一段时间的运行,其受低频振动的影响大大降低。
4、凝结水明显补水量增多。供热改造后另一个明显变化是凝结水补水量大幅增大。供热改造后,由于一部分蒸汽输送至热网,不再回到机组,故凝结水补水量视供热量大大增加。这就给机组凝汽器的除氧效果及锅炉水质控制,带来极大压力。为此,在供热改造时,该厂即对机组凝汽器加装鼓泡除氧装置。其原理是从中排供热管路中抽取一定量的蒸汽,直接进入凝汽器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与化学输送过来的补水共同进入鼓泡除氧装置,进行充分混合,以达到提高凝汽器效率的作用，提高了炉水品质。
二、供热机组热电解耦技术分析
目前，大多数供热机组均采取汽轮机中压缸排汽供热方式，而受汽轮机低压缸最小冷却流量的限制，在机组供热量一定的情况下，机组发电负荷不能低于某一限值，这种“以热定电”的模式限制了供热机组在供热期的深度调峰能力，这也是供暖期调峰困难、弃风弃光现象严重的重要原因。因此，要在保证机组供热量不变的前提下，降低机组电出力，就需要打破机组供热期的热、电耦合关系。
1）汽轮机旁路供热 该技术主要是指汽轮机高、低压旁路联合供热，利用高压旁路将部分主蒸汽减温减压旁路至高压缸排汽，经锅炉再热器加热后，从低压旁路抽汽对外供热。该技术方案能最大程度地实现热电解耦，可达到“停机不停炉”的效果，同时改造投资也较小，不足之处在于供热经济性较差。此外，在方案设计中应注意各路蒸汽流量的匹配，保持汽轮机转子的推力平衡，确保高压缸末级叶片的运行安全性，防止受热面超温，同时应确保旁路供热时的运行安全性。
2）切除低压缸供热 该技术是打破原有的汽轮机低压缸最小冷却流量限值理论，在供热期间切除低压缸进汽，仅保持少量的冷却蒸汽，使低压缸在高真空条件下“空转”运行，从而提高汽轮机的供热能力。该技术能使机组在原供热能力的基础上增加20%左右的供热能力，由于减少了低压缸排汽的冷源损失，具有较好的供热经济性。该项技术在国外有成功案例，在某330 MW 机组上也成功完成了连续72 h 的切除低压缸进汽试验，试验期间在保证供热蒸汽流量350 t/h的前提下，机组电负荷降至120 MW，监测汽轮机末级和次末级叶片温度正常。该项技术改造投资小，远低于高背压、光轴改造成本，具有较好的市场应用前景。
3）电锅炉、电热泵供热 该技术是指在电源侧设置电锅炉、电热泵等，在低负荷抽汽供热不足时，通过电热或电蓄热的方式将电能转换为热能，补充供热所需，从而实现热电解耦。该技术的优点是能最大程度地实现热电解耦，对原机组的改造少；不足在于改造投资大，且机组热经济性较差。电锅炉在国外也有广泛的应用，主要用于电网中富余的“垃圾电”的消化，而在我国东北地区，受电力辅助调峰市场奖励机制的影响，也有少量电厂采取合同能源管理的模式开展电锅炉供热改造，实现热电解耦。在热电解耦技术方案中，最成熟的是热水罐储热供热、电锅炉供热技术经济性较好，但改造成本相对较高，占地面积也较大；其次是汽轮机旁路技术，改造成本低，但热经济性较差；切除低压缸供热技术改造成本最低，热经济性也最好，但应用业绩相对较少，安全性还有待验证，是未来的研究热点之一。
对有设计余量的大型机组进行供热改造,确实可以提高其经济性，在改造后的运行中,仍需认真分析其带来的影响。但仍需进一步的数据收集与分析,并且进行一定的技术改造，以便能进一步提高供热改造的经济性与安全性。配置蓄热罐或电蓄热锅炉这两种热电解耦措施技术相对成熟，且在国外已得到普遍应用，从技术层面来看可在国内大力推广应用。
参考文献：
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[4] 王晓冰, 胡林献．基于二级热网电锅炉调峰的消纳弃风方案研究[J]．电网技术，2015，39(11)：91．
[5] 柳文洁. 热水蓄热罐在热电联产供热系统中的应用研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2016: 59.
论文作者:王力伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/28
标签：机组论文; 低压论文; 汽轮机论文; 旁路论文; 蒸汽论文; 压力论文; 电锅炉论文; 《电力设备》2018年第1期论文;