关键字:空冷机组 热电解耦 低压缸零出力
一、引言
近年来，我国风电、光伏、水电等新能源电力装机容量持续快速增长，部分地区出现了较为严重的弃风、弃光和弃水问题，尤其是东北、华北、西北（三北）等地。现有热电联产机组受限于“以热定电”的运行方式，无法实现有效调峰，弃风、弃核问题严重。因此，对热电联产机组进行热电解耦，改善热电联产机组的调峰性能是近年来火电行业面临的选择。为提升热电联产机组的调峰能力，近年来热电联产机组热电解耦改造工程项目实施较多，其中低压缸零出力供热改造技术作为近年来的新兴技术在很多机组得以实施应用。但是在空冷热电联产机组上的应用为数不多，结合以上背景，本文以满洲里达赉湖热电公司实施的两台空冷机组低压缸零出力供热改造实施为样本，对热电联产空冷机组低压缸零出力供热改造技术进行探究。
二、达赉湖热电公司机组情况概述
满洲里达赉湖热电有限公司两台号机组系超高压200MW供热机组，机组所配HG-670/13.7-HM18型锅炉，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的CZK185/N200-12.75/535/535/0.245型超高压、一次中间再热、单轴、三缸两排汽、直接空冷、冷凝式，汽轮机机组冷端设备为GEA公司生产的直接空冷凝汽器（ACC）。 满洲里达赉湖热电公司地处内蒙古满洲里市扎赉诺尔诺尔区，归国网蒙东公司直调，承担着满洲里市扎赉诺尔诺尔区域近460万的供热面积。
随着近年来东北区域电力调峰辅助市场以及扎赉诺尔区的供热需求量的影响。一方面，热电联产机组“以热定电”的运行模式，达赉湖热电公司面临着机组调峰深度不足的局面。另一方面，随着扎赉诺尔区的供热需求量的不断扩大，现有机组的供热能力已经无法满足扎赉诺尔区日益增长的热力需求。结合上述原因，达赉湖热电公司在2019年度完成两台机组的低压缸零出力供热改造。通过系统和设备改造进行切缸热电解耦，实现在保证冬季居民供热的同时具有配合风电上网的调峰功能，最终达到当电厂发电负荷受电网调控而降低时，供热仍然能满足热网需求的目的。
三、空冷机组低压缸零出力供热改造技术
在我国大力倡导火电机组运行灵活性的政策背景下，受自身热电耦合特性、低压缸冷却蒸汽流量限值及“以热定电”运行方式影响，常规抽汽凝汽式供热机组的电调峰能力有限，很难适应电网深度调峰需求，供热抽汽能力也受到一定影响。针对这一问题，低压缸零出力供热技术突破传统供热机组运行模式，大幅降低低压转子的冷却蒸汽消耗量，提高汽轮机电调峰能力和供热抽汽能力。其技术路线是在冬季供热期间，低压缸进汽被完全切断，少部分蒸汽由新增的旁路进入低压缸用于冷却低压转子转动产生的鼓风热量，其它的中压缸排汽全部用于供热，用以满足用户热负荷需求。类似于背压式汽轮机组，供热抽汽凝结水直接进入低压加热器中进行加热，冷却蒸汽在凝汽器中被冷凝，而在非供热期间，低压缸恢复正常进汽而正常做功发电。
结合满洲里达赉湖热电公司低压缸零出力供热改造，以下详细论述空冷机组低压缸零出力供热技术的主要内容及要点：
3.1空冷机组低压缸零出力供热改造主要内容
低压缸零出力供热技术在低压缸高真空运行条件下，采用可完全密封的液压蝶阀切除低压缸原进汽管道进汽，通过新增旁路管道通入少量的冷却蒸汽，用于带走切除低压缸进汽后低压转子转动产生的鼓风热量。
与改造前相比，低压缸零出力供热技术将原低压缸进汽用于供热，可提高机组供热能力；在供热量不变的情况下，可一定程度降低机组发电功率，实现深度调峰；几乎没有冷源损失，使机组同时具备高背压机组供热能力大、抽汽凝汽式供热机组运行方式灵活的特点，有利于提高企业的市场竞争力。根据上述低压缸零出力供热技术实现原理和需求，达赉湖热电公司低压缸零出力供热改造总体内容：
1）中低压连通管改造
根据低压缸零出力供热运行需要，原中低压连通管进行改造，从中压缸排汽引出冷却蒸汽至低压缸进汽口，用于冷却低压缸末级叶片。
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2）供热蝶阀改造
根据低压缸零出力供热技术运行需求，改造将原来不能完全密封的供热蝶阀更换为可完全密封的液压蝶阀，液压蝶阀接口尺寸与改造后中低压连通管规格保持一致。
3）低压缸运行监视测点完善
实施低压缸零出力供热改造后，机组低压缸零出力运行时，低压缸通流部分运行条件大幅偏离设计工况，为充分监视低压缸通流部分运行状态，增加或改造末级叶片温度、中压缸排汽等相关运行监视测点：
4）低压缸末级叶片抗水蚀金属耐磨层喷涂处理
而小容积流量条件下，低压缸转子末级叶片出现的涡流会卷吸减温水至动叶流道，加剧动叶出汽边根部区域水蚀情况，威胁机组安全运行。因此，对低压缸末级叶片实施金属耐磨层喷涂处理。
5）低压通流部分冷却蒸汽系统
根据低压缸零出力供热技术要求，新增加低压缸通流部分冷却蒸汽系统，冷却蒸汽汽源取自中压缸排汽，接入点为低压缸进汽口（中低压连通管上供热蝶阀后适当位置）冷却蒸汽管路上设置调节阀和流量孔板。
6）低压缸长叶片运行安全性校核
低压缸零出力运行时，低压缸进汽流量大幅减小，运行工况严重偏离设计值，这将导致低压末两级叶片动应力增大、水蚀加剧、高周疲劳寿命缩短，采用计算流体动力学方法对低压缸末两级叶片在小容积流量条件下的动应力和高周疲劳寿命进行安全性校核。
7）低压缸喷水减温系统改造
为便于调节和监视切除低压缸运行时低压缸喷水减温流量，对原低压缸喷水减温系统增加流量测点和调节阀，有效的对喷水减温流量进行控制、调节。
3.2 200MW空冷机组低压缸零出力供热改造后供热能力提升核算
根据制造厂提供的汽轮机热力特性说明书，改造前达赉湖热电1、2号机组典型工况下机组供热能力：
THA工况（主蒸汽流量639.4t/h）时，机组采暖抽汽流量为233.07/h，折合供热负荷为164.82MW，发电功率为161.6MW，对应热耗率为7370.88kJ/(kW·h)，发电煤耗约282.34g/(kW·h)。
对改造后机组供热能力核算时低压缸冷却蒸汽流量为20t/h。改造后不同锅炉出力下汽轮机供热抽汽能力：
THA工况（主蒸汽流量639.4t/h）时，机组采暖抽汽流量为404.44t/h，折合供热负荷为286.02MW，发电功率为145.5MW，对应热耗率为5189.85kJ/(kW·h)，发电煤耗约198.8g/(kW·h)；较改造前相同主蒸汽流量，可增加采暖抽汽流量约171.37t/h，折合供热量121.2MW，发电功率下降约16.1MW。
3.3空冷岛防冻适配性论证
达赉湖热电公司每台机组空冷岛共有四列空冷单元，中间一列空冷单元未设置隔离阀，其它三列空冷单元均设置有隔离阀，因该公司地处呼伦贝尔，冬季极寒气温长期在-30摄氏度以下，考量空冷岛在冬季工况防冻问题，在空冷岛未设置隔离阀的空冷单元新增一道隔离阀的，同时新增一套凝汽器，在冬季供热期间结合中、低压缸连通阀开度，实时调整空冷岛投运列数，冬季极寒期可达到整体切断空冷岛供汽工况。
三、结论
目前，达赉湖热电公司意实施完成两台机组的低压缸零出力供热改造，改造完成后，机组供热能力显著提高，单台锅炉蒸汽流量670t/h时供热负荷达到299.02MW，锅炉蒸汽流量650t/h时供热负荷达到290.69MW。两台机组改造完成后，可增加供热面积约370万m2，两台机组最大供热能力达926万m2，可以满足扎赉诺尔区域长期供热面积规划。同时，改造后机组调峰深度可达25%额定出力，为适应调峰辅助市场提供了坚实基础。
参考文献：
居文平,吕凯,马汀山等.供热机组热电解耦技术对比[Ｊ].热力发电.2018.47(９):115-121.
陈建国,谢争先,付怀仁,等.300ＭＷ机组汽轮机低压缸零出力技术[Ｊ].热力发电.2018.47(５):106-10.
论文作者:于龙, 高连达, 张升田,侯建华,白楠
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
标签：低压论文; 机组论文; 热电论文; 诺尔论文; 蒸汽论文; 流量论文; 技术论文; 《中国电业》2019年22期论文;