汽轮机组供热改造方案研究

孙嘉权，许涛，商永强

(1.忻州广宇煤电有限公司，山西 忻州 034000； 2.华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州 450046)

0 引言

热电联产项目最早主要集中在工业领域，后发展到居民的集中供暖，具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益，被国内外誉为朝阳产业[1-3]。我国热电联产行业已进入成熟期，行业发展平稳增长，热电联产在城市集中供热总量的占比达30%以上[4]。近年来，各地的热电联产工程项目纷纷建成投产，使我国城市供热能力持续提升。由于国家相关政策的支持，我国热电联产的发展势头十分迅猛。

1 项目背景

某电厂位于某市城北区域，是该市城区的主要热源，承担着非常重要的采供热任务。该电厂一期2×135 MW凝汽式燃煤抽汽供热机组(#1，#2机组)于2007年建成投产，二期2×350 MW超临界空冷燃煤供热机组(#3，#4机组)于2016年年底建成投产。该电厂一期2×135 MW机组供热蒸汽取自汽轮机中压缸排汽(五段抽汽)，单机额定抽汽量为120 t/h，最大抽汽量为150 t/h，设计供热抽汽压力为0.245 MPa，2台机组原设计供热面积约为3.21×106m2。2012—2013年经汽轮机乏汽供热节能改造，2台机组设计供热能力约为342 MW，设计供热面积约为6.21×106m2。二期2×350 MW抽凝供热机组供热蒸汽也取自汽轮机中压缸排汽(五段抽汽)，单机额定抽汽量为500 t/h，2台机组设计供热能力为653 MW，设计供热面积约为1.154×107m2。配套供热管网主管径为DN 1 200 mm。

表1 某电厂供热现状及供热规划

根据该市《城市供热专项规划(2013—2030)》(以下简称《规划》)要求，至2020年，该电厂集中供热面积需达到2.150×107m2(见表1)，但该电厂机组目前设计供热面积约为1.775×107m2，无法满足该市中期(2020年)供热发展需求。结合机组现状，对#2供热机组进行背压式汽轮机改造，以最大限度增大供热能力。

2 供热改造方案

本文拟将一期#2汽轮机改为背压机。结合电厂热负荷、机组运行现状以及机组情况，初步拟定背压机改造方案如下。

图1 供热系统

2.1 本体改造方案

#2抽汽凝汽式汽轮机改为背压式供热汽轮机，新设联通管将中排上部2路排汽合并至1个DN 1 200 mm的供汽管道引出；同时，在此管线上引出约5 t/h的蒸汽，经减温减压后通入低压缸作冷却蒸汽，原中压缸排汽下部抽汽150 t/h去热网首站供热管道不变。低压缸2个进汽口，其中一个接入冷却蒸汽，另一个进行封堵。低压转子加工成一根光轴转子，连接高中压转子与发电机，起到传递扭矩的作用(低压转子改造后，应进行动平衡试验，防止由于转子不平衡引起机组振动大)。原配置空冷岛进行隔绝、废除。改造后低压隔板全部拆除，保留低压内缸及喷水装置。

2.2 系统改造方案

将中压缸新引出蒸汽接至#2余热回收装置用于加热热网循环水。由于#2余热回收机组设计参数较低，蒸汽在进入#2余热回收装置前参数降至30 kPa，60 ℃。对原有#2余热回收机组进行改造。新引出中压缸排汽约为172 t/h，其中5 t/h送至低压缸进行冷却，剩余蒸汽送至#2余热回收装置进行换热。#2机组额定供热能力约为225.3 MW。供热系统如图1所示。

3 改造前、后对比

3.1 改造前、后供热能力变化

一期2×135 MW机组目前设计供热能力为342 MW，设计供热面积约为6.21×106m2。改造前一期电厂供热量为

Q=0.086 4nP(tn-tp)/(tn-tw) ，

(1)

式中：n为采暖天数，151；P为改造前电厂总供热功率，342 000 kW；tn为室内温度，18 ℃；tp为采暖期室外平均温度，-2.7 ℃；tw为冬季室外温度，-15 ℃。数据代入可得改造前一期供热量为2.80×106GJ。

改造后供热能力增加了46 MW，总供热能力为388 MW，按式(1)计算，改造后供热量为3.17×106GJ，比改造前增加了0.37×106GJ，新增供热量为#2汽轮机改造为背压机后所增加的供热量。#2机组改造前、后供热能力变化见表2。

根据表2可以看出，#2机组改造为背压机后，供热能力增加46 MW，按照目前热负荷指标，可以增大供热面积8.30×105m2。由于热负荷指标的变化，中期可以增大供热面积9.00×105m2，远期可以增大供热面积9.60×105m2。

改造后，全厂中期供热能力可达1 041.0 MW，较中期规划值1 096.5 MW偏少55.5 MW，较远期规划值1 488.0 MW偏少447.0 MW。建议未来根据实际热负荷发展情况，对二期机组进行余热回收利用改造，以补足不足部分。

3.2 主要热经济指标

年利用小时按照2015年机组采暖期核查电量，折合2 643 h进行计算。#2汽轮机改造为背压机后额定功率为98.29 MW，主要热经济指标见表3。

表2 #2机组改造前、后供热能力变化

表3 #2机组热经济指标计算结果

#2机组改造前机组设计发电标准煤耗为177.43 g/(kW·h)，考虑区域小锅炉热效率为75%，供热标准煤耗为45.55 kg/GJ；改造后机组发电标准煤耗为164.06 g/(kW·h)，供热标准煤耗为38.14 kg/GJ。按上述数据计算，改造后该工程每年可节约标准煤约9.4 kt，其中发电节煤量为4.9 kt，供热节煤量为4.5 kt。

4 结论

通过热电联产来实施集中供热，替代供热区内已有或拟建的热效率低、污染防治措施落后的小锅炉，减少了区域燃煤消耗及烟尘排放量。提高了电厂的综合能源利用效率，既节约了大量能源，又减少了煤、灰渣在装卸、运输、贮存过程中对环境、交通及占地的影响。CO2，SO2，NOx及烟尘排放量减少，区域内环境空气质量得到改善。

[1]孔令先,李继伟,李宏伟.220 MW汽轮机组供热改造研究与应用[J].节能技术，2010，28(4)：319-322，328.

[2]程钧培.节能减排与火电新技术[J].动力工程，2009，29(1)：1-4.

[3]戈志华，杨佳霖，何坚忍，等.大型纯凝汽轮机供热改造节能研究[J].中国电机工程学报，2012，32(17)：25-30.

[4]万燕，孙诗梦，戈志华，等.大型热电联产机组高背压供热改造全工况热经济分析[J].电力建设，2016，37(4)：131-137.