汽轮机旁路系统在调峰过程中提高热源输出的技术研究

吴小杰

（京能（赤峰）能源发展有限公司，内蒙古 赤峰024000）

1 引言

本项目将围绕热电解耦关键技术展开研究，通过汽轮机低压旁路改造，获得汽轮机旁路系统可以在保障安全性的前提下具备深度调峰能力。重点针对抽汽机组深度调峰时通过旁路系统满足工业抽汽能力的灵活性改造开展研究，并开展低压缸小流量运行可靠性研究、调峰最佳工况等试验，最终获得汽轮机旁路系统在深度调峰背景下实现热电解耦的技术改造及关键技术应用。通过该项目的研究，为深度调峰技术的应用提供了参考，对推动火电机组的深度调峰以及实现热电解耦具有重要意义。

2 项目背景

京能（赤峰）能源发展有限公司汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的2×150MW 超高压一次中间再热、单轴、双缸、双抽汽供热、凝汽式汽轮机，2 个工业抽汽口位于中压缸第12 级后，设计抽汽压力：0.98MPa，设计抽汽温度：346.9℃，额定工业抽汽量：50t/h，2 台机组严寒期工业抽汽量约70t/h。机组参与深度调峰时，为满足锅炉及环保相关参数要求，只能采取将2#机电负荷降至50MW，1#机组降至110MW，由1#机带动工业抽汽的运行方式，此时，1#机电负荷110MW，工业抽汽压力0.6MPa，勉强满足用户要求。但随环境温度的降低，供热量增加，电负荷也随之增加，使2 台机组的总上网电量无法满足东北能源监管局《东北电力辅助服务市场运营规则（征求意见稿）》采暖季调峰期不大于150MW 的要求，使调峰考核增加，给公司经营带来了巨大的压力。

3 应用前景

目前，国内火电机组深度调峰灵活性改造研究开发工作十分活跃，深度调峰灵活性改造技术大体可以分为4 大类：（1）蓄热供热技术；（2）电锅炉供热技术；（3）低压缸零出力技术；（4）汽轮机旁路供热技术。而汽轮机旁路供热技术是目前最有前途的灵活性改造技术之一，它利用汽轮机高、低旁联合供汽机理，达到机组深度调峰的同时，又能满足工业抽汽的需求。这一技术的最大特点是初投资低，系统投、切运行操作简单。如果能实现旁路供汽工艺，则能够取得较高的经济效益。

4 解决问题的思路

为解决机组深度调峰过程中工业抽汽难以安全稳定输出的问题，拟采用低旁后蒸汽改造后供工业抽汽，以保障工业抽汽用户需求。

低压旁路设计容量为30%BMCR （Boiler Maximum Continue Rate），流量163t/h。低旁减温减压后的蒸汽参数可维持在0.75MPa，温度300℃，与工业抽汽设计参数相当，可将此系统改造用于低负荷下供工业抽汽的供应，高旁系统的投入可以将高排蒸汽减温至约300℃，使锅炉再热器冷却效果更好，间接地在低负荷下保护了锅炉再热器，且现场设备安装空间有利于系统改造。

5 改造方案

在低旁出口至三级减温器之间加装电动球阀，电动球阀前设置异径三通，同时将新增电动球阀至低旁出口间管材由原Q235A 螺旋缝管升级为20#钢无缝管，从新增三通处铺设管道引接至工业抽汽母管，并曾设疏水点。改造后系统流程如图1 所示。

图1 改造后系统流程图（云线范围为改造部分）

6 系统改造后试运行情况

6.1 试投运高、低旁联合供工业抽汽（2019 年8 月31 日2#汽轮发电机组）

8：30：2#机负荷80MW，旁路系统开始暖管。

9：15：2#机负荷60MW，开始逐渐投入低旁，主蒸汽压力8.0MPa，温度508℃；再热蒸汽压力1.7MPa，温度510℃；轴向位移0.38mm；高压胀差2.75mm，低压胀差3.28mm；1#机三抽供工业抽汽，供汽压力0.62MPa，温度300℃，供汽流量40t/h；2#机低旁调节阀开度10%，稳定运行10min，无异常现象。

9：55：2#机负荷60MW，主蒸汽压力7.8MPa，温度514℃；再热蒸汽压力1.5MPa，温度501℃；轴向位移0.36mm；高压胀差2.96mm，低压胀差3.15mm；低旁调节阀开度50%；1#机三抽供工业抽汽全停，供汽压力0.60MPa，温度300℃，供汽流量36t/h；

10：30：2#机开始投运高旁。

14：00：2#机负荷40MW，主蒸汽压力7.4MPa，温度476℃，流量180t/h；再热蒸汽压力1.17MPa，温度465℃；轴向位移0.39mm；高压胀差2.96mm，低压胀差2.87mm；低旁调节阀开度67%，高旁调节阀开度42%。1#机三抽供工业抽汽全停，供汽压力0.60MPa，温度300℃，供汽流量37t/h；锅炉环保参数都能控制在合格范围内。

6.2 数据对比分析

6.2.1 高旁必须投运

低旁供工业抽汽试验时，最大供汽量36t/h，轴向位移并未发生明显变化，但冬季最大工业抽汽供热量达到60t/h，所以，为确保安全，还要配合投运高旁。

6.2.2 调整主再热汽温，控制胀差

机组负荷降低后，汽缸的膨胀会减小，所以，必须适当降低主再热蒸汽温度，减小转子的膨胀，控制胀差在正常范围内。负荷50MW 以下时，汽温480～500℃，能满足要求。

6.2.3 高低旁压力调节阀开度控制

高旁减温减压阀额定流量144t/h，低旁减温减压阀额定流量163t/h，根据高低旁流量匹配基于“低旁蒸汽流量=高旁蒸汽流量+高旁减温水流量”原则，调整过程中要保证低旁电动调节门开度大于高旁电动调节门开度5%～10%。

7 系统改造后运行效果

非供热期调峰：深度调峰时，投入旁路系统，机组负荷可降至50MW，能满足工业热用户及调峰要求。

供热初、末期调峰：深度调峰时，2#机电负荷降至50MW，通过旁路系统，带50t/h 的工业抽汽。1#机投入采暖抽汽，控制电负荷不超过100MW，采暖供热量能达到650GJ/h；这样双机负荷可以控制150MW 以下，不被电网考核。

供热高峰期调峰：根据目前的机组运行情况，通过高低旁联合供工业抽汽，寻求满足最大工业和采暖供热量及深度调峰的最佳工况。

8 结语

高、低旁联合供工业抽汽系统实现了低成本热电解耦，解决以热定电困局，满足调峰需求的同时，又保障了工业抽汽系统的安全稳定输出，达到了能源梯度利用、分级输出的作用。系统运行稳定可靠，可灵活切换、快速调峰。在机组参与深度调峰时，在满足工业抽汽用户需求的情况下实现了机组最低负荷由85MW 降至40MW。依据东北能源监管局《东北电力辅助服务市场运营规则（征求意见稿）》，同时可获得较高的调峰收益，经济效益显著。