煤电机组切缸改造工程技术分析

路建伟,赵慧文

(国能龙源电力技术工程有限责任公司，北京 100039)

双碳目标下，大规模新能源电力并网消纳问题已成为制约其发展的关键因素。因此，国家发改委、国家能源局发布《全国煤电机组改造升级实施方案》提出：存量煤电机组灵活性改造应改尽改，“十四五”期间完成2亿kW，增加系统调节能力3000～4000万kW，促进清洁能源消纳[1]。这项政策将会大力推动燃煤电厂调峰技术改造工作的开展。

对比各种调峰改造技术，切除低压缸进汽技术以其投资成本低、调峰能力强及切换灵活等优点得到业内人士广泛关注[2-3]。本技术由西安热工院有限公司首先开展试验，此后在多个电厂得到应用。切缸改造部分技术已被广泛认可，已有多位学者开展了相关研究[4-6]。但在管道系统改造方面论述较少。本文总结了切缸改造工程涉及的相关技术，重点对管道系统改造部分进行了分析。

1 切除低压缸技术

1.1 技术概述

切除低压缸进汽技术的基本原理是关断中低压连通管上液动蝶阀，将原来进入低压缸的蒸汽引至热网加热器，通过热网加热器加热热网循环水回水对外供热，见图1。这种技术可大幅提高机组供热能力，有效降低最小技术出力，从而达到热电解耦的目的[4]。改造后机组运行更加灵活，可以有效应对电网调峰需求。

1.2 低压缸运行状态监测点改造

汽轮机在切缸工况下运行时，只有少量蒸汽进入低压缸，此时偏离设计工况较大，需增加或者改造部分温度、压力检测点保障机组安全运行。

图1 切缸改造示意图

1.3 低压缸末级叶片喷涂改造

切缸工况下低压缸容积流量较小，处于鼓风状态，这将引起低压缸末两级叶片及其后部温度上升，需使用喷水减温装置来降低运行温度。但这样会加剧叶片的水蚀状况，为保证机组安全运行，末级叶片需要做喷涂处理。

1.4 新增冷却低压缸蒸汽管道系统

核实原有中低压连通管上阀门关闭严密性，当阀门关闭时不满足切缸工况向低压缸泄漏蒸汽量要求时，需更换为可完全密封的液压蝶阀。

切缸运行工况，为降低低压缸由于鼓风状态导致的温升，新增加一路蒸汽管道系统冷却低压缸。管道系统由中压缸排汽接入，接至低压缸进汽管(中低压连通管道密封蝶阀后合适位置)。冷却蒸汽管路上设置关断阀、调节阀和流量计，见图1。新增蒸汽管路系统设置相应热控测点，并将其引入DCS控制系统。

300 MW机组冷却蒸汽流量一般选择20 t/h，具体流量应根据冷却蒸汽参数及末几级叶片安全运行要求确定[7-8]。

1.5 低压缸喷水减温系统改造

为有效控制低压缸温度，低压缸喷水管道上设置调节阀与流量阀，调节减温水流量。原低压缸喷水装置雾化效果较差时，宜将其整体更换为雾化喷头式喷水装置。

2 某电厂切缸技术分析

2.1 机组概况

某电厂现有2×210 MW供热机组，1、2号机组是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的抽凝超高压汽轮机。

2.2 采暖抽汽管道系统改造

从汽轮机中低压连通管液压蝶阀前引出蒸汽至原有热网加热器。蒸汽在热网加热器内冷却凝结为疏水后进入新增加疏水冷却器进一步冷却。

在采暖抽汽管道改造过程中应注意以下几点。

a.采暖抽汽管道上依次安装安全阀、气动逆止阀、液动快关阀、电动蝶阀。在汽轮机甩负荷或加热器水位超过危险值时，联锁关闭电动阀和气动逆止阀，防止汽轮机超速和加热器内疏水倒灌入汽轮机。

b.采暖抽汽管道靠近汽轮机的动力止回阀或电动关断阀前应设自动疏水点，管道上所有低点及孔板流量计前应设自动疏水，疏水应单独接至疏水扩容器或凝汽器。

c.尽量不用补偿器，若必须使用时建议采用横向大拉杆波纹补偿器或曲管压力平衡波纹补偿器。在进行管道系统热应力分析时，应与设备商沟通，准确代入补偿器模型相关数据。金属波纹补偿器不得承受扭矩。

d.一般新加采暖抽汽管道管径粗、温度高，厂房改造空间有限、结构承载力下降，不利于管道布置。一旦管道布置方案确定开始施工后再调整难度较大。因此在设置支吊架时一定要认真落实每个支吊点根部位置的可行性，尤其是土建结构的承载能力，确保后期施工不出现变更。

2.3 热网疏水系统适配性分析与改造

机组原热网加热器疏水自汽轮机回热系统返回除氧器。考虑切缸改造后，机组凝结水流量大幅减小，为提高机组运行经济性和可靠性，需在原加热器疏水系统基础上增设返回凝汽器支路。为进一步降低疏水温度，支路设置由热网循环水冷却的疏水冷却器。疏水冷却器应有足够的换热面积，保证疏水出口温度不高于60 ℃。

根据采暖抽汽参数、原有管道系统布置情况，提出如下2种疏水管道改造方案(见表1、图2、图3)。

图2 方案1疏水接口示意图

图3 方案2疏水接口示意图

表1 疏水系统改造方案

本项目最终确定采用方案1，且经过一个采暖期后，系统运行良好。新增疏水管路进入凝汽器的流量满足安全运行要求。

3 结论

a.本文总结了切缸改造工程采暖抽汽管道系统设计中的一些特点及注意事项，可供同类工程参考。

b.通过本次改造工程，证明切缸改造疏水管道从原有疏水泵入口母管接入，依靠抽汽背压及水位差作用将疏水排入凝汽器的方案可行。