供熱機組抽汽改造方案及試驗分析

劉利，徐威，陳嘯，陳鑫，王乃斌

(中電華創電力技術研究有限公司，上海 200086)

0 引言

近幾年，隨著節能減排工作的深入開展，越來越多的機組進行了供熱改造，以提高機組的經濟性。由于工業抽汽參數的提高以及機組深度調峰的需要，再熱蒸汽抽汽供熱成為很多機組的首選。為了滿足用戶對高溫高壓蒸汽的需求，浙能長興電廠對330 MW機組進行了中壓調節閥抽汽試驗，但抽汽量較小[1]；同時，該公司還對660 MW超臨界機組中壓調節閥抽汽的可行性以及汽輪機數字電液控制(DEH)系統進行了試驗研究[2-4]。

江蘇常熟發電有限公司330 MW機組為亞臨界機組，目前供熱汽源主要為再熱器熱段(以下簡稱熱再)抽汽，額定負荷下抽汽量為50 t/h，但隨著負荷的下降，機組的抽汽能力下降，供汽參數也隨之降低，不能滿足用戶要求。

隨著熱用戶的不斷增多，根據市政規劃，未來遠期供熱需求將達到500 t/h左右，但機組負荷卻在逐年下降，因此，要求單機供熱量達到200 t/h左右，供熱參數為1.8 MPa，450 ℃。目前的機組將難以滿足潛在需求，亟須通過供熱改造提升機組抽汽供熱能力。

1 供熱機組工業抽汽改造方案

現有的機組工業抽汽改造方案主要包含以下3種。

1.1 壓力匹配器供熱方案

壓力匹配器也稱蒸汽噴射壓縮器，是將高于供汽壓力和低于供汽壓力的兩種蒸汽混合，以滿足供汽壓力要求。該330 MW機組中、低壓連通管的壓力僅有0.25 MPa，距離1.8 MPa的抽汽壓力要求甚遠，無法滿足壓力匹配器的引射抽吸。

1.2 旋轉隔板供熱方案

采用旋轉隔板方案時，需要考慮高溫變形和轉動環卡澀的問題。在抽汽壓力高于1.8 MPa、溫度達450 ℃左右時，旋轉隔板容易發生卡澀(在此溫度下，旋轉隔板的卡澀率超過50%)，可靠性大幅度降低，且中壓缸效率降低，故不推薦該方案。

1.3 熱再蒸汽通過中壓調節閥調整抽汽方案

從汽輪機抽汽向外供熱，分非可調抽汽和可調抽汽兩種方式。

(1)非可調抽汽方式。非可調抽汽方式的最大優點是結構簡單、操作方便，回熱抽汽均采用非可調抽汽。弊端是隨著機組負荷的變化，抽汽量變化時，抽汽口的壓力隨之變化(冷凝式汽輪機的抽汽壓力可近似認為與抽汽口后的流量成正比)，限制了它的應用。

(2)可調抽汽。采用可調抽汽方式，一定負荷下抽汽量大幅度變化時，抽汽口的壓力波動極小。抽汽形式有中、低壓缸間供暖的低參數抽汽，也有高、中壓缸之間或中、低壓缸之間的工業抽汽。在高、中壓缸之間抽汽時，通常把原中壓調節閥作為調節閥而不另加閥門。在新增的供汽管道內一般布置逆止閥、快速關閉閥、調節閥等，可確保供汽壓力穩定。若抽汽管道上不設置這些閥門，即使采用可調抽汽方式，隨機組負荷的升降，抽汽壓力仍有變化，并且對汽輪機通流有節流作用。

抽汽量和發電量的計算基于汽輪機制造廠提供的各工況的熱力數據。純凝工況下，隨著機組負荷的降低，中壓缸進汽壓力降低。60%額定負荷時對應的中壓缸進汽壓力為2.00 MPa，50%額定負荷時對應的中壓缸進汽壓力為1.70 MPa左右，機組負荷進一步降低就難以供應1.80 MPa的蒸汽。

圖1為該機組采用可調抽汽和非可調抽汽時高壓缸排汽(以下簡稱高排)壓力隨主蒸汽流量變化的曲線?？紤]到再熱管道的壓損，高排壓力要達到1.90 MPa以上才能滿足熱再抽汽壓力達1.80 MPa的要求。從圖1可以看出：非可調抽汽方式下高排壓力隨機組負荷下降較快，主蒸汽流量低于800 t/h時就難以滿足高排壓力為1.90 MPa的要求；而可調抽汽方式下，高排壓力隨機組負荷的變化則平緩得多，滿足高排壓力為1.90 MPa的負荷范圍更寬。

綜合考慮后，選用中壓調節閥調節抽汽方案，能夠滿足高溫高壓抽汽要求。

圖1 兩種抽汽方式下高排壓力隨機組負荷變化曲線

2 中壓調節閥抽汽改造的經濟性

中壓調節閥調節抽汽改造后，對機組在250 MW負荷下的經濟性和安全性進行了試驗研究，經濟性指標分析如下。

(1)缸效率。從表1可知，250 MW負荷下，隨著抽汽流量的增大，主蒸汽流量增大，在抽汽流量為150 t/h的工況下，主蒸汽流量比純凝工況增99.12 t/h。因此，高壓調節閥開度增大，節流損失減小，高壓缸效率升高1.75百分點。同時，在純凝工況以及供熱100 t/h以下工況，中壓調節閥全開，不存在節流；而供熱150 t/h工況下中壓調節閥處于單閥狀態，開度為50%左右，存在一定的節流，導致中壓缸效率降低1.27百分點。建議進行順序閥控制，減少節流損失。

(2)抽汽級壓力。從表2可知，隨著抽汽流量的增大，一段抽汽與二段抽汽壓力逐漸增大，三段抽汽與四段抽汽壓力略有降低，說明高壓缸蒸汽流量增大，中壓缸蒸汽流量減小。在負荷不變的情況下，增加的供熱抽汽主要是在高壓缸做功，高壓缸出力增大的同時，為了保持機組負荷不變，中、低壓缸出力降低，因此中、低壓缸蒸汽流量略有減小。

(3)經濟指標。從表1可以看出，隨著供熱流量的增大，汽機熱耗逐漸降低。與純凝工況比，供熱150 t/h的工況熱耗降低659.06 kJ/(kW·h)。通過等效熱降計算，供熱抽汽1 t/h會降低熱耗4.5 kJ/(kW·h)，影響發電機功率0.25 MW左右。

表1 各工況主要經濟指標

表2 各抽汽段壓力 MPa

隨著供熱流量增大，廠用電率逐漸升高。與純凝工況比，供熱150 t/h的工況廠用電率升高0.64%，主要原因是機組負荷保持不變，但主蒸汽流量增大，鍋爐蒸發量增大，導致各大輔機(如凝結水泵、引風機、送風機等)耗電量升高。

3 改造的安全性

由表3可知：隨著供熱抽汽流量的增大，機組軸向位移和差脹略有增大，但仍在合理范圍內；推力瓦溫和軸承振動基本保持不變，均在合格范圍內。由此可見，增大熱再蒸汽抽汽量，對機組軸向位移、振動等基本沒有影響，不影響機組的安全運行。

表3 各工況下振動、差脹

4 結論

中壓調節閥調節抽汽改造方案適用于高溫高壓工業抽汽改造，通過改變中壓調節閥開度，調節抽汽壓力和流量，滿足用戶對高溫高壓蒸汽的需求。隨著抽汽流量的增大，高壓缸效率升高，中壓缸效率下降，中、低壓缸進汽流量略有減少，輔機耗電量增加。中壓調節閥調節抽汽后，機組運行安全，汽輪機振動等指標良好。