引言

近年來(lái),低能耗供熱、供熱靈活性改造成為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱技術(shù)發(fā)展的重要課題。某公司現(xiàn)有10臺(tái)(套)發(fā)電機(jī)組,負(fù)責(zé)煤氣等二次能源的回收利用及公司蒸汽管網(wǎng)的供應(yīng)保證,整體自發(fā)電比例達(dá)到60%,其中,3臺(tái)高效燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組(1臺(tái)150MW和2臺(tái)50MW)承擔(dān)80%的發(fā)電任務(wù),2臺(tái)25MW抽凝式汽輪機(jī)機(jī)組及1臺(tái)15MW背壓式汽輪機(jī)組主要承擔(dān)公司蒸汽管網(wǎng)供應(yīng)任務(wù)。

當(dāng)前國(guó)家環(huán)保要求日趨嚴(yán)格,采暖季限產(chǎn)將常規(guī)化,結(jié)合近三年來(lái)采暖季各發(fā)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)際,其存在著蒸汽供應(yīng)能力不滿足新增項(xiàng)目蒸汽需求:常規(guī)鍋爐環(huán)保排放不穩(wěn)定,環(huán)保停產(chǎn)壓力大:燃料供應(yīng)緊張,高效發(fā)電機(jī)組停運(yùn),自發(fā)電比例低等問(wèn)題。為提高蒸汽供應(yīng)能力、降低環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)、增加發(fā)電量,有必要對(duì)現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造,突破上述制約瓶頸。

1存在的制約瓶頸

1.1采暖季蒸汽供需矛盾突出

保障冬季生產(chǎn)和采暖需求是公司蒸汽平衡的重點(diǎn)。但是隨著公司發(fā)展,蒸汽用戶和蒸汽使用量增加,現(xiàn)有供熱機(jī)組供汽能力已達(dá)極限,在采暖季廠區(qū)蒸汽存在供應(yīng)缺口,采暖季蒸汽供需矛盾較為突出。

1.2原供熱機(jī)組環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)較高

2臺(tái)25MW抽凝式汽輪機(jī)組于2004年投入運(yùn)行,安全運(yùn)行14年,但是該機(jī)組技術(shù)已屬于落后技術(shù),受氮氧化物和二氧化硫等環(huán)保指標(biāo)的限制,整體運(yùn)行情況不佳。近年來(lái),通過(guò)熱風(fēng)再循環(huán)及煙氣噴氨技術(shù)對(duì)其進(jìn)行超低排放改造,得到了較好的效果,但是仍存在鍋爐環(huán)保排放不穩(wěn)定、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)仍相對(duì)較高等問(wèn)題,嚴(yán)重制約了蒸汽管網(wǎng)供應(yīng)。

1..高效聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組冬季發(fā)電量低

2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組于2013年投入運(yùn)行,安全運(yùn)行5年,該機(jī)組氮氧化物和二氧化硫排放指標(biāo)滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn),但機(jī)組的汽輪機(jī)為抽凝式,冬季若用其取代原熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,則抽汽量無(wú)法滿足廠區(qū)蒸汽需求。采暖季各發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的首要任務(wù)是保證蒸汽管網(wǎng)供應(yīng),則高效燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在燃料不足時(shí)需被迫停機(jī)備用,影響廠區(qū)自發(fā)電量。

針對(duì)以上問(wèn)題,很有必要對(duì)現(xiàn)有燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供熱改造,以提高蒸汽供應(yīng)能力和穩(wěn)定性,降低環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),增加發(fā)電量。

2供熱改造方案

2.1改造方案的比較和確定

公司2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組技術(shù)先進(jìn),發(fā)電效率高,污染物排放控制穩(wěn)定且優(yōu)于最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn):其采用分軸布置,即燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物理分離,運(yùn)行工況范圍較寬,燃料調(diào)整手段靈活,具備供熱改造條件。綜上,決定對(duì)該型機(jī)組進(jìn)行供熱改造。

2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組,主體設(shè)備包括2臺(tái)M251s型燃?xì)廨啓C(jī)、2臺(tái)M251s型煤氣壓縮機(jī)、2臺(tái)C25-5.68/1.0型蒸汽輪機(jī)、4臺(tái)發(fā)電機(jī)和2臺(tái)0422/566-72(9)-5.9(0.7)/530(230)型余熱鍋爐。其中余熱鍋爐由格菱動(dòng)力設(shè)備(中國(guó))有限公司提供,其他主體設(shè)備由杭州汽輪機(jī)有限公司制造,關(guān)鍵部件從日本三菱重工MHI公司進(jìn)口。其工藝布置圖如圖1所示。

當(dāng)前,供熱改造工程技術(shù)種類眾多,應(yīng)選取適合公司現(xiàn)有條件且改造成本較低的改造方案。本文對(duì)比了5種較為成熟的改造方案,對(duì)其技術(shù)性能、成本和應(yīng)用要求分別進(jìn)行分析,如表1所示。

可見,背壓小汽輪機(jī)供熱改造方案具有較為突出的優(yōu)勢(shì),操作靈活、供熱能力強(qiáng),且成本控制優(yōu)勢(shì)明顯,能滿足改造需要,因此選擇該方案作為2×50MWCCPP供熱改造方案。最終確定擴(kuò)建一套背壓發(fā)電機(jī)組,并配備一套減溫減壓器和蒸汽引射器系統(tǒng)為輔助供汽設(shè)備。

2.2項(xiàng)目改造條件

2.2.1技術(shù)條件

本項(xiàng)目采用的背壓式發(fā)電機(jī)組技術(shù)為國(guó)家政策鼓勵(lì)的技術(shù),同行業(yè)企業(yè)應(yīng)用效果明顯,技術(shù)成熟可靠。

2.2.2資源條件

本項(xiàng)目為改建項(xiàng)目,建設(shè)地為廠區(qū)內(nèi)部,項(xiàng)目主要耗能為循環(huán)水和除鹽水,公司現(xiàn)有條件可以滿足本項(xiàng)目的需要。

2.2.3施工條件

本項(xiàng)目土建施工量較小,施工場(chǎng)地平整,道路交通方便,水電氣等配套齊全,適宜施工建設(shè)。

2.2.4主要燃料動(dòng)力供應(yīng)

本項(xiàng)目不需要消耗燃料,主要?jiǎng)恿ο臑殡娏Α⒐I(yè)水、除鹽水等。

2.3改造方案的實(shí)施

在2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組區(qū)域新建背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組,運(yùn)行所需蒸汽由原燃機(jī)余熱鍋爐提供,并配套設(shè)置一套減溫減壓器和蒸汽引射器,采用2爐拖1機(jī)的運(yùn)行方式。

(1)選用高溫、次高壓、單缸、單軸背壓式汽輪機(jī),設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、維修方便、通用性強(qiáng),且具有較高的經(jīng)濟(jì)性。其參數(shù)如表2所示。

選用發(fā)電機(jī)參數(shù)如表3所示。

(2)增加一套減溫減壓器和蒸汽引射器。燃機(jī)余熱鍋爐的低壓主蒸汽可通過(guò)蒸汽引射器,在高壓蒸汽的引射作用下并入低壓蒸汽管網(wǎng),增強(qiáng)蒸汽供應(yīng)能力:必要時(shí),高壓主蒸汽亦可通過(guò)減溫減壓器直接向蒸汽管網(wǎng)供應(yīng)蒸汽。

3改造后的運(yùn)行方式

3.1改造后的工藝布置

增加一套背壓式汽輪機(jī)組,改造后的2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)工藝布置如圖2所示。

2臺(tái)燃機(jī)余熱鍋爐產(chǎn)生的高、低壓主蒸汽進(jìn)入高、低壓蒸汽母管,可根據(jù)生產(chǎn)需求分別進(jìn)入3臺(tái)汽輪機(jī)做功:

(1)高效發(fā)電模式下,主蒸汽進(jìn)入2臺(tái)原抽凝式汽輪機(jī)執(zhí)行發(fā)電任務(wù):

(2)蒸汽供應(yīng)模式下,主蒸汽通過(guò)聯(lián)絡(luò)母管進(jìn)入背壓式汽輪機(jī)執(zhí)行發(fā)電任務(wù)和供汽任務(wù)。

改造后,2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組可實(shí)現(xiàn)不同模式下的靈活切換。

3.2改造后燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的4種運(yùn)行模式改造后的新2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)

組可在采暖季和非采暖季分別選用不同的運(yùn)行模式,該種多功能、多模式運(yùn)行方式系國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。

采暖季,選用蒸汽供應(yīng)模式,提高蒸汽供應(yīng)能力。背壓式汽輪機(jī)組所需蒸汽由燃機(jī)余熱鍋爐提供,采用2爐拖1機(jī)(或1爐拖1機(jī))的運(yùn)行方式:燃機(jī)余熱鍋爐低壓主蒸汽采用引射的方式并入廠區(qū)管網(wǎng)。

非采暖季,選用高效發(fā)電模式,采用現(xiàn)有的抽凝機(jī)組提高發(fā)電量,并根據(jù)生產(chǎn)需要為廠區(qū)供應(yīng)蒸汽。

根據(jù)生產(chǎn)需求,亦可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)余熱鍋爐拖背壓機(jī)進(jìn)行蒸汽供應(yīng),另一余熱鍋爐繼續(xù)以高效發(fā)電模式運(yùn)行:或燃機(jī)余熱鍋爐主蒸汽直接供減溫減壓器,向低壓蒸汽管網(wǎng)供應(yīng)蒸汽。

4種模式下5臺(tái)發(fā)電機(jī)組及減溫減壓器運(yùn)行情況如表4所示。

3.3不同生產(chǎn)需求下各發(fā)電機(jī)組運(yùn)行模式

對(duì)2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供熱改造后,現(xiàn)公司11臺(tái)(套)發(fā)電機(jī)組在不同蒸汽需求的工況下,可做新的部署調(diào)整。

在采暖季和非采暖季,3臺(tái)高效燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組均可高效運(yùn)轉(zhuǎn),將有效提高自備電站冬季發(fā)電供電能力。

非采暖季,3臺(tái)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組均可選用高效發(fā)電模式:現(xiàn)有的2臺(tái)25MW抽凝式機(jī)組和原15MW背壓式機(jī)組為廠區(qū)提供蒸汽,并結(jié)合廠區(qū)其他余熱回收產(chǎn)生的蒸汽,可以和廠區(qū)蒸汽需求保持平衡。

采暖季,150MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組仍可高效運(yùn)轉(zhuǎn):2臺(tái)抽凝式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組可停機(jī)備用:通過(guò)本次改造,2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組切換為蒸汽供應(yīng)模式,采用2臺(tái)燃機(jī)余熱鍋爐拖背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組執(zhí)行蒸汽供應(yīng)任務(wù)和發(fā)電任務(wù),并由原15MW背壓式機(jī)組配合運(yùn)行,保障采暖季的蒸汽供應(yīng)。

4改造后的效果

2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組供熱改造工程項(xiàng)目建成后,可有力提高采暖季蒸汽供應(yīng)能力和供汽穩(wěn)定性,同時(shí)為廠區(qū)提供自備電力:且2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組可在4種運(yùn)行模式下靈活切換,可根據(jù)蒸汽使用需求調(diào)整為單臺(tái)燃機(jī)余熱鍋爐拖背壓式汽輪機(jī)供應(yīng)蒸汽,另一臺(tái)燃機(jī)余熱鍋爐拖抽凝式汽輪機(jī)。

本次改造一方面提高了蒸汽供應(yīng)能力,填補(bǔ)了廠區(qū)采暖季蒸汽的缺口,同時(shí)還提高了高效燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的能源利用率:另一方面,可以利用余熱發(fā)電,滿足廠區(qū)的用電需求,并降低了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),能源得以高效梯級(jí)綜合利用,實(shí)現(xiàn)了綜合能效提升。新增背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表5所示。

如表5所示,本項(xiàng)目背壓式發(fā)電機(jī)組預(yù)計(jì)年運(yùn)行時(shí)間為2928h,年發(fā)電量3513.6萬(wàn)kW·h,自身年耗電量43.92萬(wàn)kW·h,年供電量3469.68萬(wàn)kW·h,年供蒸汽409.9×103t,年節(jié)能量折合標(biāo)煤18539.23tce。

5結(jié)語(yǔ)

綜上可見,2×50MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的供熱改造,在提高采暖季蒸汽供應(yīng)能力的同時(shí),產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果亦十分可觀。此外,該種燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的供熱改造和多功能、多模式運(yùn)行方式系國(guó)內(nèi)外首創(chuàng),為分軸式燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的供熱改造和運(yùn)行提供了一種創(chuàng)新的方案。