引言

熱電聯(lián)產機組通過高品質蒸汽的梯級利用,可提升機組總效率至60%~80%,因此供熱改造作為節(jié)能減排、提質增效的主要手段被列入煤電機組升級改造實施計劃。大唐集團京津冀區(qū)域有供熱機組30臺,其中16臺為后改造供熱機組,供熱壓力設計值普遍為0.8MPa,對于一般性供熱供回水溫度130/70℃的熱網(wǎng)系統(tǒng),熱網(wǎng)加熱器壓力0.3MPa基本滿足使用需求,因此對于后改造供熱機組,中低壓缸分缸壓力0.8MPa機組進行供熱時,存在較大換熱損,造成抽汽能量利用不充分,熱電聯(lián)產機組熱效率也隨之降低,而采用余壓利用背壓機方式,約可提升效率16.9%。當前,隨著碳達峰等目標的提出,北方燃煤供熱機組成為靈活性調峰任務的主力機,且負荷深度、調峰時長需求逐年增加,供熱期內較多機組采用了低壓缸進汽全切作為技術手段滿足電網(wǎng)及熱網(wǎng)的雙重需求,對于供熱抽汽壓力較高的機組開展切缸工作,采暖抽汽量的增加,將帶來更多的換熱損,因此研究汽輪機低壓缸進汽全切及采暖抽汽余壓利用背壓機的節(jié)能收益,實現(xiàn)雙重調峰節(jié)能改造,可進一步提高機組盈利能力。

1案例機組介紹

某機組汽輪機為東方汽輪機有限公司改造的320Mw亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式發(fā)電機組(型號N320-16.7/537/537),該機組已于2013年供熱改造,采用中低壓聯(lián)通管打孔抽汽方式,改造后額定抽汽壓力0.8MPa、抽汽流量330t/h、最大抽汽工況流量400t/h。設計熱網(wǎng)供水壓力2.5MPa,供回水溫度130/70℃,實際運行熱網(wǎng)供水壓力1MPa,供水溫度60~87℃,回水溫度45~58℃。實際運行中,采暖抽汽壓力微正壓即可滿足需求,而運行采暖抽汽壓力往往在0.4MPa左右。為利用采暖抽汽多余壓力,減少換熱損,2018年改造完成余壓利用背壓機,背壓機采用杭州汽輪機股份有限公司制造的單缸、單軸、雙流、反動式背壓機,型號B25-0.726/0.13(wG80/71),配一臺額定功率25Mw的杭州杭發(fā)電機設備有限公司生產的發(fā)電機(型號0F-J25-2),采用高起始響應的自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。2020年,為響應電網(wǎng)調峰需求及獲得京津冀地區(qū)靈活性調峰改造獎勵,該機組進行了低壓缸進汽全切靈活性調峰改造,改造后聯(lián)合余壓利用背壓機實現(xiàn)大小機雙背壓運行模式,如圖1所示。

2系統(tǒng)改造及熱力系統(tǒng)計算

為了解大小機雙背壓運行模式經濟性,利用Ebsilon軟件建立熱力系統(tǒng)模型(圖2)并結合實際運行工況參數(shù)變化特性進行經濟性分析。采用vwo設計工況數(shù)據(jù)進行模型構建,廠家提供vwo熱平衡圖功率為333.621Mw,熱耗率為7985kJ/kw·h,Ebsi1on軟件模擬計算結果為332.403Mw,熱耗率為7996.165kJ/kw·h,分別偏差0.37%、0.14%。該模擬計算結果可以滿足數(shù)據(jù)趨勢對比分析要求。修改模型至低壓缸進汽全切工況,如圖3所示,采用定采暖抽汽流量及大發(fā)電功率為基準進行比較,模擬計算汽輪機低壓缸進汽全切及余壓利用背壓機聯(lián)合運行三組不同工況下的節(jié)能效果,參數(shù)如表1、表2、表3、圖4、圖5、圖6所示。

圖2Ebsilon常規(guī)熱力系統(tǒng)模型

圖3Ebsilon大小機雙背壓運行熱力系統(tǒng)模型

工況描述:1.切缸工況,假設中排壓力不提升,余壓背壓機不運行:2.切缸工況,假設中排壓力不提升,余壓背壓機運行(雙背壓運行工況):3.切缸工況,中排壓力上升0.05MPa,余壓背壓機不運行:4.切缸工況,中排壓力上升0.05MPa,余壓背壓機運行(雙背壓運行工況)。

鍋爐最低穩(wěn)燃負荷工況下,低壓缸進汽全切后,通過模擬計算發(fā)現(xiàn),在切缸后,若中排壓力提升0.05MPa,較中排壓力不上升時出現(xiàn)機組熱耗率上升現(xiàn)象,證明供熱系統(tǒng)存在一定的節(jié)流損失,導致熱力循環(huán)效率降低,而利用余壓背壓發(fā)電機,在汽輪機低壓缸進汽全切后,可有效吸收切缸帶來的壓力上升,從而緩解切缸過程中的參數(shù)波動及提升機組節(jié)能效果。通過三組工況數(shù)據(jù)進行對比,熱耗率變化趨勢一致。

由圖4、圖5、圖6可以看出,在中排壓力一定的情況下,大機背壓運行后余壓利用背壓機運行將進一步降低機組熱耗率,實現(xiàn)較大節(jié)能目標。根據(jù)案例機組運行經驗可知,汽輪機機組切缸運行時,若不增加供熱面積勢必引起中排壓力的上升(約0.05MPa),中排壓力上升將會導致機組整體熱耗率出現(xiàn)較大的上升情況[4],此時即使增加余壓利用背壓機,在大負荷供熱情況下也可出現(xiàn)熱耗率大于中排壓力不上升時熱耗率的現(xiàn)象。而根據(jù)案例機組改造后運行情況,汽輪機進行低壓缸進汽全切操作前投入余壓利用背壓機,切缸操作時中排壓力出現(xiàn)短暫上升后,在不調整熱網(wǎng)負荷時,可恢復至切缸前的狀態(tài),余壓利用背壓機發(fā)揮了壓力吸收作用。通過三個工況模擬計算結果可以看出,余壓背壓機旁路流量增大時,出現(xiàn)余壓利用背壓機投運節(jié)能效果下滑現(xiàn)象。

3結論

本文對典型300Mw打孔抽汽改造汽輪機進行熱力系統(tǒng)模擬計算,尋找在汽輪機低壓缸進汽全切工況下,投入余壓利用背壓機的節(jié)能效果趨勢,同時對比了中壓缸排汽壓力上升對于機組熱耗率的影響,結合現(xiàn)場實際運行工況進行分析,得出以下結論:

(1)若低壓缸進汽全切機組供熱面積不增加,切缸后中排壓力上升將帶來較大的熱耗上升,低負荷時尤為明顯。

(2)雙背壓機運行模式可有效解決切缸后中排壓力上升問題,同時存在十分可觀的節(jié)能效果。

(3)低壓缸進汽全切系統(tǒng)雖然整體改造存在較大的節(jié)能效益,但粗略的調整可能損失一部分收益。

(4)余壓利用背壓機除吸收多余中排壓力進行做功,達到節(jié)能效果外,在當前深度調峰的環(huán)境下,通過采取背壓發(fā)電模式,可增加機組在供熱期的調峰能力約45Mw,實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能、調峰雙收益。