引言

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組通過高品質(zhì)蒸汽的梯級(jí)利用,可提升機(jī)組總效率至60%~80%,因此供熱改造作為節(jié)能減排、提質(zhì)增效的主要手段被列入煤電機(jī)組升級(jí)改造實(shí)施計(jì)劃。大唐集團(tuán)京津冀區(qū)域有供熱機(jī)組30臺(tái),其中16臺(tái)為后改造供熱機(jī)組,供熱壓力設(shè)計(jì)值普遍為0.8MPa,對(duì)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(duì)于后改造供熱機(jī)組,中低壓缸分缸壓力0.8MPa機(jī)組進(jìn)行供熱時(shí),存在較大換熱損,造成抽汽能量利用不充分,熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱效率也隨之降低,而采用余壓利用背壓機(jī)方式,約可提升效率16.9%。當(dāng)前,隨著碳達(dá)峰等目標(biāo)的提出,北方燃煤供熱機(jī)組成為靈活性調(diào)峰任務(wù)的主力機(jī),且負(fù)荷深度、調(diào)峰時(shí)長(zhǎng)需求逐年增加,供熱期內(nèi)較多機(jī)組采用了低壓缸進(jìn)汽全切作為技術(shù)手段滿足電網(wǎng)及熱網(wǎng)的雙重需求,對(duì)于供熱抽汽壓力較高的機(jī)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(jī)低壓缸進(jìn)汽全切及采暖抽汽余壓利用背壓機(jī)的節(jié)能收益,實(shí)現(xiàn)雙重調(diào)峰節(jié)能改造,可進(jìn)一步提高機(jī)組盈利能力。

1案例機(jī)組介紹

某機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)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(jī)組(型號(hào)N320-16.7/537/537),該機(jī)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(shè)計(jì)熱網(wǎng)供水壓力2.5MPa,供回水溫度130/70℃,實(shí)際運(yùn)行熱網(wǎng)供水壓力1MPa,供水溫度60~87℃,回水溫度45~58℃。實(shí)際運(yùn)行中,采暖抽汽壓力微正壓即可滿足需求,而運(yùn)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(jī),背壓機(jī)采用杭州汽輪機(jī)股份有限公司制造的單缸、單軸、雙流、反動(dòng)式背壓機(jī),型號(hào)B25-0.726/0.13(wG80/71),配一臺(tái)額定功率25Mw的杭州杭發(fā)電機(jī)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)(型號(hào)0F-J25-2),采用高起始響應(yīng)的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。2020年,為響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰需求及獲得京津冀地區(qū)靈活性調(diào)峰改造獎(jiǎng)勵(lì),該機(jī)組進(jìn)行了低壓缸進(jìn)汽全切靈活性調(diào)峰改造,改造后聯(lián)合余壓利用背壓機(jī)實(shí)現(xiàn)大小機(jī)雙背壓運(yùn)行模式,如圖1所示。

2系統(tǒng)改造及熱力系統(tǒng)計(jì)算

為了解大小機(jī)雙背壓運(yùn)行模式經(jīng)濟(jì)性,利用Ebsilon軟件建立熱力系統(tǒng)模型(圖2)并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù)變化特性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。采用vwo設(shè)計(jì)工況數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)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(jì)算結(jié)果為332.403Mw,熱耗率為7996.165kJ/kw·h,分別偏差0.37%、0.14%。該模擬計(jì)算結(jié)果可以滿足數(shù)據(jù)趨勢(shì)對(duì)比分析要求。修改模型至低壓缸進(jìn)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(zhǔn)進(jìn)行比較,模擬計(jì)算汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽全切及余壓利用背壓機(jī)聯(lián)合運(yùn)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(jī)雙背壓運(yùn)行熱力系統(tǒng)模型

工況描述:1.切缸工況,假設(shè)中排壓力不提升,余壓背壓機(jī)不運(yùn)行:2.切缸工況,假設(shè)中排壓力不提升,余壓背壓機(jī)運(yùn)行(雙背壓運(yùn)行工況):3.切缸工況,中排壓力上升0.05MPa,余壓背壓機(jī)不運(yùn)行:4.切缸工況,中排壓力上升0.05MPa,余壓背壓機(jī)運(yùn)行(雙背壓運(yùn)行工況)。

鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷工況下,低壓缸進(jìn)汽全切后,通過模擬計(jì)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(shí)出現(xiàn)機(jī)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(dǎo)致熱力循環(huán)效率降低,而利用余壓背壓發(fā)電機(jī),在汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)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(dòng)及提升機(jī)組節(jié)能效果。通過三組工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,熱耗率變化趨勢(shì)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(jī)背壓運(yùn)行后余壓利用背壓機(jī)運(yùn)行將進(jìn)一步降低機(jī)組熱耗率,實(shí)現(xiàn)較大節(jié)能目標(biāo)。根據(jù)案例機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知,汽輪機(jī)機(jī)組切缸運(yùn)行時(shí),若不增加供熱面積勢(shì)必引起中排壓力的上升(約0.05MPa),中排壓力上升將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組整體熱耗率出現(xiàn)較大的上升情況[4],此時(shí)即使增加余壓利用背壓機(jī),在大負(fù)荷供熱情況下也可出現(xiàn)熱耗率大于中排壓力不上升時(shí)熱耗率的現(xiàn)象。而根據(jù)案例機(jī)組改造后運(yùn)行情況,汽輪機(jī)進(jìn)行低壓缸進(jìn)汽全切操作前投入余壓利用背壓機(jī),切缸操作時(shí)中排壓力出現(xiàn)短暫上升后,在不調(diào)整熱網(wǎng)負(fù)荷時(shí),可恢復(fù)至切缸前的狀態(tài),余壓利用背壓機(jī)發(fā)揮了壓力吸收作用。通過三個(gè)工況模擬計(jì)算結(jié)果可以看出,余壓背壓機(jī)旁路流量增大時(shí),出現(xiàn)余壓利用背壓機(jī)投運(yùn)節(jié)能效果下滑現(xiàn)象。

3結(jié)論

本文對(duì)典型300Mw打孔抽汽改造汽輪機(jī)進(jìn)行熱力系統(tǒng)模擬計(jì)算,尋找在汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽全切工況下,投入余壓利用背壓機(jī)的節(jié)能效果趨勢(shì),同時(shí)對(duì)比了中壓缸排汽壓力上升對(duì)于機(jī)組熱耗率的影響,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:

(1)若低壓缸進(jìn)汽全切機(jī)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(fù)荷時(shí)尤為明顯。

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

(3)低壓缸進(jìn)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(diào)整可能損失一部分收益。

(4)余壓利用背壓機(jī)除吸收多余中排壓力進(jìn)行做功,達(dá)到節(jié)能效果外,在當(dāng)前深度調(diào)峰的環(huán)境下,通過采取背壓發(fā)電模式,可增加機(jī)組在供熱期的調(diào)峰能力約45Mw,實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能、調(diào)峰雙收益。