某电厂350MW机组热网抽汽改造

某电厂350MW机组热网抽汽改造
【摘要】：对某电厂350MW纯凝汽式汽轮机改造为热电联产机组的技术要求和改造技术方案做了介绍，并介绍了改造后机组实际运行情况和安全注意事项。

【关键词】：热电联产供热改造热网
Piping steam extraction improvment project of 350MW unit
in Sanhe power plant
YangShuangHua ZhangZhiTao CuiXiaoHu HanMeng
Sanhe power plant Hebei Sanhe 065201
【Abstract 】：This paper introduced the project ,which is 350MW condensational units of one power plant were reformed Cogeneration units , the improvment’s technical requirements and technical scheme were introduced, the actual running status and matters needing attention were presented finally .
【Keywords】: heat and power cogeneration Heating reform heat supply network
1、引言
电厂锅炉产生的蒸汽驱动汽轮发电机组发电以后，排出的蒸汽仍含有大部分热量被冷却水带走，因而火电厂的热效率只有30％～40％。

如果蒸汽驱动汽轮机的过程之后的抽汽或排汽的热量能加以利用，可以既发电又供热。

这种生产方式称为热电联产。

这个过程既有电能生产又有热能生产，是一种热、电同时生产、高效的能源利用形式。

其热效率可达80％～90％，能源利用效率比单纯发电约提高一倍以上。

它将不同品位的热能分级利用（即高品位的热能用于发电，低品位的热能用于集中供热），提高了能源的利用效率，减少了环境污染，具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。

某厂位于河北省三河市燕郊，距离北京市通州新城约19公里，一期工程建设两台35
万千瓦燃煤亚临界发电机组，分别于1999年12月、2000年4月相继投入商业运营。

为满足当地及周边地区日益增长的供热需求，2009年，拟对一期工程的#1、#2两台汽轮机进行抽汽供热改造。

2、设备及系统概况
某厂一期工程安装#1、#2两台日本三菱重工高砂制作所生产的350MW亚临界一次中间再热燃煤凝汽式机组，分别于1999年12月和2000年4月投产运行，根据要求，对一期工程#1、#2两台汽轮机进行抽汽供热改造。

通过在中低压连通管上加装蝶阀实现。

抽汽压力
范围0.8MPa(以下压力均为绝对压力)，供热温度310℃，额定抽汽量300t/h。

#1、#2机配套的#1、#2炉为日本三菱重工神户造船所生产的亚临界控制循环燃煤汽包锅炉，一次中间再热、单炉膛、双切圆燃烧、钢架全悬吊结构、半露天布置、固态排渣煤粉炉。

锅炉额定蒸发量1052t/h，过热器额定压力17.2MPa，过热蒸汽温度541℃。

#1、#2发电机为日本三菱生产的MB-J型汽轮发电机，冷却方式为氢内冷。

#1、#2机组热控系统为美国MCS 公司 MAX1000系统。

3、供热改造设计技术要求
（1）、能保证机组凝汽及抽汽各工况运行安全。

（2）、对改造范围以外的设备寿命无不良影响。

（3）、保证在额定抽汽工况下，控制好抽汽参数；保证抽汽工况下，中低压通流各级动静部件强度不超过设计值；核算抽汽后胀差和轴位移变化值。

（4）、在2×350MW汽轮机中、低压联通管上加装抽汽调控碟阀实现调整抽汽供热，改造为热、电联供机组。

（5）、为便于设备安装，联通管中压缸侧连接法兰在现场焊接。

（6）、连通管上的抽汽压力调控碟阀投入采暖抽汽压力闭环控制，控制供热压力。

（7）、机组负荷及采暖抽汽控制采取以热定电方式。

（8）、在连通管上设置安全阀，确保在外界热负荷突降时安全门动作，防止连通管瞬间超压，以保证汽轮机组安全运行。

（9）、抽汽快关阀、关断阀以及连通管上的抽汽压力调控碟阀有远动、就地手动两种操作功能；远动控制信号均采用标准信号，以便接入机组DCS控制。

（10）、按照低压缸的最小蒸汽流量，设定连通管上抽汽压力调控碟阀的最小通流面积，防止因鼓风磨擦产生的热量不能被及时带走而导致低压缸胀差增大。

蝶阀具有机械闭锁装置，以保证低压缸的最小通流流量，执行机构采用成熟优质可靠的电动机构。

（11）、关断阀采用带中停的电动执行机构。

（12）、抽汽快关阀的关闭时间小于0.5s，控制机构采用液压和蓄能器传动机构（自带液压油源），该阀门采用三偏心金属密封结构，启闭轻松达到零泄漏，阀体材质采用碳钢20。

（13）、测点满足机组控制、保护要求，必须设在具有代表性、便于安装、检修、且运行中不易损坏的位置，并符合有关规定。

不少于以下测点：
开关量测点：
（a）抽汽压力高、低报警各1：
设定0.9MPa为高压力报警点。

设定0.65MPa为低压力报警点。

（b）抽汽压力高、低停机各3：
设定0.95 MPa为高压力跳机。

（三选二）
设定0.6MPa为低压力跳机。

（三选二）
（c）抽汽压力高启动安全门2，
设定安全阀整定压力为0.92MPa时动作，安全门的自身动作整定压力为0.9 MPa。

（以上开关量信号进入DCS 共10只）
模拟量测点：
（d）蝶阀前抽汽压力2个。

抽汽压力：0.65～0.87MPa
（e）蝶阀后压力1个。

以上模拟量信号进入DCS，供蝶阀控制组态（共3只）。

4、改造后的性能要求
(1)汽轮机供热改造后，保证机组供热工况单台机额定抽汽量300t/h；最大抽汽量400t/h，抽汽压力0.6-0.8Mpa；抽汽温度300-330℃。

(2)在各工况下相对膨胀、轴向位移、轴向推力值及监视段压力在规程规定的范围内。

(3)推力瓦块（工作瓦和非工作瓦）乌金温度不超过75℃。

5、供热改造技术方案
根据抽汽改造要求（额定300t/h，最大400t/h），改造方案如下：
用带抽汽的连通管替换原来不带抽汽的连通管，在低压缸入口处连通管上设置蝶阀，直径DN1400，在蝶阀附近设置一旁路，安装安全阀，规格为DN400。

在蝶阀上游连通管中部，接出抽汽管道，连接至热网。

根据最大抽汽量400t/h，抽汽管道直径选为DN1000。

依此要求选用抽汽逆止门、快关门和隔离门。

抽汽管道与连通管连接处布置一个膨胀补偿器，用来抵消外部抽汽管道对连通管作用的力和力矩。

5.1改造前后的主系统示意图
5.1.1改造前主系统示意图
5.1.2改造后主系统示意图
件1：电动调整蝶阀（1个）
件2：抽汽逆止门（1个）
件3：快关阀（1个）
件4：隔离阀（1个）
件5：安全阀（1个）
件6：带抽汽的连通管（替换原不带抽汽的连通管）件7：三通
件8：波纹补偿器
5.2 抽汽控制说明
主要控制原理是通过控制连通管上蝶阀的开度，从而改变由连通管通向低压缸的进汽量，使一部分中压缸排汽由连通管上接出的抽汽管道转移到热网，以满足抽汽供热的需求。

抽汽调节属于独立调节，与汽轮机原有功频DEH调节系统不关联，蝶阀能接受4～20mA 信号，对应调整蝶阀开度从最小流量限位点到全开。

根据抽汽压力给定和实测抽汽压力，由DCS专设单回路控制，见下图。

抽汽调压系统与功频调节系统除了机内蒸汽热力参数的内部联系外，外部没有任何联系。

两者之间是互为独立的。

功频系统只控制高、中压调门。

抽汽调压系统只控制蝶阀，不因为抽汽压力和抽汽量的调整而直接改变高中压调门的阀位开度。

通常情况下，机组在额定工况下运行一段时间，机组稳定后即可投入抽汽工况。

规定在机组负荷低于60%额定功率时，不得投入抽汽工况；高于60%额定功率时，可以投入抽汽。

5.3主要改造部件及说明：
蝶阀用来调整去供热抽汽管道蒸汽流量的大小。

安全阀用来防止抽汽时蝶阀被卡住在最小开度等最极端恶劣情况，此时会造成连通管内压力失控而升高，对机组有危险。

一旦达到动作值，安全阀就会导通蝶阀前后，帮助蝶阀前泄压。

抽汽逆止门是用来防止机组内压力降低时，抽汽管道内容积流量对机组倒灌发生危险。

快关门是用来防止抽汽管道内压力突然降低时，机组内蒸汽大量泄漏导致的危险。

隔离门是对供热抽汽管道的总闸门。

膨胀补偿器是用来减少供热抽汽管道对连通管作用的力和力矩。

5.4 供热工况的限制和保护
5.4.1低压缸最小流量限制
由于连通管抽汽是通过减少低压缸的进汽量来实现的，为维持正常运行，蝶阀不能关小至使低压缸进汽量低于最小流量。

本机型的低压缸最小流量根据计算设定为250t/h，足以保证低压缸的安全。

5.4.2 通过低压缸排汽温度来限制低压缸最小流量
当低压缸流量低于最小流量时，造成的危害是低压缸排汽温度升高。

因此可以取低压缸排汽温度升高至80℃时为报警值，80℃开始低压缸喷水减温，120℃跳机。

5.4.3抽汽口处最高压力限制
抽汽压力过高会造成中压缸末级鼓风，甚至威胁中压排汽缸密封力和联通管的安全强度。

设定0.87MPa.a为压力高报警点，安全阀整定压力为0.9 MPa.a时动作，0.92MPa.a压力高安全阀电接点动作， 0.95 MPa.a为压力高跳机点。

5.4.4抽汽口处最低压力限制
抽汽压力过低会造成中压缸末级隔板压差过大，和低压缸的进汽压力和流量过小。

设定0.65MPa.a为压力低报警点，0.6 MPa.a为压力低跳机点。

6 、改造后的主要技术参数
7、机组实际供热运行情况
#1、#2机组自改造完成后，于2009年12月投入供热运行，#1、#2两台三菱350MW亚临界改造机组及配套首站，两台机组的最大供热能力可达到520MW。

可供采暖面积约为850万m2，热网首站采用单级泵、单级加热器并联方式，供、回水温度为130∕70℃，循环水总流量7400t/h，供、回水压1.0MPa/0.20MPa,循环水泵1台定速泵+2台调速泵运行、1台定速泵备用。

7.1热网运行方式
1）由于#1、#2机组为进口机组，汽轮机叶片形线及详细尺寸为日方提供，计算依据为额定进汽参数，因此机组供热投入后，保持定压运行16.3~16.5MPa，温度538°C。

2）抽汽压力0.8MPa，抽汽压力调节范围控制在0.65~0.82MPa，此运行方式是安全的。

3）蝶阀开、闭时间在345S左右，蝶阀开度过小，主汽门、蝶阀将存在较大的节流损失，建议维持较高的负荷进行抽汽。

7.2锅炉热负荷与电负荷的确定
#1、#2机组供热压力为0.8MPa时的热电曲线及数据表
上图的红线代表锅炉的热负荷，对应不抽汽时汽轮机高中压缸的电负荷。

黄线代表的是不抽汽时汽轮机低压缸对应的电负荷。

总的原则是：
1、锅炉不超负荷；锅炉一些参数的调整按照热负荷进行调整。

2、汽轮机高中压缸，尤其是中压缸末级不超负荷；中压缸排气压力的设定按照锅炉一些参数的调整，按照热负荷进行调整。

3、汽轮机低压缸大于最低冷却流量。

按照热电曲线计算抽汽时低压缸对应的电负荷最低为146.5（MW），高于低压缸冷却流量225t/h对应的电负荷105 MW。

所以按照热电曲线运行，低压缸冷却是安全的。

8、抽汽后机组运行安全注意事项
8.1汽机防进水
为防止汽轮机发电机组进水,在机组抽汽管道上加装快关抽汽逆止阀,防止所连设备在事故情况下将水返入汽轮机,在抽汽系统均设有必要的疏水系统,防止汽轮机在启、停时疏水进入汽轮机。

8.2系统防冻
由于所在地区，可能会遇到突然降温情况，因此如果气温降到零度以下应采取相应
的防冻措施：
1）热网管线一旦注水，循环水泵应及时启动；循环水泵如不启动应密切监视气温变化。

2）就地压力表及压力变送器表管应考虑保温问题，情况允许加伴热。

3）热网加热器的汽、水侧如果停运应及时放水，避免管材冻裂。

8.3保证汽机各汽缸的安全
机组投入供热抽汽后，抽汽压力过高会造成中压缸末级鼓风，甚至威胁中压排汽缸密封力和联通管的安全强度。

抽汽压力过低会造成中压缸末级隔板压差过大，和低压缸的进汽压力和流量过小。

因此要严格控制抽汽压力在规定范围内，保证汽机中低压缸的安全。

主蒸汽压力的设定在未抽汽时根据电负荷进行设定。

由于未抽汽，锅炉的热负荷和汽轮机的高中低压缸负荷都是对应的，不存在问题。

当机组投入抽汽供热时，锅炉的热负荷和汽轮机的高、中、低压缸负荷出现偏差，此时应对锅炉和汽轮机的一些设定对应电负荷的参数改为对应锅炉的热负荷。

每抽汽量增加50T/H，机组对应的锅炉热负荷与电负荷的差值增大10MW。

机组参数例如：主蒸汽压力、锅炉氧量、中压缸排汽压力调整等需要参考锅炉热负荷进行调整。

9、小结
某厂#1、#2机组供热抽汽改造后，经过两年供热期的试运行，机组运行稳定，未发生影响机组安全的重大事故。

改造后的机组，实现了热电联产，既提高了机组效率，又发挥了社会效益，某厂用稳定高效的机组，为当地千家万户送去一份冬日的温暖。