浅谈几种热电解耦技术改造

浅谈几种热电解耦技术改造

发表时间：2019-04-11T16:45:09.673Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：郝鹏

[导读] 摘要：随着我国的综合国力在不断地加强，为解决日益严重的弃风（光、水）问题，提高新能源的消纳能力，提高火电机组的运行灵活性，实现供热机组热电解耦，已是迫在眉睫的任务。

（国家能源投资集团有限责任公司北京 100034）

摘要：随着我国的综合国力在不断地加强，为解决日益严重的弃风（光、水）问题，提高新能源的消纳能力，提高火电机组的运行灵活性，实现供热机组热电解耦，已是迫在眉睫的任务。本文主要针对供热机组热电解耦技术改造如低真空供热改造、背压光轴改造，以及低压缸零出力供热改造等进行介绍和分析，结合不同改造方案的适用性比较分析，为供热机组实现热电解耦的技术改造提供借鉴。

关键词：热电解耦；灵活性；调峰低真空供热；背压光轴；低压缸零出力

至2017年底，全国全口径发电装机容量17.8亿kW，其中火电、水电、风电、太阳能、核电等分别占比62.2%、19.2%、9.2%、7.3%、2.0%。大力发展风能、太阳能等可再生能源已成为“十三五”期间我国电力发展的重点任务之一。风能、太阳能集中快速发展的“三北地区”，冬季采暖季弃风、弃光现象越来越严重，一方面是由于该类型电能较强的随机性和间歇性，大规模并网在一定程度上会给电网的完全稳定运行带来负面影响；更重要的原因是这些地区电网中占主体地位的燃煤供热机组因供热而无法参与有效调峰，极大挤压了风电、太阳能发电的并网空间。《电力发展“十三五”规划》明确指出，提升我国火电运行灵活性，改造预期使热电联产机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40%~50%额定容量。此外，建立了利益调节机制，并出台和落地了各种辅助服务市场、峰谷电价等一系列配套政策，以提高调峰积极性。提高燃煤供热机组深度调峰能力的主要途径是有效削弱其热-电强依赖特性。本文以某亚临界330MW供热机组为例，就燃煤供热机组热电解耦的主要技术进行探讨，为即将开展火电灵活性改造的机组提供改造思路。

1低真空供热改造

1.1主要改造范围

主要改造范围有：低压缸双背压双转子互换、凝汽器改造、化学精处理改造、循环开式冷却水系统改造、凝结水泵改造、更改相应热工相关逻辑6项。（1）凝汽器改造，适当增大换热面积以满足高背压条供下的换热要求，同时解决凝汽器水室承压、温度升高造成管束与壳体膨涨不均匀，以及与低压缸之间的应力过大的问题。（2）化学精处理改造，由于凝结水温度提高，应更换适应高温的树脂，以提高配套设施的冗余量和耐高温能力。（3）循环开式冷却水系统改造，由于原有的循环水系统停止运行，本机无法提供辅机设备所需的却水源，需要从邻机接引过来。（4）凝结水泵改造，由于高背压工况下凝结水温度在50℃左右，需要将凝结水泵密封件更换为耐高温部件。更改相应热工相关逻辑，低压缸排汽压力供热期运行时，更改定值为65kPa，汽轮机跳闸。低压缸排汽温度高报警供热期运行时更改定值为84℃。

图1 电极锅炉应用于供热机组热电解耦的系统示意

1.2电极锅炉技术原理

电极锅炉是利用水的高热阻特性，直接将电能转换为热能，并将热能传递给介质的热能装置。该方案的本质是以消耗部分汽轮机发电功率的电极锅炉补充机组供热能力不足部分，并实现热电解耦，降低机组上网功率。供热机组应用该方案参与深度调峰的运行方式为：风电过剩时段，供热机组降低发电负荷以接纳风电上网，由电极锅炉通过消耗另外一部分风电以补偿供热不足；或者供热机组发电负荷略有下降，由电极锅炉在厂内消耗部分甚至全部发电负荷作为供热补充，实现供热机组少上网或者零上网，极端工况甚至可以从电网消纳电量，实现负上网。电极锅炉应用于供热机组热电解耦的系统如图1所示。电极锅炉加热系统与机组原加热系统并联连接，当电网需求低谷、汽轮机抽汽对热网水加热不足时，开启电极锅炉，从热网循环水泵出口母管引出部分流量的热网水至电极锅炉加热，与此同时，电极锅炉消耗一定电功率，在上网功率一定的情况下，汽轮发电机组出力=深度调峰功率（低谷）+电极锅炉功率+厂用电，故汽轮机发电功率随电极锅炉功率相应增加，中排蒸汽和电极锅炉同时满足热网水的加热需求。同储热供热一样，供热机组配置电极锅炉装置时也需要根据当地电网形势、调峰政策、供热热负荷等因素进行优化设计。调峰补贴价格水平随着供热机组实现大面积灵活性改造完成必然呈下降趋势。根据当前供热现状、40%THA热电解耦目标，电极热水锅炉的容量初选30MW。

2低压缸零出力改造

2.1改造前后技术参数

2.1.1改造前后抽汽能力对比

以300MW等级机组低压缸零出力改造为例：如图2所示，机组额定主蒸汽流量条件下，改造后采暖抽汽流量为713t/h，同改造前相比，采暖抽汽流量增大348t/h，对应采暖抽汽热负荷增大265MW。

图2 改造前后抽汽流量对比

2.1.2改造前、后电负荷调峰能力对比分析改造前、后机组抽汽供热、电负荷调峰关系见图3。

图3 改造前、后机组抽汽供热、电负荷调峰关系

改造后在锅炉最低稳燃负荷（按40%BMCR蒸发量考虑）条件下，主蒸汽流量为427t/h，抽汽供热流量为312t/h，此时机组发电功率为85MW。将改造前、后供热负荷（采暖抽汽流量）保持不变来对比，低压缸零出力工况同设计排汽流量工况相比，在同样采暖抽汽流量下，机组最低电负荷可相对下降150MW。

2.2改造范围

（1）中低压连通管改造。（2）供热蝶阀改造。（3）增设低压缸冷却蒸汽系统。（4）配套汽轮机本体运行监视测点改造。（5）低压缸末级叶片抗水蚀金属耐磨层喷涂处理。小容积流量工况运行时，低压缸末两级处于鼓风工况运行，导致低压缸末两级后温度和低压排汽缸温度升高，为降低低压排汽缸温度，需要持续投入喷水减温，维持低压排汽缸温度在安全范围内。而小容积流量条件下，末级叶片出现的涡流会卷吸减温水至动叶流道，加剧动叶出汽边根部区域水蚀情况，威胁机组安全运行。因此，建议对低压缸末级叶片实施金属耐磨层喷涂处理。（6）配套供热系统改造。为保证低温省煤器正常投运，保持凝结水系统有较大流量，需将热网加热器疏水直接接至凝汽器。由于热网疏水温度相对较高，如果将热网疏水直接回凝汽器，容易造成能量浪费。为减少该部分热量浪费，建议在热网加热器侧加装外置式疏水冷却器，将热网疏水热量传递至热网循环水，热网疏水降温后再接至凝汽器。（7）配套自动控制系统改造。（8）低压缸零出力运行试验。

2.3改造适用性

低压缸零出力改造可在相同发电负荷下增大原有机组的抽汽能力，在不影响供热负荷的前提下，主要用于实现供热机组灵活性深度调峰。但是目前国内已改造机组无连续长期运行的业绩。

结语

与低真空供热、背压光轴供热改造等供热改造方案相比，低压缸零出力供热技术，能够实现供热机组在抽汽凝汽式运行方式与高背压运行方式的灵活切换，使机组同时具备高背压机组供热能力大、抽汽凝汽式供热机组运行方式灵活的特点，避免了低真空供热改造（双转子）和光轴改造方案采暖期前后，需更换两次低压缸转子的问题和备用转子存放保养问题，机组运行的维护费用大大降低。

参考文献

［1］王汝武.电厂节能减排技术［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［2］刘树昌.大型凝气机组供热改造［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［3］刘志真.热电联产［M］.北京：中国电力出版社，2006.［4］王宇清.供热工程［M］.北京：机械工业出版社，2008. ［5］孙奉仲.热电联产技术与管理［M］.北京：中国电力出版社，2008.