纯凝汽机组改造为供热机组的可行性探讨

纯凝汽机组改造为供热机组的可行性探讨
发表时间：2018-12-14T18:48:28.053Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：牛明星
[导读] 与新建供热机组相比，大型冷凝机组改造为供热机组具有投资少、工期短、设备利用率高的优点，符合国家节能减排政策。

大唐洛阳首阳山发电有限责任公司河南偃师 471900
摘要：火电厂的主要热负荷通常是该地区用于工业生产和供热的蒸汽。

目前，一些城市受到火电厂供热能力的限制，很多供热用户仍依赖中小型锅炉供热；即使使用了火电厂的蒸汽源，许多用户仍然保留着自己的小锅炉，以便在高峰供热时短期使用。

为了缓解供热紧张的局势和彻底解决这个问题，通常采取措施建立新的供热单位或改变中小纯冷凝机组供热单位来消除或减少中小锅炉在城市中排放空气污染和提高整体社会效益。

关键词：纯冷凝机组；供热机组；可行性
前言：
随着我国经济和城市化的快速发展，居民和企业对热负荷的要求越来越高。

在加热区域，必须将大型冷凝发电机改为加热单元。

与新建供热机组相比，大型冷凝机组改造为供热机组具有投资少、工期短、设备利用率高的优点，符合国家节能减排政策。

一、改造的主要类型
1.高排抽汽供热。

从高压气缸即再热冷段抽出高排热量。

锅炉再热器的超温和高压缸末级叶片的强度限制了供热流量。

锅炉限制：从再热冷段抽汽后，进入锅炉再热器的蒸汽流量减小，影响锅炉再热蒸汽温度的控制，导致再热蒸汽过热。

汽轮机限制：提取后的蒸汽再热冷段，如果汽轮机中央阀不能保持再热系统压力，这样的压力值下降，这将严重影响汽轮机的安全运行。

再热冷却段的蒸汽供应通常小于额定再热蒸汽流量的10%，300mw机组再热冷却段的蒸汽供应一般小于80t /h。

2.热再抽汽供热。

再热段抽提供热克服了锅炉过热的影响和抽提蒸汽的局限性。

这种方法不影响锅炉的安全运行。

抽汽量仅受汽轮机高压缸末级叶片强度的限制。

一般以汽轮机厂提供的最大蒸汽抽提量为准。

缺点是：首先，抽汽压力低于冷段，保证相同的供汽压力时，需要的电负荷较高；二是热段抽提锅炉吸热增加，需要更多的喷水降温，单位电源耗煤量高于冷段抽提。

3.中排抽汽供热。

中排抽汽供热是在汽轮机中低压连通管上，接三通抽出低压蒸汽。

中排的压力随机组负荷的变化而变化，为了满足供汽压力的稳定，需在三通后低压缸进汽前增加一个控制阀门，在低负荷时进行节流，以保证阀前的压力。

为了保证低压缸必要的冷却流量，调节碟阀的最小开度有一定限制。

同时在抽汽量增大、碟阀关小的情况下，中排温度将上升，为了保证中压排汽缸及末级叶片的安全，中排温度一般不得超过400℃。

这些限制条件使得热负荷对电负荷匹配提出了更高要求。

4.压力匹配器供热。

在发展热电联产中有个问题始终没有得到很好的解决，那就是单一的背压或抽汽压力不能满足多种用汽压力的要求。

压力匹配器是利用高压蒸汽的喷射抽吸作用，通过喷嘴引射低压蒸汽，再扩压形成介于高、低压蒸汽压力之间的中压蒸汽。

压力匹配器能够提供与汽轮机抽汽口参数不匹配的供热蒸汽，与采用高压蒸汽节流相比，避免了大量的损失，经济性显著提高。

二、纯凝汽机组改造为供热机组的可行性
1.系统简述。

汽轮机为日本日立公司生产的亚临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机，高、中压缸采用合缸结构，低压缸为对称分流式，机组型号为TCDF-33.5。

其主要技术规范如下：型式：亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、冲动冷凝式额定功率（TRL工况）：300MW；最大功率（VWO工况）：333MW；低压缸为2x7级，是双流、反动式。

蒸汽从通流部分的中央进入并流向两端的排汽口。

高压缸第9级后的I段抽汽口抽汽至撑l高压加热器。

高压缸排汽从下部排出经再热冷段蒸汽管回到锅炉再热器，其中部分蒸汽由II 段抽汽口抽汽至撑2高压加热器。

中压缸第4级后出来的一部分蒸汽，经过高中压外缸下半的Ⅲ段抽汽口抽汽至粥高压加热器。

中压缸排汽端的下部有一个Ⅳ段抽汽口，通过这个抽汽口将一部分蒸汽抽至除氧器、给水泵汽轮机。

在低压缸调阀端的第2、5、6级后和低压缸电机端的第4、5、6级后分别设有抽汽口，抽汽至低压加热器。

其中，调阀端第2级后的V段抽汽口抽汽至＃5低压加热器，电机端第4级后的Ⅵ段抽汽口抽汽至＃6低压加热器。

第5级后Ⅶ段抽汽口抽汽至＃7低压加热器，第6级后Ⅷ段抽汽口抽汽至＃8低压加热器。

2.改造方案。

一是再热热段蒸汽通过压力匹配器抽中排蒸汽，再热热段抽汽经减温后压力O．8~1．4MPa，再热蒸汽经减温后最大蒸汽量能达到98t／h，从同型号的机组改供热后的实际运行情况来看，压力匹配器的抽汽比为1：1～1：1．3范围内，因而，从再热热段、中排最大抽汽量合计约在208t／h。

两台机同时供汽最大供汽能力约416 t／h。

二是再热冷段蒸汽通过压力匹配器抽中排蒸汽。

压力匹配器是提高低压蒸汽压力的专用设备。

其原理是利用高压蒸汽（驱动蒸汽）通过喷嘴喷射产生的高速汽流，将低压蒸汽吸入。

使其压力和温度提高，而高压蒸汽的压力和温度降低。

从而使低压蒸汽的参数满足不同用户企业的要求，利用了原来不能利用的蒸汽，达到节能的目的。

压力匹配器中装有针型调节阀，能保证用汽蒸汽压力在流量10-100％的范围内不变。

压力匹配器应用在热电联产系统中经济效益显著，投资回收期约6个月。

再热冷段抽汽作为压力匹配器的驱动汽源；中压缸排汽作为提升蒸汽。

两种蒸汽通过压力匹配器后，经减温后压力0．8-1．4MPa，温度300-330℃的参数对外供热。

为保证汽轮机长期安全运行，每台汽轮机再热冷段、中排最大非调整理论供汽抽汽量合计280t ／h，该数据已得到汽轮机厂家的核算，在此工况下运行不会影响机组的安全运行。

但从同型号的机组改供热后的实际运行情况来看，压力匹配器的抽汽比为1：1～1：1．3范围内，因而，从再热冷段、中排最大抽汽量合计约在115t／h。

两台机同时供汽最大供汽能力约230t／h。

3.方案实施。

一是热再抽汽改造。

热再蒸汽分别从＃l、＃2炉再热汽出口管用三通接出，经隔离阀、快闭阀、气动止回阀、调节阀、减温后分别接入供热站内压蒸汽联箱。

减温器之前管道由于蒸汽参数很高，采用12CrlMoV合金钢材料，减温器之后管道采用20G锅炉钢，管道设计流量为100t／h。

减温水从给水泵中间抽头至再热器减温水管路上引出，采用20G锅炉钢，管道设计流量为15t／h。

二是冷再抽汽改造。

冷再蒸汽分别从汽轮机高排出口供本机辅汽母管的管道上用三通接出，经隔离阀、快闭阀、止回阀、调节阀后分别接入供热站＃1、＃2中压蒸汽联箱。

管道采用20G锅炉钢，管道设计流量为50t／h。

三是中低压连通管改造。

将中低压连通管道改造更换，在连通管道上增加了一只调节蝶阀控制抽汽量并保证低压缸最少进汽量，调节蝶阀前开有一只800x16的三通对外供汽，在供热抽汽管上依次加装压力自平衡波形膨胀节、安全阀、气动抽汽逆止阀、液动快关阀、电动隔离阀，排抽汽分别接入供热站内低压蒸汽联箱。

中排压力经调节蝶阀调节后抽汽额定压力为1．0Mpa，中排额定抽汽量为300t／h。

四是压力匹配器供热系统。

应用压力匹配器可以将高压蒸汽和低压蒸汽混合，输出
中等压力蒸汽的特性，将汽轮机不同抽汽口不同压力的蒸汽混合，输出满足热用户需要的蒸汽。

4.抽汽供热经济性和投资效益分析。

在抽汽供热运行工况下，只是改变了低压缸的流量，高、中压缸运行工况基本没有变化，仅低压缸相当于在部分负荷下运行，效率有所降低。

但是，由于运行在抽汽供热工况下，部分蒸汽被抽走，对汽轮机而言，减小了冷源损失，降低了热耗值，极大地提高了机组的经济性。

通过以上综合研究和分析，在已知机组供热流量下，可以知道该供热量对机组出力和发电煤耗率的具体影响值，这为调度安排大型供热发电机组的发电排序提供了数据支撑。

参考文献：
[1]重庆大学.热力发电厂[M].北京：电力工业出版社，2016.
[2]张艳.汽轮机性能试验规程[Z].2005.。