Design of Industrial Heat-supply Reformation for Condensing Unit

型号：DG 420/13.7-II2

型式：一次中间再热、超高压自然循环汽包锅炉、单炉膛、燃烧器四角布置、切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、管式空气预热器、钢筋混凝土结构

制造厂家：东方锅炉股份有限公司

型号：N 135-13.24/535/535

型式：超高压、一次中间再热、单轴、双缸双排冲动凝汽式汽轮机

额定转速：3 000 r/min

制造厂家：上海汽轮机有限公司

型号：QPS-135-2，自并励系统

冷却方式：双水内冷

额定功率：135 MW

制造厂家：上海电机厂有限公司

机组设置高、低压两级串联旁路，容量按锅炉B-MCR工况的30%考虑。

机组回热系统由两台高压加热器、一台除氧器和四台低压加热器组成。

机组设置两台100%容量的电动调速给水泵，一台运行，一台备用。

机组设置两台100%容量的凝结水泵，一台运行，一台备用。

机组除氧器采用滑压运行，加热汽源采用三段抽汽。

电厂根据与用热企业签订的供热合同，确定改造工程电厂侧的供热参数为：

1)中压供热：1.8 MPa/235 ℃，90 t/h。

2)低压供热：0.8 MPa/210 ℃，60 t/h。

根据用热企业的工艺调查，中压供热蒸汽主要用于表面式换热设备或驱动小型汽轮机，凝结水的可回收率较高，预计能够达到80%，而低压供热蒸汽主要用于混合式加热设备，凝结水无法回收。为保证工质平衡，机组供热改造后热力系统需要补充除盐水78 t/h。

当前纯凝发电机组供热改造的技术方案主要有三类^[1-8]：一是将汽轮机进行通流改造，按供热机组的结构重新设计；二是保持汽轮机的通流结构，利用富余的回热蒸汽进行供热；三是在主蒸汽管道、再热冷段、再热热段或者中排管道上开孔抽汽。

对汽轮机进行通流结构改造，优点是电厂能够根据热负荷参数实现最合理的抽汽方式和抽汽参数，但这种供热改造方式投资较大，改造时间较长。

利用富余的回热蒸汽对外供热，优点是改造量较小，改造时间短，缺点是纯凝机组回热系统为非调整抽汽，供热蒸汽量有限，蒸汽参数(流量、压力、温度)随机组负荷变化，机组负荷下降较多时可能无法向外供热。

在主蒸汽管道上开孔抽汽供热的参数(包括压力、温度)可以得到保证，但因为这种“高能低用”方式的能源利用效率并不高，同时供热设备、管道的投资较大，而且供热流量也会受到锅炉安全运行的限制，因此在实际工程中应用较少。

在再热冷段、再热热段或者中排管道上开孔，利用汽轮机中联阀或中排管道上加装的蝶阀进行调整抽汽，改造工程量不大，供热参数在机组一定负荷范围内可以维持稳定，是目前纯凝机组供热改造中使用较多的技术方案。

再热冷段开孔抽汽的流量要受到锅炉及汽轮机安全运行的限制，再热冷段抽汽后进入锅炉再热器的蒸汽流量减少，影响锅炉再热器温度的控制；再热热段上开孔抽汽不影响锅炉安全运行，抽汽流量仅受汽轮机高压缸末级叶片强度的限制。从再热蒸汽抽汽后，如果汽轮机中联阀不能维持再热系统压力，将导致汽轮机高压缸末端前后压差增大，影响汽轮机安全运行。

中排管道上开孔抽汽的压力取决于汽轮机中低压汽缸的分缸压力，抽汽压力可调节的范围较小，当机组负荷超过65%额度负荷时，通过调节连通管上蝶阀的开度，可保持抽汽压力达到汽轮机纯凝THA工况下中、低压汽缸的分缸压力。

根据电厂2×135 MW超高压纯凝发电机组的主蒸汽、低温再热蒸汽、高温再热蒸汽、中排蒸汽、回热蒸汽的压力、温度、流量参数，在不改变汽轮机通流结构时，为满足供热参数的要求，电厂供热改造可以选择在主蒸汽管道、低温再热蒸汽管道或者高温再热蒸汽管道上开孔抽汽，然后降温降压的供热方案。

过热蒸汽降温降压的方式主要有三种^[9-13]：

1)利用减温减压器进行降温降压，原理是通过节流减压和喷水降温，将高温高压的过热蒸汽降温降压。这种方式的优点是系统简单，适应蒸汽负荷变化范围广，缺点是热效率低，节流设备容易被冲刷腐蚀。

2)利用汽轮机进行降温降压，原理是将通过驱动汽轮机做功，将高温高压的过热蒸汽降温降压。这种方式的优点是热效率高，缺点是投资高、系统复杂。

3)利用压力匹配器进行降温降压，原理是通过高温高压蒸汽驱动引射低温低压蒸汽，将高温高压的过热蒸汽降温降压，将低温低压的过热蒸汽升温升压，这种方式的优点是能够利用部分低温低压的低品质蒸汽，热效率比利用减温减压器供热高。

综合考虑电负荷的调峰要求和主机设备的安全性、安装工期、电厂运行调节等因素，电厂最终确定采用压力匹配器配汽供热的改造方案，原则性的配汽方式为：

1)中压供热蒸汽：主蒸汽＋高温再热蒸汽＋减温水。

2)低压供热蒸汽：主蒸汽＋三段回热蒸汽＋四段回热蒸汽＋减温水。

为保证供热的可靠性，工程按两台机组同时改造、单台机组运行也能提供100%供热流量的原则进行，即单台机组的最大供热能力达到中压90 t/h，低压60 t/h，保证电厂有足够的供热备用能力。

根据压力匹配器厂家的热力计算，在主蒸汽流量300 t/h工况时供热改造工程的配汽参数如下：

1)中压供热蒸汽：

主蒸汽：13.2 MPa/535 ℃，11.5 t/h。

高温再热蒸汽：1.4 MPa/535 ℃，58.5 t/h。

减温水：15.0 MPa/155 ℃，20 t/h。

2)低压供热蒸汽：

主蒸汽：13.2 MPa/535 ℃，35 t/h。

三段回热蒸汽：0.35 MPa/345 ℃，10 t/h。

四段回热蒸汽：0.2 MPa/285 ℃，5 t/h。

减温水：1.25 MPa/32.5 ℃，10 t/h。

根据东方锅炉集团股份有限公司的计算，主蒸汽最大可以抽取70 t/h而不影响锅炉的安全运行，因此改造工程抽取46.5 t/h主蒸汽供热是可行的。相对纯凝工况而言，汽轮机在抽汽工况运行时的本体结构强度要求更高，尤其是抽汽口前两级动叶片，根据上海汽轮机有限公司的计算，汽轮机高压5—8级，中压5—10级动叶安全性都合格，可以保证汽轮机在抽汽工况下安全连续运行，而根据汽轮机在抽汽工况下的参数对汽轮机进行推力计算和轴承比压计算，结果也表明供热改造后汽轮机的推力和轴承比压在允许范围内。

供热系统主蒸汽接自机组A、B侧主蒸汽电动闸阀前的疏水管道。2 × DN 50管道汇流成1 × DN 80管道接至低压匹配器，另从DN 80管道上接引1 × DN 40管道至中压匹配器。为保证设备检修时的安全，在低压匹配器和中压匹配器的主蒸汽管道上都安装有两道电动隔离阀门。

供热系统高温再热蒸汽接自机组的A、B侧高温再热蒸汽管道，2 × DN 200管道汇流成1 × DN 300管道后分两路接至中压匹配器。一路安装有两道电动隔离阀门和止回阀，用于机组低负荷高温再热蒸汽压力低于1.8 MPa时，采用主蒸汽驱动引射高温再热蒸汽的供热方式。另一路安装有电动隔离阀、电动调节阀、电动隔离阀，用于机组高负荷高温再热蒸汽压力高于1.8 MPa时，采用关闭主蒸汽，高温再热蒸汽直接降温降压的供热方式。

中压匹配器的减温水采用给水泵出口的高压给水，减温水管道上依次安装有两道节流孔板和两道电动截止阀、节流阀、电动调节阀、止回阀。

低压匹配器的三段回热蒸汽、四段回热蒸汽都接自机组回热蒸汽管道气动止回阀后，管路依次安装有电动隔离阀和止回阀。

低压匹配器的减温水采用凝结水泵出口的低压凝结水，减温水管道上依次安装有电动截止阀、电动调节阀和止回阀。

为方便流量调节与计量，高压减温水管路、低压减温水管路、中压匹配器主蒸汽管路、低压匹配器主蒸汽管路、中压匹配器出口蒸汽管路、低压匹配器出口蒸汽管路都安装有流量计。

工程供热补水系统充分利用机组除氧器的上水系统，供热回水接至40 m³上水箱后由上水泵输送至除氧器。为方便实际运行时两台机组供热负荷的调节变化，将上水泵的出口管道由母管制改为单元制，每台上水泵对应一台除氧器，上水管道路安装流量计、调节阀门及其旁路。

工程新安装一台同型号的上水泵作为两台机组共同的备用泵。

除盐水补水利用纯凝机组的补水系统直接输送至凝汽器，当补水系统通流能力不足时可以同时向上水箱补水，由上水泵输送部分除盐水至除氧器，保证每台机组除氧器与凝汽器的补水量之和与供热流量平衡。

按照《热电联产项目可行性研究技术规定》中的热量法计算供热机组的热经济指标，电厂供热改造后，两台机组供热达到中压90 t/h、低压60 t/h时，年供热量3.357 × 10⁶ GJ，年供电量14.547 6×10⁸ (kW·h)，年均供热标煤耗为39.94 kg/GJ，而年均供电标煤耗将从353.4 g/(kW·h)降低到333.1 g/(kW·h)，热效率将从38.2%提高到50.6%，电厂年均热电比为64.1%，已经超过了热电联产机组要求的相关指标。

热电联产机组的节约标煤量是指与热电分产耗煤量比较，热电分产以建设相同供热规模的分散供热锅炉房和相同供电规模的凝汽机组为对象。按照分散供热锅炉的综合效率0.75，凝汽机组的供电标煤耗按照供热改造前的353.4 g/(kW·h)计算，电厂实施集中供热后，每年可以节约标煤量4.8×10⁴ t，能源利用效率也要比热电分产高出3.6%。

为满足工业供热要求(供热蒸汽压力、温度、流量、备用能力)，在主机厂家、供热设备厂家的配合下，为电厂2×135 MW超高压纯凝发电机组设计了可行的供热改造技术方案。供热改造后，电厂可以为用热企业提供稳定的、可靠的工业供热蒸汽，同时电厂的热经济指标得到了大幅度优化，全厂年均热效率和年均热电比已经达到了热电联产机组要求的相关指标。