300MW抽凝供热机组低压缸零出力技术改造研究

300MW抽凝供热机组低压缸零出力技术改造研究

白鹏

马头热电分公司，河北省 邯郸市 056200

摘要:近年来，随着国民经济发展与进步，国家对资源节约、环境保护、能源综合利用等

方面的要求不断提高，随着习近平主席做出中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年实现碳中和重大战略决策。面临新能源机组快速增长及消纳新能源的迫切需要，在役燃煤电厂的节能、灵活性改造显得更为重要，电厂实施技术改造，充分回收利用电厂余热，推广先进供热技术，整体提高电厂能源资源利用效率与灵活性势在必行。

关键词：碳达峰；节能;灵活性改造；先进供热技术

Abstract:In recent years, with the development and progress of the national economy, the state's requirements for resource conservation, environmental protection and comprehensive utilization of energy have been continuously raised, and with President Xi Jinping's decision that China will strive to achieve carbon peak by 2030 and achieve carbon neutrality by 2060. Faced with the rapid growth of new energy units and the urgent need to eliminate new energy, energy-saving and flexible transformation of coal-fired power plants in service is more important, power plants to implement technological transformation, fully recycle the waste heat of power plants, promote advanced heating technology, improve the overall efficiency and flexibility of energy resources utilization of power plants is imperative。

Key word: carbon peak；energy-saving；flexible transformation of coal-fired power plants；advanced heating technology

一、项目背景

1.1某公司位于河北省邯郸市马头镇，距离邯郸城区15公里。现役机组为2台300MW亚临界热电联产机组。承担着向市热力公司东线和西线、冀南新区等管线输送热能。某公司当前供热面积为1000万㎡，随着河钢邯钢公司“退城进郊” 其承担的供热面积将由某公司承接，随着城市快速发展所带来的供热市场需求，某公司供热面积在未来时期需要增加至1600万㎡。

1.2 主机设备概况

汽轮机：东方电气集团东方汽轮机有限公司生产的型号为C300/246-16.7/0.35/537/537的亚临界、单轴、双缸双排汽、中间再热、湿冷抽汽凝汽式汽轮机。 汽轮机主要设计参数见下表：

二、低压缸零出力改造技术原理

为避免低压转子发生鼓风而过热，国内热电联产机组中低压缸导汽管蝶阀在设计时

保证在“全关”状态下低压转子也能有足够的冷却流量，或者在运行时导汽管蝶阀有最

小开度限制。机组低压缸零出力改造是打破机组低压缸最小冷却流量的限制，在低压缸高真空运行条件下，采用可完全密封的液动蝶阀切除低压缸原进汽管道进汽，通过新增旁路管道

引入少量冷却蒸汽，用于带走低压缸零出力改造后低压转子转动产生的鼓风热量。与改

造前相比，提升供热机组灵活性的低压缸零出力改造技术解除了低压缸最小蒸汽流量的

制约，在供热量不变的情况下，可显著降低机组发电功率，实现深度调峰。低压缸零出

力改造后，为防止低压缸末2级叶片出现鼓风损失从而引起叶片超温以及应力超限等问

题，需要引入一定量的中压缸排汽对低压缸进行冷却。

三、低压缸零出力改造方案

3.1 中低压缸连通管改造

根据低压缸零出力运行的需要，需从中压缸排汽引出冷却蒸汽至低压缸进汽口，用于冷却低压缸末级叶片，因此，需对原中低压连通管进行改造。 在中低压缸连通管上加装与原蝶阀接口一致的新液动供热蝶阀，并在供热蝶阀前预留供热抽汽接口，在供热蝶阀后预留冷却蒸汽旁路接口。 供热碟阀选用具有良好通流特性及调节特性的、可完全密封的液动碟阀，执行机构选用自带独立油源的形式。

3.2 低压缸冷却蒸汽系统改造

供热系统非抽汽工况时处于非截流状态，蒸汽进入低压缸；低压缸零出力改造后，在抽汽工况下，连通管蝶阀关闭，蒸汽从连通管抽汽管道全部引出进入热网供热，仅引部分蒸汽进入低压缸冷却低压转子，带走由于鼓风产生的热量。根据低压缸零出力改造技术要求，新增加低压缸通流部分冷却蒸汽系统，流量约为30t/h，冷却蒸汽汽源取自中压缸排汽,为降低低压缸冷却蒸汽过热度，实现更好的低压缸冷却效果，低压缸冷却蒸汽管道中配置喷水减温装置，与此同时配置汽水分离器装置，保证进入低压缸的冷却蒸汽不带水。

3.3 汽轮机本体运行监视测点改造

在低压缸零出力运行工况时，低压缸通流部分运行条件大幅偏离设计工况，处于极低容积流量条件下运行，为充分监视低压缸通流部分运行状态，确保机组安全运行，需增加低压缸末级、次末级级后蒸汽温度测点。

3.4 低压缸喷水系统改造

拆除原来的碳钢管路，全部采用不锈钢产品，保证系统稳定运行;原结构为在喷水管路上打孔冷却，改造后，采用雾化喷头，合理布置雾化喷头，保证喷水减温效果，根据级后排汽温度，进行分阶段投入，既保证减温效果，又避免喷水过量；优化喷水角度，减少减温水回流导致叶片水蚀。

3.5提高低压缸叶片安全余量，对低压缸末级、次末级叶片进行现场喷涂耐腐蚀处理。

3.6热网系统改造

抽汽管道为2根DN1020×8的抽汽管道。在机组当前最大能力抽汽供热工况下（抽汽流量500t/h），抽汽压力0.35MPa、温度240.9℃时，抽汽流量为抽汽管道流速为58.66m/s，已接近《火力发电厂汽水管道设计规范》（DL/T 5054-2016）推荐管道介质流速上限（35～60m/s）。 机组低压缸零出力运行后，除保留最小冷却流量30t/h外，在主蒸汽流量950t/h（TMCR主蒸汽流量）、980t/h（TRL主蒸汽流量）工况下从连通管可分别抽出蒸汽约627t/h、645t/h，抽汽管道流速最高达73.51m/s，高于推荐管道介质流速上限（35～60m/s）。抽汽管道存在超速风险。本次改造需要对抽汽管道进行扩容。新增的抽汽可在低压缸零出力运行时导向至新增热网加热器。新增热网加热器正常疏水经过独立的疏水扩容器消能后排入凝汽器。

3.7低压缸零出力运行改造后，由于低压缸进汽量显著减少，8号低压加热器、7号低压加热器及6号低压加热器汽侧切除，水侧正常运行。5号低压加热器正常投运，经过轴封加热器加热后，5号低压加热器入口的凝结水温度为40℃左右，5段抽汽流量较纯凝工况大，但没有超过最大抽汽工况下5段抽汽流量，不需要进行改造。

3.8 低压缸零出力改造安全性校核

低压缸零出力运行工况时，低压缸处于小（极低）容积流量运行工况，受低压缸末2级叶片叶形弯扭、叶片长度大、叶顶薄等特点影响，叶片在小容积流量工况下运行时容易出现大负冲角运行，在叶片压力面上形成流动分离，在叶根处的脱流、鼓风等现象，可能引起汽缸变形、叶片颤振、水蚀加剧等问题，影响机组安全运行。根据汽轮机厂家提供的安全性校核， 在汽轮机末级和次末级动叶温度分别升高至80℃和120℃情况下，末级和次末级叶片及叶轮的常规强度满足设计要求，振动特性满足设计要求。

四、低压缸零出力运行情况

选取典型工况下切缸前后参数对比可知除次末级温度在可控范围内明显升高外，其他参数变化不大，运行参数平稳：

.主机参数

五、总结

通过本次供热改造，机组供热能力由原始设计最大供热能力550t/h提升至645t/h，机组深度调峰能力由150MW下调至97MW，全厂全年发电煤耗降低2.46g/(kW.h)。通过改造大幅度提升机组供热能力，增强机组深度调峰能力。

参考文献

[1]张志刚,低压缸零出力技术在火电厂的应用.《信息周刊》,2020（000）012