300MW机组低压缸零出力改造的调试与运行分析

300MW机组低压缸零出力改造的调试与运行分析

赵勇

华电章丘发电有限公司 山东济南 250216

摘要：低压缸零出力技术作为一种新型的汽轮机灵活性和深度调峰改造技术，其具有灵活、便捷和可变负荷范围大等优点，可以满足国家重大战略要求和发电企业发展需要。因此近年来，国内外越来越多的发电企业开始进行低压缸零出力技术改造。某电厂对一台300MW机组进行了低压缸零出力技术改造，并于2020年12月进行了低压缸零出力试运行。试运结果显示，该电厂对4号机组进行的改造基本可以满足预期要求。

关键词：低压缸零出力；汽轮机；供热；300MW

Abstract：

As a new type of steam turbine flexibility and deep peak shaving transformation technology, low-pressure cylinder cut-off has the advantages such as flexibility, convenience, and large variable load range, which can meet the national strategic requirements and the development needs of power generation enterprises. Therefore, in recent years, more and more power generation enterprises at home and abroad have begun to carry out technical transformation of low-pressure cylinders cut-off. A power plant carried out the technical transformation of the low-pressure cylinder cut-off for the 300MW unit, and carried out the low-pressure cylinder cut-off trial operation in Dec, 2020. The trial operation results show that the transformation of the unit can basically meet the expected requirements.

Key words: low-pressure cylinder cut-off; steam turbine; heating supply; 300MW

火电灵活运行及深度调峰主要通过储能、锅炉改造、汽机改造来实现。对于供热机组，进行“低压缸零出力”改造的方式是更经济和实用的选择^[1]。

低压缸零出力，是指中压缸排汽全部通过抽汽管道引出，仅保留少量的冷却蒸汽进入低压缸从而实现低压缸不做功的一种运行方式。在小容积流量下，存在鼓风发热^[2,3]和颤振^[4]的情况，有热变形^[5]与叶片断裂的风险，因此国内电厂进行改造前对此问题进行了预先针对性设计，一方面是其容量较小，另一方面在安全设计方面留有裕量，例如低压叶片比较短等。

相比于传统供热技术，如高背压供热、“光轴”供热改造等技术，低压缸零出力技术不仅改造费用小，运行维护费用也大幅降低。其最大的优势在于不改造汽轮机本体的情况下，实现汽轮机从抽汽、纯凝、背压工况的灵活切换^[6]，实现汽轮机全工况运行。实施低压缸零出力改造，可以满足快速增长的供热需求和消纳非水可再生能源的需要，有助于发电企业快速抢占供热市场，提升全厂调峰能力和火电机组灵活运行能力。

1 300MW机组低压缸零出力改造调试

1.1原抽凝运行方式

该300MW机组汽轮机为亚临界300MW中间再热抽汽凝汽式汽轮机，机组型号C312/305-16.67/0.5/538/538，原设计采暖抽汽量约330t/h。原抽汽系统设计为从汽轮机5号抽汽口引出两根DN700的抽汽母管后合并为一根DN1200的抽汽母管，后又在中低压连通管进行打孔抽汽改造。改造后，合计抽汽量达到500t/h，打孔抽汽母管为一根DN900的管道，中低压缸联通管处安装有控制采暖抽汽参数的供热蝶阀。

1.2低压缸切缸改造方案

根据300MW机组低压缸零出力改造技术要求，该电厂对300MW机组汽轮机进行了如下改造：

（1）更换中低压缸联通管和连通管供热抽汽调整蝶阀。设计更换新蝶阀一个，可以实现关到零位、全密封且零泄漏的目的。

（2）增设低压缸冷却蒸汽管道系统。在中低压缸连通管抽汽蝶阀阀前开孔引出旁路管，旁路管上串联设置一个高精度流量计和流量控制调节阀，之后再引至连通管后方低压缸进汽口上方位置。

（3）排汽缸喷水减温系统改造。采用具有高精度调节功能的阀组；加装孔板流量计，检测喷水量。

（4）汽轮机低压缸末两级加装温度测点。在末级、次末级动叶后，加装热电偶温度监测设备。

（5）汽轮机打孔抽汽母管扩容；

（6）辅机其他相关改造

（7）相关控制逻辑的更改。机组进行凝抽背供热改造之后，新增了旁路冷却蒸汽系统，同时增加了若干热工测点，将这些设备的单体操作以及连锁控制写入主机DEH或 DCS 控制系统，与机组原控制融合统一协调控制，实现机组安全、自动、智能的协调统一控制模式。

1.3低压缸切缸调试运行

该机组低压缸切缸系统于2020年12月01日首次投入运行。首次投切时，锅炉蒸发量1015t/h，机组电负荷213.8MW，五抽供热抽汽量约360t/h，中排抽汽量290t/h，机组抽汽量约650t/h。于12月02日18:18开始168试运。鉴于切缸系统在12月2日到12月4日期间运行较为稳定，于12月5日白班时段申请负荷进行切缸运行状态带负荷试验。

2低压缸零出力调试运行分析

12月1日，首次切缸投入后，汽轮机差胀显示为5.5mm，运行一段时间后趋于稳定。12月2日差胀值最大升至6.41mm，随后差胀回落，12月3日差胀基本稳定5.5mm左右（正向差胀报警值15.7mm，跳闸值16.5mm）。切缸状态下，低压缸后缸喷水量约4t/h，4个末级温度最大显示值不超过30℃，4个次末级温度最大显示值不超过65℃，均处于安全范围内，无明显异常。CV阀显示开度为1.89%，随后，开度显示逐渐下降至0.9%，保持稳定，开度稳定后CV阀无明显渗漏。切缸运行过程中，就地检查CV阀工作情况正常，油站和快关执行器无渗油和漏油现象。

表1 某300MW机组切缸带负荷试验参数表

该机组切缸后，低压缸不再做功，锅炉同负荷下，机组电负荷下降，机组发电负荷受限，抽汽供热能力提升。切缸运行期间，锅炉蒸发量1056t/h最大工况下(工业抽汽29t/h)，电负荷最大225MW左右，最低稳燃工况下锅炉蒸发量516t/h，最低电负荷100MW左右，电负荷可调范围在100~225MW，较切缸前变小。投入切缸后，机组抽汽能力扩大，最大抽汽能力由500t/h提升至675t/h。

调试期间，控制低压缸喷水流量4t/h左右。通过减压阀控制阀后压力在191~209kPa（设计压力200kPa），低压缸进汽压力为45.3kPa~46.6kPa（设计压力为40kPa）；通过旁路蒸汽减温器减温水调门开度控制汽水分离器后蒸汽温度在160~175℃（设计温度150℃），减温水量约0.10~0.21t/h；通过旁路蒸汽流量调节门控制蒸汽流量6.7~7.5t/h（设计流量6~8t/h）；通过低压缸喷水调节末级、次末级叶片温度，末级叶片温度42℃以下，次末级叶片温度60℃以内（设计温度140℃以内）。

试运行期间，主要存在以下问题：

1.低压缸旁路减温减压器减温水流量显示不准，DCS显示最大流量约0.18t/h时，相对实际流量偏小；

2.切缸系统上几个温度压力测点显示异常；

3.切缸旁路汽水分离器进出口法兰漏真空；

4.低压缸冷却旁路减温水调门调节不线性，汽水分离器后冷却蒸汽温度在150-180℃范围内波动较大。

经过设备和系统完善，上述问题均已得到解决。

3结论

该电厂对一台亚临界300MW中间再热抽汽凝汽式汽轮机进行了168h的低压缸切缸试运，根据试运情况，得到了一下主要结论：

（1）经过了一个周期的试运行，采用的低压缸切缸技术基本达到了预期目的。最大抽汽能力由500t/h提升至675t/h，电负荷可调范围在100~225MW。

（2）频繁的切缸运行会对机组寿命产生重要影响，需要对机组进行寿命影响评估。

参考文献

1. Xiaodong Zhao, Ang Li, Youjun Zhang, Liqun Ma, Zhihua Ge, Xiaoze Du. Performance improvement of low-pressure cylinder in high back pressure steam turbine for direct heating[J]. Applied Energy,2021,182.

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