200MW机组中调门参调实现中压可调供热

200MW机组中调门参调实现中压可调供热

张艳辉

大唐东北电力试验研究院有限公司130102

［摘　要］通过中调参调，实现200MW机组中压调供热。文中对改造的技术要点和难点进行了全面的分析。通过对中调门进行更换改造，中调门采用顺阀控制的方式：一方面可以保护高压缸末级叶片的安全运行；另一方面保证供汽压力达到用户的要求。对推力轴承进行相应的改造后可以承受正负两个方向的轴向推力，可满足不同工况下轴系的运行安全稳定。同时对抽汽工况下汽轮机的最小进汽量和运行负荷区域进行了界定。改造后机组从再热热段可以供出260t/h压力为1.7MPa的蒸汽，极大地拓展了200MW等级机组的供汽能力。

［关键词］ 中调门；热电联产；推力轴承；顺序阀；负荷区域

1. 前言

随着节能减排工作的逐渐深入开展，对企业的节能工作提出了更高的要求。特别是对火电企业，在“十一五”期间，常规的节能改造工作基本完成，面对“十二五”提出的节能目标，必须寻求新的节能途径。发展热电联产一直是国家重点推介的节能项目，这也是中、小型火电机组的生存之道[1]。热电联产就是为了实现能量的梯级利用[2]。目前最常规的工业抽汽供热方式主要是通过减温减压的方式供出，这种供热方式为满足机组各个负荷段的运行要求，抽汽参数选取的较高，牺牲了蒸汽的作功能力。

2. 机组概况

某热厂#1、#2机组为东方汽轮机有限责任公司制造的C210/155-12.75/0.325/535/535－1型抽汽凝汽式采暖供热汽轮机。额定供热工况下，采暖抽汽流量为350t/h，最大供热工况下，抽汽流量为400t/h。机组设计有二级旁路，一级旁路即高旁，由主蒸汽母管到冷再，减温水来自组水泵出口；二级旁路，设计30%流量，从再热蒸汽母管排入凝汽器，减温水来自凝泵出口中。

随着热力市场进一步开发，有参数为1.7MPa/350℃，260t/h的工业用汽需求。这就需要对机组进行了中压工业抽汽改造，经过前期的试验论证，要达到这么大的工业抽汽量，可采用机组的热段或冷段来进行供热，但抽汽量大到一定量或机组负荷较低的情况下，一方面供热压力不能满足要求；另一方抽汽量过大，高压缸末级叶片的安全和轴系的安全均不能得到保证。经过方案比较论证，拟采用中调门的参调功能来实现可调供热，一方面保证高缸末级叶片的安全，另一方面保证供汽压力达到用户要求。

3. 前期试验

3.1油动力驱动能力校验

中压缸启动过程中，中低压缸最高只带20%的负荷，此时中调门的前后差压较小[4]。通过计算，若中调门参与调节，当抽汽量达到260t/h，则中调门前、后的差压可以达到1.2MPa。中调门参调需要油动机来进行驱动，首先必须要考虑到油动机的驱动力可以满足调节的要求，这就需要试验来进行验证。

在机组170MW负荷下，解除AGC。由热控人员在工程师站将中调逐步往下关，运行人员监视运行参数，确保各项参数的稳定。当再热压力升高到报警值，这时运行人员可以稍打开二级旁路，让部分再热蒸汽走旁路进入凝汽器，同时运行人员适当减少燃烧。当四个中调调门关到17%，再热蒸汽压力2.75MPa，中调门后没有压力测点，但三抽的压力为0.62MPa，推算中调门后的压力为0.85MPa左右，中调门的前后差压达到1.9MPa。稳定30分钟，现场检查和运行参数均没有出现任何异常。

3.2轴系安全影响

抽汽工况下，随着抽汽量的进一步增大，轴向推力会发生改变，机组可要承受部分正向推力。通过计算，机组的再热热段工业抽汽量最大达到260t/h（减温减压器后），使得机组的轴向推力发生变化，轴向推力由原来的额定工况正向最大推力10000kgf变为最大抽汽工况时负向最大推力4740kgf。改造前通过试验模拟一下轴向推力变化，对轴系的影响。在190MW工况下，检查二级旁路减温水能正常投用。锅炉燃烧不变，一边开启二级旁路，一边关小中调门保证再热压力的稳定。当负荷降到172MW，推算通过二级旁路的蒸汽量120t/h左右，出现负向位移，同时个别推力瓦块有超温现象。这说明当供汽量达到120t/h以上时，就必须对原推力轴承进行改造，以让轴系在改造后的抽汽工况和非抽汽工况均均能安全运行。

4. 改造内容

通过理论计算和试验研究，要实现中调门参调。机组的油动机的驱动力可以满足要求。但中调门要频繁参与调节，所以必须对中调门的机械强度和调节性能做相应的改造[5]。另外就是要对机组的推力轴承进行相应的改造。

4.1 中调门改造

工业抽汽量最大达到260t/h，扣除减温水的影响，再热蒸汽的抽汽流量达220t/h。若中调门不参与调节，这时再热蒸汽压力在额定主汽量的情况下为1.25MPa，根本不能满足用户的用汽压力1.7MPa的压力需求。另外，再热蒸汽抽汽流量达到220t/h时，经核算高压缸末级和次末级叶片前后差压过大，超过了叶片设计的安全强度。中调门参调后，一方面可保证汽轮机高压部分特别是高压转子末两级叶片的安全，另一方面可保证中压供汽压力。为了满足用户的用汽压力需求，各种工况下，必须保证再热热段压力在1.76MPa以上。为了保护末级叶片的安全，监视一抽同高排间的差压值。经计算，保证一抽与高排压差≤1.57MPa，即可保证高压缸末级叶片的安全。这样就要求中压调节阀随机组运行工况参与调整，将原设计功能为常开常闭的中压调节阀改为随机调节阀，改造后的中压调节阀能够随机组工况进行调整。

中调门的关闭顺序采用IV-I-III-II顺阀控制。根据阀门调节特性和抽汽工况计算，IV阀基本处于全关状态，II阀也很少参与调节。只是I、III阀要频繁的参与调节，所以只需重点为I、III号调门进行改造。

更换Ⅰ、Ⅲ号中调门的阀杆、阀芯和阀座，增强其机械强度和调节性能。改造后I、III调门阀杆升程为79mm（包括预启阀），预启阀的最大升程为5mm，调节曲线较II、IV阀平缓，调节性能得到改善。

热控方面，增加中调门后的压力测点、一抽和高排的压力测点，增加和完善相关的控制逻辑。有两个调节信号作用在中调门的开度控制逻辑上，一个是再热蒸汽压力，另一个就是一抽和高排间的差压。同时，为了保证中调门在安全强度范围内工作，中调门前后的差压有个保护限制，中调门前后差压不大于1.2MPa，高于此值，中调门关禁止。

4.2 推力轴承改造

在非抽汽工况下，推力轴承承受正向推力；在抽汽工况下推力轴承承受负向推力。对推力轴承进行改造后，要求推力轴承可以承受正、负两个方向的轴向推力。

两具体改造部分：轴承整套更换（推力瓦、瓦套、瓦块（20块）、轴承套）。推力瓦改造后，可以满足各纯凝工况和抽汽工况下轴的安全运行，轴向正向最大位移为1.2mm，负向最大位移为1.67mm。

5. 进汽流量和负荷要求

   改造后，当带有一定量的工业抽汽流量时，对机组的最小进汽量有限制要求。为了保证机组回热系统的抽汽需求和低压缸的最小进汽量要求，机组在非抽汽工况下的最小进汽流量是235t/h。随着工业抽汽流量的增加，汽轮机的最小进汽量随之增加。抽汽量达到最大流量260t/h时，主蒸汽的最小进汽量为570t/h。汽轮机的最大进汽流量设计值为670t/h。

当最小进汽量有限制时，相对应的机组负荷也有限制。260t/h抽汽工况下，最小进汽量570t/h时，机组对应负荷为144MW，这时机组的负荷必须在144MW以上才可以满足260t/h时的抽汽工况要求。机组调度的最低负荷为100MW。纯凝工况670t/h的进汽流量下，机组的最大负荷为223MW。整个抽汽工况下的负荷运行区域图如图4所示。

热电联产机组的负荷调度采用以热定电的方式，让发电负荷来适应供热的需要[6]。电厂根据热负荷的要求，去申请相应的电负荷，不能因为电负荷限制了热负荷。

6. 结论

通过中调参调，实现200MW机组中压调供热。文中对改造的技术要点和难点进行了全面的分析。在理论计算和试验的基础上对相应部件进行了改造。中调门采用顺阀控制的方式，推力轴承进行相应的改造后可以承受正负两个方向的轴向推力。同时对抽汽工况下汽轮机的最小进汽量和运行负荷区域进行了界定。改造后机组从再热热段可以供出260t/h压力为1.7MPa的蒸汽，极大地拓展了200MW等级机组的供汽能力，是一项很好的供热改造技术。

［参考文献］

[1] 胡玉清，马先才.我国热电联产领域现状及发展方向 [J]. 黑龙江电力. 2008，30（01）：79-80.

[2] 戈志华，胡学伟，杨志平.能量梯级利用在热电联产中的应用[J]. 华北电力大学学报(自然科学版). 2010，37（01）：66-68.

[3] 孙鸿斌，鲍丽娟，张宝.旁路全程自动在中压缸启动汽轮机组中的实现[J]. 发电设备. 2006（05）：372-374.

作者简介：张艳辉（1987-），男，工程师，火电机组节能研究；联系地址：吉林省长春市北湖科技开发区雅安路1299号，邮编：130102电话17390009166，E-mail:zyh4618@126.com。