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1000MW超超临界机组供热研究与应用
发布时间:2015-10-08 18:03 作者: 来源:期刊论文投稿网

1000MW超超临界机组供热研究与应用

成勋 许振锋 

上海上海漕泾热电有限责任公司 上海 201507;上海漕泾电厂发电有限公司 上海 201507;

                                                      Research And Application Of Heating For 1000MW Ultra-supercritical Unit

Cheng Xun Xu Zhenfeng

(Shanghai Caojing Cogeneration CO.,LTD;Shanghai Shangdian-Caojing Power Generation CO.,LTD)

摘要  本文介绍了供热方上海漕泾电厂1000MW超超临界汽轮机各级抽汽的参数,介绍了热用户上海漕泾热电公司的蒸汽需求,针对供需双方的情况确定了由冷再及#1抽汽向外供热的两种供热方案,并论述了供热改造的安全性、可行性。通过对比不同负荷工况下的机组性能指标,分析了供热的经济性。经过供热改造后,从性能试验的结果验证了供热改造的经济性,在保证机组的安全性的前提下大大降低了煤耗。供热试运行发现的问题及改进,优化了供热系统,为其它同类型机组的供热改造提供了借鉴经验。

关键词      汽轮机;供热          

KEY WORD: turbine; heating

 

1.    概述  

上海漕泾电厂2×1000MW机组汽轮机采用上汽厂引进德国西门子公司技术设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽(一个高压缸、一个双流中压缸和两个双流低压缸)、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机,型号为N1000-26.25/600/600,铭牌功率为1000MW,保证热耗7306KJ/KW.h,THA工况下具体参数如下表:

表1:THA工况汽轮机性能参数

上海漕泾电厂位于上海金山化工区西侧,化工区内有拜耳、巴斯夫、英国石油化工等数十家大型跨国化工企业,有相当大的热需求,供热管网的蒸汽需求参数如下表:

表2:热网需求参数

 

2. 供热改造的安全性

为了确定汽轮机在向外供热工况下安全性,特委托上海汽轮机厂有限公司对供热最大蒸汽流量、供热工况下的叶片强度以及轴向推力进行了校核计算。通过计算,在维持汽轮机通流部分不变、长期安全运行的条件下,单台机组#1抽汽或冷再的最大抽汽量为100t/h,为满足汽轮机各抽汽口流速不得超过76m/s的设计要求,#1抽汽在500MW工况下最大抽汽量为87t/h。抽汽量-负荷曲线见图1、图2。

 

图1  #1抽汽流量-负荷曲线

 

图2  冷再抽汽流量-负荷曲线

通过对高压末四级动叶片强度、应力的校核计算,#1抽汽或冷再在向外供热100t/h工况下,叶片的蒸汽弯应力、合成应力、叶根蒸汽弯应力、叶根合成应力均合格,也能满足机组30年设计寿命的安全运行要求。

在机组#1抽汽或冷再向外供热100t/h非调整抽汽的工况下,对轴向推力的计算及校核结果见表3,各校核工况下推力均在许用值+376KN范围内。

表3  轴向推力校核计算结果

另外,为防止汽轮机超速、进水以保证机组的安全性,供汽系统上逆止门选择为气动快关型止回阀。由于汽轮机有流量限制,因此每台机的引出管上设置限流调节阀。

 

3. 供热改造的可行性

通过对比表1、表2、表4及图1、图2中的数据,冷再蒸汽从温度方面上来看要高于化工区所需的蒸汽温度,可以通过喷水减温,满足用户要求。从压力上来看,化工区所需蒸汽参数压力比一般的热网工程要高的多,而漕泾电厂2×1000MW机组是供电为主的机组,负荷的高低决定了是否能对外供汽。从上汽厂提供的热平衡图及运行统计数据来看,由冷再提供高压蒸汽需要机组负荷在900MW以上,机组的负荷在700MW以上才能提供中压蒸汽。

由于机组的负荷受电网调度的影响,由冷再供热的可靠性和稳定性略显不足,特别是高压蒸汽。为了弥补这个不足,考虑再采用高压缸#1抽汽向外供热。由于#1抽汽的压力温度比冷再要高的多,根据热平衡图及实际运行数据来看,机组的负荷在660MW以上就能提供高压蒸汽,机组的负荷在500MW以上就能提供中压蒸汽。

因此,供热方案确定为:采用冷再抽汽作为首要供汽汽源,#1抽汽向外供蒸作为负荷低时的备用汽源,从而改善冷再供热的可靠性和稳定性不足的问题。但冷再和#1抽汽不考虑同时对外供蒸汽。

表4  冷再及#1抽供汽参数

 

4.    供热改造的经济性  

以1000MW负荷工况下对供热经济性进行核算(如表5所示),冷段供汽100t/h可以降低煤耗2.66g/kW.h,#1抽供汽可降低煤耗2.36g/kW.h,而机组发电量保持不变。以上汽厂提供的各工况下抽汽热耗数据进行计算(如表6所示),800MW负荷工况下由#1抽供高压蒸汽可降低煤耗5.51g/kW.h,500MW负荷工况下由#1抽供中压压蒸汽可降低煤耗6.85g/kW.h。本供热工程项目预算为992万元,汽价按照100元/吨(不含税)、标准煤价按照1000元/吨进行计算,机组年利用小时数为5500h条件下,所得税后项目投资回收期为2.68年,投资方内部收益率为77.19%,经济效益非常显著。以上计算只是按照1000MW负荷时得出的计算结果,若只低负荷时经济效益更加显著,当然也要充分考虑热用户的需求量和供热机组的负荷情况。

表5  1000MW供热经济性

表6  各工况下供汽热耗对比表

 

5. 供热改造的应用

上文通过供热改造安全性、可行性、经济性上进行了充分的论证,于2013年6月开始进行供热改造工程的实施,于同年12月底完成。

5.1 供汽系统

供热系统考虑每台机组从冷段预留的接口和#1抽汽逆止阀后各引出一根OD273的管道,每根管道上装逆止阀、电动关断阀,设计参数按#1抽汽的设计参数,采用A335P11材料。由于汽轮机有流量限制,因此每台机的引出管上设置限流调节阀。高压和中压供汽减温减压站布置在主厂房17m平台的煤仓间,两机减温减压后的蒸汽合并成高压和中压两根母管后接出厂区,母管为OD325管道,材质为20G钢,供热系统配置如图3。

图3  供热系统图

5.2 减温水系统

由于需求蒸汽的压力高,只能使用给水泵抽头给水进行减温,设计参数为22MPa(g)/199 ℃,     运行参数12~15 MPa(a)/185 ℃;管道0D60X6、材料20G。

5.3 补水系统

由于上海漕泾电厂原设计除盐水制水能力未考虑向外供汽工况,制水能力有限,故补水需从外采购,设计OD219的管道接入化学的除盐水箱。

 

6. 供热中问题及解决方案   

6.1 夏季高负荷供热工况下主汽压力的抬高

根据运行数据统计,当机组负荷1000MW时(不供热),夏季工况与冬季工况比较,主汽门前主汽压力分别为27.6MPa(汽轮厂规定的可长期运行最高值)与26.5MPa,压力高了1.1MPa。若增加供热流量100t/h,主蒸汽压力要再升高0.6MPa,则夏季满负荷供热时主汽门前主汽压力将达到28.2MPa,高旁调门前压力将达到28.8MPa,已大于高旁溢流压力设定值28.6MPa,故此工况下无法投运供热。即使不在高温季节,满负荷时高旁前压力与高旁溢流压力设定值已非常接近,在AGC快速加负荷时极易造成高旁动作。拟采取补汽阀参与负荷调节的措施,可以在做到既能满负荷发电又避免主蒸汽压力过高,但须综合考虑补汽阀开启造成的汽机热耗上升与供热降低机组煤耗的平衡关系,以及补汽阀开启对#1轴承振动的影响。故可考虑设定补汽阀开启的负荷率,比如950MW以上才允许开,并限制补汽阀开度不超过15%。

6.2 供热温度控制困难

根据运行数据统计,当供热量小于30t/h时调门后的温度波动幅度大约为10~30℃。供热调门后温度(接点离减温器约为6~7米)低于母管温度(离供热调门后约100米)最大达20℃。当单机供热量大于55t/h(不含减温水)时,供热调门后温度与供热母管温度差明显减小,供热量越大供热调门后温度与母管温度差值越小。原因有二:一是用户对温度要求与原设计有所改变,目前减温水阀有所不匹配,调节性能差;二是温度测点位置不合理,距离喷嘴太近,喷水雾化尚未充分即进行了测温。采取的措施:将温度测点向后移位4m,减温水管道上加装节流孔板降低减温调节阀前后压差。

6.3 供热调压阀节流损失大

在机组低负荷时,供热调压力门开足情况下,供热调压力门前后仍有0.7MPa的压差,限制了供热的流量。采取的措施:对阀门笼罩、喉口进行改造,在最低负荷可以增加供热量,增加了供热的灵活性。

6.4 负荷波动大,高压供汽实现困难

根据运行数据统计,机组负荷700MW时可以供约30t/h 高压蒸汽, 800MW可以稳定供高压蒸汽约70t/h,900MW负荷以上才能供100t/h。而机组为调峰技术,早晚负荷波动很大,晚上最低400MW左右,无法供热,待第二天高负荷供热时,又必须重新暖管,经济性较差。目前暂时停供高压蒸汽,在机组负荷稳定高负荷时才供高压蒸汽。

7. 结论

经过供热改造后的性能试验,结果与可行性研究结论基本一致,中压供热100t/h情况下可降低煤耗2.66g/kW.h,在最低400MW负荷工况下也可供50t/h以上的蒸汽。总之,利用上海漕泾电厂2×1000MW超超临界燃煤机组对外提供蒸汽是可行的;如果机组的负荷较高且稳定,本供热项目不但能提高能源的利用率,而且能提高电厂的经济性,在节约能源、改善环境、提高电厂上网竞争力等方面均有较好的综合效益,也为其它同类型机组的供热改造提供了借鉴经验。

 

参  考  文  献      

 [1] 董维德. 1000MW超超临界凝汽式燃煤机组对外供热的探讨[J].上海节能,2010,12.

 [2] 邱云峰 600MW超临界供热汽轮机及供热系统设计特点[J].江苏电机工程,2012,31(3).

[2] 刘金芳,许晔,魏小龙 东方超超临界1000MW供热汽轮机组方案探讨[J].东方电气评论,2012,26(101).

作者简介:成勋(1977-),男,江苏扬州,学士,运行管理,从事供热机组设备运行管理工作。

许振锋(1976-),男,山东泰安,硕士,主任工程师,从事汽机专业设备的检修管理工作。

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