常立宏

【摘 要】近來來，隨著供熱面積逐漸加大，城市供熱壓力逐漸增大，由于原供熱區(qū)域已有熱電廠運(yùn)行，新建電廠成本過大，且現(xiàn)在我國(guó)的裝機(jī)容量已明顯過剩，東北等高寒地區(qū)的熱電廠要想擺脫“以電定熱”的窘境，必須從機(jī)組自身技術(shù)革新抓起，華電能源富拉爾基熱電廠將汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)行了光軸技術(shù)改造，改造后的新機(jī)組競(jìng)爭(zhēng)力明顯提升，本文將就華電能源富拉爾基發(fā)電廠光軸改造技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，蓄能技術(shù)作為光軸技術(shù)深度調(diào)峰的關(guān)鍵，是本文的主要研究對(duì)象。

【關(guān)鍵詞】蓄能技術(shù) 光軸技術(shù) 熱網(wǎng)供熱

引言

電廠的光軸改造深度調(diào)峰離不開蓄能技術(shù)，機(jī)組進(jìn)行光軸供熱改造后，白天電負(fù)荷高峰期抽汽，利用蓄能裝置蓄熱；在夜間電負(fù)荷低谷期抽汽量小時(shí)，蓄能裝置放熱給熱用戶，保證供熱質(zhì)量，滿足熱用戶供熱需求，同時(shí)機(jī)組最低發(fā)電負(fù)荷保持在88MW，實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰，緩解東北電網(wǎng)熱電矛盾。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。總裝機(jī)容量 1200MW，分為二期建設(shè)，一期 3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，二期擴(kuò)建3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，共 6 臺(tái) 200MW 凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司八十年代產(chǎn)品，汽輪機(jī)為沖動(dòng)式三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)。分別于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投產(chǎn)發(fā)電。其中二期 3 臺(tái)汽輪機(jī)分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術(shù)進(jìn)行了通流部分?jǐn)U容改造，額定功率達(dá)到 210MW。

2 低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造的原理

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。原計(jì)劃在聯(lián)通管打孔抽汽供熱改造，但是這種模式抽汽量小，穩(wěn)定性差，機(jī)組要想多供汽，最好進(jìn)行低壓光軸供熱改造，將#2、#3號(hào)低壓缸解列，用新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子代替原低壓轉(zhuǎn)子，因?yàn)榈蛪焊自O(shè)計(jì)為三缸， #1低壓缸與中壓缸是一體結(jié)構(gòu)，#2、#3號(hào)低壓缸對(duì)稱分布，在低壓缸光軸改造中低壓缸三缸的對(duì)稱性改造是難點(diǎn)。

改造后，低壓缸采用雙轉(zhuǎn)子互換形式，非供熱期仍采用原機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子，低壓缸以純凝形式運(yùn)行；供熱期低壓轉(zhuǎn)子采用低壓光軸，只起連接作用，低壓部分并不作功發(fā)電，中低壓聯(lián)通管排汽用于供熱，充分利用汽輪機(jī)排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，以滿足冬季采暖供熱，擴(kuò)大熱網(wǎng)供熱能力，降低機(jī)組運(yùn)行熱耗，能有效的滿足富發(fā)電廠規(guī)劃的250萬平方米的供熱負(fù)荷，并為富發(fā)電廠新機(jī)供熱提供備用熱源，保障供熱安全。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰，解決冬季電網(wǎng)熱電矛盾，實(shí)現(xiàn)電廠節(jié)能減排、節(jié)約用水、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

3 蓄能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 蓄熱罐的選型

蓄熱罐作為整個(gè)蓄能系統(tǒng)的核心，其重要性不言而喻。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2013年末，富拉爾基總采暖面積為956.4萬m2。其中富熱電廠實(shí)際接帶583.4萬m2，為一級(jí)網(wǎng)方式直接供熱，包含三大供熱分網(wǎng)，分別為紅岸網(wǎng)、北鋼網(wǎng)和一重網(wǎng)。

其余157萬m2由部分民營(yíng)鍋爐房、自營(yíng)鍋爐房供熱，現(xiàn)改為集中供熱，統(tǒng)一由富拉爾基發(fā)電廠供熱，并且將要新增93萬m2供熱面積。

截止到2013年底，富拉爾基區(qū)常住人口約為24萬人，較2010年的27萬人減少了3萬人。目前來看，富拉爾基區(qū)常住人口呈逐年遞減的趨勢(shì)?；诟焕瓲柣鶇^(qū)常住人口數(shù)量下降的現(xiàn)狀，使得富區(qū)供熱市場(chǎng)需求增長(zhǎng)低于預(yù)期。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研并會(huì)同富拉爾基區(qū)城建局根據(jù)富區(qū)供熱現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)測(cè)算，至2015年，富拉爾基區(qū)接入集中供熱面積為730萬m2，其中富熱電廠已接入集中供熱面積583.4萬m2，富發(fā)電廠集中供熱面積30萬m2，新增并網(wǎng)面積130萬m2。

綜上，至2020年，富拉爾基區(qū)可接入集中供熱面積為850萬m2?？紤]富熱電廠350MW供熱機(jī)組投產(chǎn)后供熱能力約為600萬m2，故富發(fā)電廠可承擔(dān)的供熱面積為250萬m2。各年的供熱面積大致如表1所示。

本蓄熱罐選型將以表1所示的至2020年富發(fā)電廠的供熱面積250萬m2作為蓄熱罐的設(shè)計(jì)邊界條件。

3.2 對(duì)供熱負(fù)荷的研究

供熱負(fù)荷采用下列公式計(jì)算小時(shí)采暖期最大、最小、平均熱負(fù)荷數(shù)值。

設(shè)計(jì)熱負(fù)荷計(jì)算公式：Q=qnF；

其中：

qn—采暖綜合熱指標(biāo)，根據(jù)電廠提供資料，在進(jìn)行蓄熱罐選型設(shè)計(jì)時(shí)，取56.5W/m2。

F—采暖建筑物建筑面積，本項(xiàng)目中蓄熱罐考慮至2020年富發(fā)電廠所帶的集中供熱面積約250萬m2。

本文在進(jìn)行蓄熱罐選型設(shè)計(jì)的時(shí)候，按照富發(fā)電廠2020年最大的供熱規(guī)劃面積250萬m2來計(jì)算，供熱負(fù)荷為142.71MW。

3.3 蓄熱和放熱時(shí)間的選擇

一般情況下，白天時(shí)期，供電負(fù)荷需求量大，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率大；晚上時(shí)期，供電負(fù)荷需求量小，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率小。當(dāng)機(jī)組改為供熱機(jī)組時(shí)，電負(fù)荷的波動(dòng)給供熱造成影響，而白天電負(fù)荷大，晚上電負(fù)荷小的特點(diǎn)也為蓄熱系統(tǒng)應(yīng)用提供一個(gè)可能。

蓄熱罐在供熱過程中起到削峰填谷的作用。白天機(jī)組電負(fù)荷較高時(shí)，同時(shí)供熱能力也較大，通過一部分抽汽對(duì)蓄熱罐蓄熱；晚上機(jī)組電負(fù)荷較低，同時(shí)供熱能力降低，這時(shí)供熱能力不足的部分用蓄熱罐進(jìn)行放熱。而在蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，蓄熱和放熱的時(shí)間選擇時(shí)蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要因素，因此必須結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況來分析。

表2為富發(fā)電廠所提供的機(jī)組在未進(jìn)行供熱改造之前，機(jī)組的電負(fù)荷情況在一天當(dāng)中的變化情況統(tǒng)計(jì)表。

從表2我們可以看出，富發(fā)電廠在往年運(yùn)行過程中，白天負(fù)荷較高，負(fù)荷率維持在75%以上，晚上基本上負(fù)荷率維持60%左右。

本蓄熱罐項(xiàng)目中的蓄熱罐運(yùn)行以完成一次蓄熱和放熱過程為一個(gè)周期。根據(jù)上面分析，本項(xiàng)目在選型蓄熱罐的時(shí)，將白天蓄熱時(shí)間定為17小時(shí)，晚上放熱時(shí)間定為7小時(shí)。

3.4 蓄能技術(shù)的選擇

目前與蓄能技術(shù)配套使用的供熱熱源改造技術(shù)主要是兩個(gè)方向：即汽輪機(jī)低壓光軸改造技術(shù)和汽輪機(jī)打孔抽汽供熱改造技術(shù)，下面我們將結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)分析論證這兩種汽源改造技術(shù)和蓄能技術(shù)的關(guān)系：

（1）2臺(tái)機(jī)組全部采用打孔抽汽供熱改造方案運(yùn)行時(shí)，其在最大新汽610t/h，最大抽汽量120t/h情形下，能滿足白天250萬m2供熱面積的負(fù)荷。白天所蓄熱量不能完全滿足晚上250萬m2供熱面積7小時(shí)的供熱需求，機(jī)組熱負(fù)荷缺口在89.72MW，折合單臺(tái)機(jī)組應(yīng)維持在65t/h的抽汽工況下運(yùn)行，此時(shí)的輸出電負(fù)荷為112MW。

（2）2臺(tái)機(jī)組全部采用光軸供熱改造運(yùn)行時(shí)，白天能滿足富發(fā)電廠250萬m2的供熱負(fù)荷142.17MW的需求。由于光軸供熱改造方案抽汽量大，以及機(jī)組不能停止抽汽，導(dǎo)致2臺(tái)機(jī)組有富余的熱量蓄存，沒有足夠的供熱需求來滿足。

（3）其中1臺(tái)機(jī)組采用光軸供熱改造運(yùn)行時(shí)，白天抽汽為223t/h，白天可以滿足富發(fā)電廠250萬m2的供熱需求，同時(shí)蓄熱819.49GJ。晚上機(jī)組保持汽機(jī)最小進(jìn)汽量下抽汽為155t/h，電負(fù)荷為88164kW，白天所需熱量基本可以滿足晚上機(jī)組供熱缺口，因此在具有蓄熱系統(tǒng)的前提下，晚上能滿足富發(fā)250萬m2的供熱需求。另外1臺(tái)機(jī)組可以考慮采用打孔抽汽供熱改造運(yùn)行方式，進(jìn)行電負(fù)荷調(diào)峰。

結(jié)合如上說明，1臺(tái)機(jī)組進(jìn)行光軸供熱改造，1臺(tái)采用打孔抽汽供熱改造運(yùn)行方式能有效的調(diào)節(jié)機(jī)組在白天和晚上不同時(shí)期電力負(fù)荷的不同，起到電力調(diào)峰的作用。因此我們可以在1臺(tái)機(jī)組采用光軸供熱改造運(yùn)行，另外1臺(tái)機(jī)組采用打孔抽汽供熱改造運(yùn)行的方式上，進(jìn)行蓄熱罐選型設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

隨著城市化的推進(jìn)，集中供熱需求日益增長(zhǎng)，依據(jù)供熱需求和當(dāng)前的政策，華電能源富拉爾基發(fā)電廠計(jì)劃對(duì)現(xiàn)有3臺(tái)200MW純凝發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供熱改造，其中兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行打孔抽汽改造，1臺(tái)進(jìn)行光軸供熱改造，同時(shí)在此基礎(chǔ)上配套調(diào)峰蓄熱系統(tǒng)，為富拉爾基地區(qū)進(jìn)行采暖供熱。改造后可有效提高區(qū)域供熱能力，滿足了250萬m2的供熱需求，緩解富拉爾基熱電廠的供熱壓力。蓄能技術(shù)配合供熱源端汽源改造技術(shù)取得了很好的供熱效果和深度調(diào)峰收益，為熱電廠的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了一個(gè)很好的思路。