郭容赫 王麗萍 潘云亮 楊旭昊

（1華電電力科學(xué)研究院有限公司東北分公司 遼寧沈陽 110180 2華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠 黑龍江牡丹江 157032）

引言

東北區(qū)域某電廠目前在役三臺(tái)200MW機(jī)組，兩臺(tái)300MW機(jī)組，除了擔(dān)負(fù)著發(fā)電任務(wù)外，還有三臺(tái)機(jī)組擔(dān)負(fù)著供熱任務(wù)。三臺(tái)供熱機(jī)組分別是，兩臺(tái)300MW機(jī)組抽凝供熱（原設(shè)計(jì)），由于供熱量的增加，又將一臺(tái)200MW純凝機(jī)組改造為打孔抽汽供熱。根據(jù)近期供熱規(guī)劃，該地區(qū)將10噸以下的燃煤供熱鍋爐全部取締，一部分供熱任務(wù)將由該電廠承擔(dān)，電廠的總供熱面積將達(dá)到2650萬m2，但是目前全廠最大供熱能力為1483萬m2，有1167萬m2供熱缺口，因此迫切需要增加全廠供熱能力。由于供熱量的增加，使原本該地區(qū)低谷時(shí)段熱電矛盾十分突出問題，更加突出，因此，必須選擇一種供熱方式，既能在電網(wǎng)低谷時(shí)段保證正常供熱所需的抽汽量，不影響供熱質(zhì)量和供熱安全，又能在該時(shí)段內(nèi)將電負(fù)荷減下來，實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰，緩解低谷時(shí)段熱電矛盾。

1 供熱技術(shù)比較

1.1 打孔抽汽供熱技術(shù)

是一種在保證低壓缸最小冷卻流量的前提下，利用中壓缸排汽對(duì)外供熱的方法。技術(shù)特點(diǎn)是改造工作量小，負(fù)荷調(diào)整靈活，但供熱量受限。

1.2 高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)

是一種利用機(jī)組排汽的汽化潛熱加熱熱網(wǎng)循環(huán)水的供熱方法。技術(shù)特點(diǎn)是可以達(dá)到冷源損失為零，但發(fā)電負(fù)荷及出口溫度都受限，通常熱網(wǎng)水達(dá)不到要求，需要二次加熱。

1.3 低壓轉(zhuǎn)子光軸供熱技術(shù)

是一種為了解決排汽溫度高和葉片顫振的問題，將低壓缸轉(zhuǎn)子改成無葉片光軸轉(zhuǎn)子，中壓缸排汽全部對(duì)外供熱的方法。在供暖期采用光軸轉(zhuǎn)子，供暖期結(jié)束后可換回純凝低壓轉(zhuǎn)子的供熱方式。技術(shù)特點(diǎn)是大大增加機(jī)組供熱量，深度降低機(jī)組供電煤耗，但發(fā)電負(fù)荷受限，需要停機(jī)更換轉(zhuǎn)子。

1.4 溴化鋰吸收式熱泵供熱技術(shù)

是一種采用蒸汽作為驅(qū)動(dòng)熱源，溴化鋰溶液為媒介，提取循環(huán)水熱量并加熱熱網(wǎng)水進(jìn)行供熱的方法。技術(shù)特點(diǎn)是機(jī)組的背壓不受影響，供熱溫差大，對(duì)供熱面積適應(yīng)性廣，即余熱利用可以是一部份，也可以是全部，但設(shè)備投資大以及需要較大空間布置。

1.5 低壓缸近零出力供熱技術(shù)

是一種將少量的中壓缸排汽蒸汽引入到低壓缸作為冷卻蒸汽，余下大部分蒸汽對(duì)外進(jìn)行供熱，低壓轉(zhuǎn)子做功近似為零。技術(shù)特點(diǎn)是機(jī)組供熱量大，負(fù)荷調(diào)整靈活，但需要解決末級(jí)葉片水蝕問題，葉片的安全性也需要評(píng)估及工業(yè)驗(yàn)證。

2 供熱改造方案

通過對(duì)機(jī)組供熱技術(shù)比較分析，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)和設(shè)備布置、發(fā)電量和供熱量等因素，采取低壓轉(zhuǎn)子光軸供熱改造方案。純凝機(jī)組進(jìn)行低壓轉(zhuǎn)子光軸改造，低壓缸解列（中壓連通管排汽全部去熱網(wǎng)加熱器）方式，可以實(shí)現(xiàn)中壓缸排汽熱量的全部利用，減少蒸汽冷源損失。對(duì)原機(jī)組本體部分以及少量的輔助系統(tǒng)改造，可保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行，使機(jī)組發(fā)揮了最大供熱能力，投資回收周期短。并且在非采暖期可以更換純凝低壓轉(zhuǎn)子，仍然可以采用純凝方式運(yùn)行，保證機(jī)組原有的發(fā)電能力。

3 光軸技術(shù)及改造措施

3.1 本體部分

（1）重新制造一根新低壓轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為無葉片光軸轉(zhuǎn)子，只起到將中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接傳遞扭矩的作用。

（2）新低壓轉(zhuǎn)子采用整鍛轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度、軸頸、汽封以及軸承跨距與原轉(zhuǎn)子相同；其重量、撓度、臨界轉(zhuǎn)速與原轉(zhuǎn)子保持基本一致。新舊轉(zhuǎn)子具有互換性，也不需更換低壓轉(zhuǎn)子支撐軸承。

（3）新低壓轉(zhuǎn)子在葉輪處為等直徑結(jié)構(gòu)，減小了葉輪鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量。為方便現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡槽及配重塊安裝位置維持原有結(jié)構(gòu)位置。

（4）為保證原低壓轉(zhuǎn)子與新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子的互換性，中-低聯(lián)軸器和低-發(fā)聯(lián)軸器均采用液壓螺栓結(jié)構(gòu)。

（5）機(jī)組在供熱運(yùn)行時(shí)，由于將低壓通流部分的持環(huán)和隔板取出，為防止低壓缸變形和隔板槽銹蝕，在低壓缸持環(huán)和隔板槽處增加隔板槽保護(hù)套。新的低壓缸光軸轉(zhuǎn)子示意圖如1-1所示。

圖1 新低壓缸光軸轉(zhuǎn)子

3.2 系統(tǒng)部分

（1）將原中低壓聯(lián)通管去掉，在中壓上部排汽口增加一個(gè)供熱抽汽短管，在新增加的抽汽管道上增加了抽汽快關(guān)閥、抽汽逆止閥、壓力調(diào)節(jié)閥及安全閥等，使原進(jìn)入低壓缸的中壓缸排汽全部進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，增大了供熱量。

（2）為防止低壓缸光軸產(chǎn)生的鼓風(fēng)現(xiàn)象，使低壓缸發(fā)熱，給機(jī)組運(yùn)行帶來安全影響，增加了低壓缸冷卻系統(tǒng)，設(shè)置一個(gè)減溫減壓器、一個(gè)電動(dòng)截止閥。在供熱期間，從供熱抽汽管道中抽出2-4 t/h左右的蒸汽，經(jīng)減溫減壓后對(duì)低壓缸進(jìn)行冷卻，保持低壓缸缸體溫度在80℃以下。

（3）為使凝汽器能繼續(xù)投入使用，將低壓缸冷卻蒸汽凝結(jié)成水，循環(huán)水改為小流量運(yùn)行。

（4）為滿足機(jī)組低壓缸光軸供熱運(yùn)行方式，新增加一套汽封冷卻器及汽封加熱器，原汽封冷卻器及汽封加熱器退出運(yùn)行。

（5）供熱期間低壓缸解列運(yùn)行，無回?zé)岢槠?號(hào)低壓加熱器退出運(yùn)行，并對(duì)抽汽管道進(jìn)行了隔離。

（6）熱網(wǎng)加熱器疏水回到2號(hào)低壓加熱器凝結(jié)水管道入口處。

（7）低壓缸的汽封管路不變，保持低壓缸前、后汽封送汽及汽封冷卻器的抽汽；真空系統(tǒng)保持不變，將凝汽器真空維持在25kPa以下。

3.3 控制部分

對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整改造，使機(jī)組能完成排汽壓力調(diào)節(jié)功能，機(jī)組運(yùn)行方式按照以熱定電的方式運(yùn)行，根據(jù)熱負(fù)荷的變化引起排汽壓力的變化控制主汽閥調(diào)整機(jī)組進(jìn)汽量。將DEH系統(tǒng)根據(jù)背壓機(jī)運(yùn)行方式進(jìn)行重新組態(tài)。

4 改造后效果

4.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)按照國(guó)標(biāo)（GB8117.2—2008）進(jìn)行，基準(zhǔn)流量采用除氧器入口處的凝結(jié)水流量，利用標(biāo)準(zhǔn)孔板，配置0.05級(jí)差壓變送器測(cè)量；主要壓力采用0.1級(jí)壓力變送器測(cè)量；主要溫度采用Ⅰ級(jí)鎧裝E型熱電偶測(cè)量；發(fā)電機(jī)功率采用0.07級(jí)數(shù)字式功率計(jì)測(cè)量，所有輸出信號(hào)引入0.02級(jí)分散式數(shù)據(jù)采集裝置，由計(jì)算機(jī)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。試驗(yàn)所用的儀器、儀表均經(jīng)法定計(jì)量部門校驗(yàn)合格。

試驗(yàn)工況負(fù)荷點(diǎn)為4個(gè)，分別為150MW、130MW、110MW、90MW，每次試驗(yàn)過程中保持汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥開度不變，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。

4.2 主要性能指標(biāo)計(jì)算方法

（1）熱耗率

式中：HRt— 試驗(yàn)熱耗率，KJ·(kW·h)-1；

Q1— 進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽熱量，KJ·h-1；

Q2— 進(jìn)入汽輪機(jī)的再熱蒸汽熱量，KJ·h-1；

Q3—進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)的熱網(wǎng)回水熱量，KJ·h-1；

Q4—離開汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的高加給水熱量，KJ·h-1；

Q5—離開汽輪機(jī)高壓缸的排汽熱量，KJ·h-1；

Q6— 離開汽輪機(jī)的供熱抽汽熱量，KJ·h-1；

Q7— 離開汽輪機(jī)的減溫水熱量，KJ·h-1；

WCG—發(fā)電機(jī)功率，kW。

式中：HRC— 修正后熱耗率，KJ·(kW·h)-1；

C1HR—參數(shù)綜合修正系數(shù)。

（2）發(fā)電煤耗率

式中：bfdt—試驗(yàn)發(fā)電煤耗率，g·(kW·h)-1；

ηglt—試驗(yàn)鍋爐效率，%；

ηgd— 管道效率，%。

式中：bfdc—參數(shù)修正后發(fā)電煤耗率，g·(kW·h)-1；

ηglc—修正后鍋爐效率，%。

（3）供熱熱量

式中：Qgr— 供熱熱量，GJ·h-1。

4.3 改造后主要運(yùn)行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，計(jì)算出試驗(yàn)條件下的機(jī)組性能，并進(jìn)行了參數(shù)修正，其主要運(yùn)行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總于表1。

表1 改造后主要運(yùn)行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，擬合出機(jī)組供熱熱量與發(fā)電機(jī)功率的關(guān)系曲線（圖1）及關(guān)系式，擬合出機(jī)組發(fā)電煤耗率與發(fā)電機(jī)功率的關(guān)系曲線（圖2）及關(guān)系式。從圖1可以看出供熱熱量隨著發(fā)電機(jī)功率的增加而近似線性增加，從圖2可以看出發(fā)電煤耗隨著發(fā)電功率增加而近似線性減少。

供熱熱熱量（Qgr）與發(fā)電機(jī)功率（WCG）的關(guān)系式：

發(fā)電煤耗（bfdc）與發(fā)電機(jī)功率（WCG）的關(guān)系式：

圖1 供熱熱量與發(fā)電機(jī)功率的關(guān)系

圖2 發(fā)電煤耗率與發(fā)電機(jī)功率的關(guān)系

5 運(yùn)行安全性

光軸改造后，一次啟動(dòng)成功，凝結(jié)水系統(tǒng)、熱網(wǎng)抽汽、疏水等系統(tǒng)運(yùn)行良好，軸振、軸承座振、軸向位移、缸溫、脹差等重要參數(shù)正常，機(jī)組設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語

光軸方式下運(yùn)行時(shí)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。中壓缸排汽全部對(duì)外供熱，滿足供熱需求，冷源損失全部回收利用，降低機(jī)組煤耗率。

光軸改造后，負(fù)荷在150工況運(yùn)行時(shí)，供熱抽汽量為451.13 t·h-1時(shí)，對(duì)外供熱熱量 1098.91 GJ·h-1，發(fā)電煤耗為158.55 g·(kW·h)-1，改造前機(jī)組在150MW純凝工況時(shí)，發(fā)電煤耗為345.07 g·(kW·h)-1，改造后比改造前發(fā)電煤耗下降約186.52 g·(kW·h)-1。