1項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目立項(xiàng)背景

新疆華電喀什熱電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“喀什公司”)位于新疆維吾爾自治區(qū)喀什市，是喀什市的區(qū)域大型公益熱電廠，2臺(tái)350MW機(jī)組于2011年9月獲國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)建設(shè)，2014年1月、11月分別投產(chǎn)發(fā)電。

2015年喀什公司集中供熱最大熱負(fù)荷已達(dá)到590MW，接近2×350MW機(jī)組額定供熱能力647MW，2016年供熱負(fù)荷達(dá)到630MW，每年以10%左右比例增加。為了提高現(xiàn)有350MW機(jī)組的供熱能力、降低能耗、增強(qiáng)公司的盈利水平，擬對(duì)采用高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)，達(dá)到提升機(jī)組供熱能力，降低能耗指標(biāo)目的。

熱電聯(lián)產(chǎn)是火力發(fā)電節(jié)能降耗的重要途徑之一，熱電聯(lián)產(chǎn)又以背壓供熱節(jié)能效果最為顯著，使用該技術(shù)可以充分回收利用機(jī)組冷源損失。華電集團(tuán)分別在青島公司、裕華公司、十里泉電廠等采用“水冷機(jī)組低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱技術(shù)”實(shí)施改造，在供熱期冷源損失接近為零;在鹿華公司、昌吉熱電采用“直接空冷機(jī)組高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)”改造，機(jī)組供電煤耗大幅降低。國(guó)內(nèi)各大發(fā)電集團(tuán)均在積極推進(jìn)此類(lèi)項(xiàng)目的實(shí)施。

喀什公司2×350MW機(jī)組為超臨界間接空冷式供熱機(jī)組，針對(duì)此類(lèi)機(jī)組的高背壓供熱改造技術(shù)國(guó)內(nèi)還是一片空白，沒(méi)有成功應(yīng)用案例，機(jī)組背壓提高后存在汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)葉片安全性的問(wèn)題，高背壓循環(huán)水供熱還有面臨配套的熱網(wǎng)老化、管道容易泄露，電廠孤島運(yùn)行、需要調(diào)峰負(fù)荷，高背壓供熱后精處理高溫而失效，間冷塔散熱器冬季防凍等問(wèn)題。

1.2 項(xiàng)目概括

喀什公司三期2×350MW超臨界間接空冷式機(jī)組，此類(lèi)型機(jī)組的高背壓改造技術(shù)國(guó)內(nèi)還無(wú)改造先例，原有改造均為雙轉(zhuǎn)子互換或者直接空冷機(jī)組改造。2015年7月，喀什公司對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行立項(xiàng)，考慮該項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)第一臺(tái)間接空冷機(jī)組高背壓循環(huán)水供熱改造，將該項(xiàng)目轉(zhuǎn)為科研項(xiàng)目并立項(xiàng)研究，針對(duì)間接空冷超臨界機(jī)組高背壓供熱循環(huán)水供熱可能出現(xiàn)的一系列問(wèn)題進(jìn)行研究及技術(shù)應(yīng)用。

2016年02月 項(xiàng)目技術(shù)方案在北京進(jìn)行審查，華電集團(tuán)公司科技環(huán)保部、華電新疆發(fā)電有限公司對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)方案出具了審查意見(jiàn)，2016年4月列為集團(tuán)2016年度第一批科技項(xiàng)目及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃，項(xiàng)目編號(hào)為CHDKJ16-01-01，項(xiàng)目名稱(chēng)為《超臨界間接空冷機(jī)組高背壓循環(huán)水供熱在線切換技術(shù)研究與應(yīng)用》，承擔(dān)單位為新疆華電喀什熱電有限責(zé)任公司，課題組長(zhǎng)黃獻(xiàn)華，研究起止時(shí)間為2015.7～2017.5，總投資為4002萬(wàn)元。

1.3 工作過(guò)程及結(jié)論

2016年05月 喀什公司委托中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司對(duì)本項(xiàng)目工程部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，2016年6月委托華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司進(jìn)行該項(xiàng)目工程部分總承包業(yè)務(wù)。

2016年11月，項(xiàng)目研究成果在喀什公司#5機(jī)組上成功實(shí)施并順利投運(yùn)，經(jīng)過(guò)2016～2017年度采暖期，機(jī)組在各種工況下的安全、可靠運(yùn)行，證明高背壓供熱機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)純凝發(fā)電、抽汽供熱、背壓供熱等多種運(yùn)行模式的在線切換，同時(shí)滿足電網(wǎng)調(diào)峰以及供熱負(fù)荷協(xié)調(diào)的要求。

2017年1月，喀什公司委托性能監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)#5機(jī)組高背壓供熱工況的性能進(jìn)行考核試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明項(xiàng)目實(shí)施后汽輪機(jī)發(fā)電煤耗大幅下降，供熱能力由323MW增加至512MW，提升189MW，發(fā)電煤耗由原設(shè)計(jì)值266.5g/kWh降至144.43g/kwh，降幅達(dá)到122.1g/kWh，節(jié)能效果顯著，完全達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

2017年3月，委托新疆國(guó)際信息檢索咨詢(xún)中心進(jìn)行該項(xiàng)目查新，證明國(guó)內(nèi)有關(guān)于超臨界間接空冷機(jī)組DCS一體化控制、超臨界間接空冷機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的研究與應(yīng)用報(bào)道，但有關(guān)超臨界間冷式高背壓供熱系統(tǒng)在線切換控制的研究未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)尚屬首次。

2 技術(shù)先進(jìn)性分析

2.1 雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)原理

喀什公司根據(jù)超臨界間接空冷機(jī)組的特點(diǎn)，制定雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)方案及切換方案。凝汽器采用兩路獨(dú)立冷卻水源，各半側(cè)運(yùn)行，兩個(gè)溫區(qū)換熱。即凝汽器半側(cè)通過(guò)熱網(wǎng)循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱，半側(cè)通過(guò)空冷島冷卻循環(huán)水，作為備用冷卻系統(tǒng)。

供熱系統(tǒng)中，熱網(wǎng)水回水通過(guò)閥門(mén)控制，先到凝汽器的一個(gè)通道，流量大約13500-14500t/h。凝汽器背壓升至33～38kPa(機(jī)組允許最高背壓48kPa)，對(duì)應(yīng)排汽溫度71～75.5℃，熱網(wǎng)回水在凝汽器被加熱到68～72℃，再經(jīng)過(guò)熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓后進(jìn)入熱網(wǎng)首站，在熱網(wǎng)首站的加熱器通過(guò)抽汽進(jìn)行二次加熱至熱用戶(hù)需要的溫度后供給熱網(wǎng)系統(tǒng)。

備用冷卻系統(tǒng)中，系統(tǒng)利用原間冷塔的循環(huán)水系統(tǒng)和管道，再增加小容量變頻水泵與原有的泵并聯(lián)運(yùn)行，通入凝汽器另一個(gè)通道，適應(yīng)140MW到310MW之間的電負(fù)荷調(diào)峰或電負(fù)荷波動(dòng)，還有確保熱網(wǎng)異常時(shí)可隨時(shí)投入循環(huán)水，防止熱網(wǎng)水中斷時(shí)機(jī)組背壓超限，而停機(jī)。

機(jī)組高背壓供熱中只運(yùn)行變頻循環(huán)泵，變頻循環(huán)泵根據(jù)汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)葉片安全監(jiān)控系統(tǒng)給定的指令自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來(lái)控制冷卻水流量，冷卻水通過(guò)凝汽器的另一側(cè)半邊循環(huán)中帶走排氣部分熱量，使機(jī)組背壓在允許背壓范圍，從而確保機(jī)組低壓缸末級(jí)葉片在安全允許范圍內(nèi)運(yùn)行。變頻循環(huán)泵同時(shí)為凝結(jié)水換熱系統(tǒng)提供冷卻水，防止凝結(jié)水溫度高而精處理樹(shù)脂失效，具體原理如下圖1所示。

圖1-雙溫區(qū)凝汽器循環(huán)水供熱原則性系統(tǒng)圖

此技術(shù)充分利用間冷機(jī)組的配置特點(diǎn)，克服了低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱技術(shù)必須停機(jī)更換的缺點(diǎn)，雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)及配套的應(yīng)急冷卻系統(tǒng)最大限度的減少熱網(wǎng)對(duì)機(jī)組本身安全的影響，充分回收汽輪機(jī)低壓缸排汽冷源損失熱量，實(shí)現(xiàn)電廠效益和安全的最大化。提高機(jī)組供熱能力，實(shí)現(xiàn)了間冷機(jī)組在純凝發(fā)電、抽凝供熱、背壓供熱等多種運(yùn)行模式不停機(jī)情況下在線切換，使機(jī)組可以連續(xù)運(yùn)行。

雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)，改善供熱期間供熱負(fù)荷與供電負(fù)荷協(xié)調(diào)問(wèn)題，提高背壓供熱機(jī)組的調(diào)峰能力。基本原理是備用冷卻系統(tǒng)中變頻循環(huán)泵經(jīng)過(guò)調(diào)整冷卻水量來(lái)始終保持機(jī)組加減負(fù)荷時(shí)的背壓值，使背壓始終調(diào)整到允許背壓范圍內(nèi)，解決高背壓供熱機(jī)組調(diào)峰電負(fù)荷可能出現(xiàn)背壓超限而無(wú)法運(yùn)行的問(wèn)題。該技術(shù)的成功實(shí)施有效解決了喀什公司2×350MW供熱機(jī)組面臨的問(wèn)題，如所購(gòu)熱網(wǎng)老化、電廠孤島運(yùn)行、空冷島冬季防凍等一系列問(wèn)題。

2.2 汽輪機(jī)安全監(jiān)測(cè)

機(jī)組在高背壓不抽汽工況下，低壓缸的流量和排汽流量較大，機(jī)組可以安全運(yùn)行，但是天氣較冷時(shí)，為提高熱網(wǎng)循環(huán)水的供水溫度，需要從汽輪機(jī)抽汽在熱網(wǎng)首站對(duì)通過(guò)凝汽器后的熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行二次加熱，隨著抽汽量的增加，低壓缸的排汽量隨之減少，抽汽量越大，進(jìn)入低壓缸的排汽量減少越多，當(dāng)接近某臨界值時(shí)，排汽流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量的30%以下時(shí)報(bào)警，如果背壓再升高，容積流量會(huì)減少，當(dāng)達(dá)到額定排氣流量的28%以下時(shí)，會(huì)進(jìn)入低壓缸末級(jí)葉片的顫振區(qū)，此時(shí)葉片隨時(shí)會(huì)疲勞而斷裂，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)很大的隱患。根據(jù)廠家提供背壓限制曲線、末級(jí)葉片特性和有關(guān)要求，結(jié)合同類(lèi)型直接空冷機(jī)組改造狀況，開(kāi)發(fā)了汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)葉片安全監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組顫振值圖形化顯示，詳見(jiàn)圖2.2-1、2和3。便于運(yùn)行人員監(jiān)控、調(diào)整，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

圖2.2-1顫振數(shù)值報(bào)警圖

圖2.2-2相對(duì)容積流量報(bào)警圖

圖2.2-3 背壓限制報(bào)警圖

結(jié)論：安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從DCS上讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)滿足運(yùn)行工況判斷的準(zhǔn)確性;每2s完成一次取數(shù)、計(jì)算、存儲(chǔ)，滿足對(duì)機(jī)組監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性;采用三取二的采集方式，使機(jī)組工況判斷更加精確;軟件畫(huà)面清晰且辨識(shí)度強(qiáng)，方便運(yùn)行人員查看和調(diào)整。