1000MW火电机组深度调峰下供热能力提升改造及应用.pdf

第 卷 第期 年月P OWE RE QU I PME N TV o l ,N o J u l 收稿日期:;修回日期:作者简介:孙德玉(),男,工程师,从事大型火电机组集控运行优化的工作.E m a i l:q q c o m运行与改造 MW火电机组深度调峰下供热能力提升改造及应用孙德玉,王霄霄,李英智,郭光伟,范诚豪,何翔(国家电投集团河南电力有限公司沁阳发电分公司,河南焦作 ;上海发电设备成套设计研究院有限责任公司,上海 )摘要:某 MW火电机组深度调峰时,背压式汽轮机排汽压力降低,排汽无法进入供热联箱.对背压式汽轮机进行排汽改造,增加高温再热器抽汽管道,并且分析计算不同中压调节阀开度下的机组供热能力.结果表明:通过关小中压调节阀开度来提高高温再热器压力,可以确保背压式汽轮机在机组调峰阶段安全连续运行;通过高温再热器抽汽提升了单台机组的供热能力,机组负荷降低至 MW时,实现供热抽汽质量流量达到 t/h,供热抽汽压力不低于MP a,温度维持在 左右.关键词:火电机组;背压式汽轮机;供热;抽汽;高温再热器;中压调节阀中图分类号:TM 文献标志码:A文章编号:X()D O I:/j c n k i f d s b R e t r o f i t a n dA p p l i c a t i o no fH e a t i n gC a p a c i t yI m p r o v e m e n t i na MWT h e r m a lP o w e rU n i tU n d e rD e e pP e a kR e g u l a t i o nS u nD eyu,W a ngX i a o x i a o,L iY i ngz h i,G u oG u a ngw e i,F a nC h e ngh a o,H eX i a ng(S P I CQ i nya ngP o w e rG e n e r a t i o nB r a n c ho fH e n a nP o w e rG e n e r a t i o nC o,L t d,J i a o z u o ,H e n a nP r o v i n c e,C h i n a;S h a ngh a iP o w e rEqu ipm e n tR e s e a r c hI n s t i t u t eC o,L t d,S h a ngh a i ,C h i n a)A b s t r a c t:T o s o l v e t h epr o b l e mt h a t t h ee x h a u s t s t e a mf r o mt h eb a c kpr e s s u r e s t e a mt u r b i n e(B P T)c a nn o t e n t e r i n t o t h eh e a t i ngh e a d e rw i t ht h ed e c r e a s e dpr e s s u r e i na MWt h e r m a lpo w e ru n i t u n d e rd e eppe a kr egu l a t i o nc o n d i t i o n,ar e t r o f i tw a sc o n d u c t e do nt h ee x h a u s ts t e a m o ft h e B P T bya d d i ngt h ee x t r a c t i o npipe l i n ef r o mt h eh ight e mpe r a t u r er e h e a t e rs t e a mt u b e,w h i l et h eh e a t i ngc apa c i tyo ft h eu n i tw a sa n a lyz e da n dc a l c u l a t e dw i t hd i f f e r e n tope n i ngd egr e e so f t h e i n t e r m e d i a t epr e s s u r e(I P)c o n t r o l v a l v e R e s u l t s s h o wt h a t,w i t ht h e i mpr o v e dpr e s s u r eo f t h eh ight e mpe r a t u r er e h e a t e rbyd e c r e a s i ngt h eope n i ngd egr e eo ft h eI Pc o n t r o lv a l v e,t h eB P Tc a nope r a t es a f e lya n dc o n t i n u o u s lyu n d e rd e eppe a lr egu l a t i o nc o n d i t i o n A d d i t i o n a l ly,t h eh e a t i ngc apa c i tyi si mpr o v e dbye x t r a c t i ngs t e a mf r o mt h eh ight e mpe r a t u r er e h e a t e r Wh e nt h eu n i t l o a dr e d u c e s t o MW,t h em a s s f l o wo f t h eh e a t i nge x t r a c t i o ns t e a mc a nr e a c ha t t/hw i t ht h eh e a t i ngs t e a mpr e s s u r eo fo v e r MP aa n dt h eh e a t i ngs t e a mt e mpe r a t u r ea ta r o u n d K e y w o r d s:t h e r m a lpo w e ru n i t;b a c kpr e s s u r es t e a m t u r b i n e;h e a t s up ply;e x t r a c t i o ns t e a m;h ight e mpe r a t u r er e h e a t e r;I Pc o n t r o l v a l v e随着国家“双碳”战略的不断推进,许多小容量机组被关停,热电联产机组的工业供热抽汽量快速增加.由于电网要吸纳更多新能源发电,要求火电机组参与深度调峰,机组在深度调峰工况第 卷下供热压力下降的问题突出 .在机组深度调峰状态下,发生个别背压式汽轮机严重偏离原设计工况被迫停运的事故.以某 MW火电机组供热能力提升改造为例,分别介绍背压式汽轮机供热系统优化方案、背压式汽轮机保护逻辑优化,以及采用背压式汽轮机排汽改造、增加高温再热器抽汽、中压调节阀参与调节再热器压力等组合方案,同时在机组深度调峰期间,确保工业供热抽汽压力不低于MP a,供汽温度维持在 左右.设备概况该机组锅炉为高效超超临界参数变压运行直流炉、单炉膛对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、露天式布置、全钢构架悬吊结构形锅炉,锅炉最大连续蒸发量(蒸汽质量流量)为 t/h.汽轮机的型号为C /,采用高效超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式、九级回热抽汽,号高压加热器设置外置式蒸汽冷却器,机组设置号高压加热器.背压式汽轮机的型号为HNG /,额定功率为MW,额定压力为 MP a,额定主蒸汽温度为 ,排汽压力为 MP a,排汽温度为 .目前,工业供热联箱主要由冷再管道抽汽和背压式汽轮机排汽供汽.改造前的工业供汽流程见图.图改造前的工业供汽流程工业供汽主要问题机组正常运行期间,供热联箱由低温再热器和背压式汽轮机供汽,在机组调峰时,由于背压式汽轮机进汽压力低,背压式汽轮机排汽无法排至供热联箱,背压式汽轮机被迫停运,同时因冷再管道抽汽在机组调峰时压力下降,驱动背压式汽轮机运行的蒸汽参数下降,背压式汽轮机排汽参数也相应地下降,无法再进入工业供热联箱,导致机组供热能力降低,无法满足工业供热要求.除此以外,机组负荷不断波动,在高负荷和深度调峰负荷之间的切换,导致背压式汽轮机存在频繁启停的问题,不利于背压式汽轮机安全可靠运行,背压式汽轮机每次启动都存在较大的启动排汽 损 失,亟 需 对 背 压 式 汽 轮 机 系 统 进 行改造.工业供汽改造优化技术途径 深度调峰后供热系统改造措施背压式汽轮机供热系统优化主要从三个方面考虑,具体方案如下:()第一种方案是改造背压式汽轮机本体,通过对背压式汽轮机通流部分进行改造,解决低负荷运行问题.经过核算,背压式汽轮机通流部分改造只能解决部分负荷运行问题,无法满足全部运行工况.()第二种方案是增加一路高压汽源,考虑将一段抽汽引入背压式汽轮机进汽侧,受一段抽汽的抽汽容量限制,背压式汽轮机排汽量无法满足工业用汽需求.()第三种方案是机组深度调峰时,降低背压式汽轮机排汽参数,将背压式汽轮机排汽全部供给本机热用户,工业供汽不足部分,由高温再热器经减温减压后供给,机组调峰结束,切换至背压式汽轮机排汽供给.经过核算,在机组调峰期间,背压式汽轮机进汽侧切至低温再热器供汽,背压式汽轮机排汽由供热联箱切至除氧器,多余部分排至号低压加热器.采用第三种方案,不需要对背压式汽轮机通流部分进行改造,在机组深度调峰时,将背压式汽轮机排汽排至除氧器或号低压加热器,同时增加高温再热器 抽汽管道 及 减 温 减 压 装 置 即可,此方案可行.采用第三种方案改造后的工业供汽流程见图.图采用第三种方案改造后的工业供汽流程 背压式汽轮机排汽压力保护优化背压式汽轮机设计包含排汽压力低保护,该保护主要是为了保护背压式汽轮机叶片,防止叶片过载,一般情况下该保护在背压式汽轮机启动时切除,在背压式汽轮机正常运行期间投入,排汽压力保护主要适合背压式汽轮机额第期孙德玉,等:MW火电机组深度调峰下供热能力提升改造及应用定参数运行.为满足机组深度调峰下背压式汽轮机排汽切至除氧器或号低压加热器,该保护不适用.经计算,采用背压式汽轮机进汽室和背压式汽轮机排汽压差保护,同样能起到保护叶片的作用.将背压式汽轮机排汽压力变送器信号和进汽室压力变送器信号同时输送至背压式汽轮机数字式电液调节系统(D EH)机柜,按照压差保护曲线进行组态,解决背压式汽轮机排汽压力低跳机的问题.增加背压式汽轮机压差高限制逻辑,背压式汽轮机压差报警值设定为压差限制值,当背压式汽轮机压差保护动作时,背压式汽轮机将由功率控制模式切换为阀位控制模式,背压式汽轮机调节阀将按一定的速率自动关小,直到压差降低到安全值以下,背压式汽轮机压差限制保护在背压式汽轮机排汽切换过程中全程投入,确保背压式汽轮机在机组调峰期间的可靠运行.背压式汽轮机进汽优化背压式汽轮机原设计有两路工作汽源,一路取自一级再热器入口,另一路取自一级再热器出口.通过调节两路蒸汽的进汽量,调节背压式汽轮机排汽温度,当机组深度调峰背压式汽轮机需要切换排汽时,背压式汽轮机工作汽源将自动切至低温汽源,降低背压式汽轮机排汽温度.背压式汽轮机排汽切换策略当机组深度调峰的负荷指令开始发出,背压式汽轮机排汽至除氧器及号低压加热器管道疏水暖管,高温再热器抽汽出口的再热蒸汽至供热联箱管道暖管.当管道疏水温度大于 ,自动判断管道暖管完成.首先,背压式汽轮机进汽调节阀切换为滑压控制,滑压指令跟随负荷设定,背压式汽轮机带最低负荷运行.确认高温再热器至供热联箱调阀投入自动,背压式汽轮机至除氧器气动调节阀投入自动.背压式汽轮机排汽切换条件满足后,背压式汽轮机至除氧器气动调节阀以/m i n的速率缓慢全开,当背压式汽轮机至除氧器气动调节阀反馈值大于 时,判定背压式汽轮机排汽汽源切换完成,高温再热器至供热联箱调节阀自动跟踪供热联箱压力,确保供热能力