大机组供热改造与优化设计正当时

核心提示:中国电机工程学会热电专业委员会大机组供热改造与优化运行技术2015年会大会观察

——中国电机工程学会热电专业委员会大机组供热改造与优化运行技术2015年会大会观察

中国电力科技网专家  詹华忠


各位领导、专家,

       大家下午好。经过两天满满的会议安排,这次大会的演讲部分即将结束。我是第一次参加大机组供热会,是抱着学习的目的来的。当然,这不是我第一次参加中国电力科技网承办的会议,这是我今年第四次参加魏主任组织的大会。第一次是今年6月在徐州举办的关于“上海外三节能减排技术交流研讨会”,我认为办得不错。所以,后面的会议,我能安排时间和感兴趣的,都参加了。

        本来这次年会的记者观察是由中国电力报发电部主任冯义军做的,但他忙不过来,魏主任就把这个任务交给我。对我来说,确实是个挑战。说到技术,没有各位专家精深;说到新闻,又没有记者敏锐。但魏主任交代的任务,我得努力完成。那么,这个总结也好,观察也好,做得不够的,点不到的,还希望大家原谅和指出来。

 


詹华忠

      
       首先,很高兴参加这次大会,也认识了不少新朋友;学了不少东西,时髦的话叫涨知识,上涨的涨。

       其次,大会的组织和安排不错,在会议通知、接待、食宿、会场组织和讨论等环节,在细节上让大家感到比较满意。甚至,魏主任对会议的严格要求,我认为都是这会议的一个特色。当然,有需要改进的地方,希望大家给魏主任提出来。这个年会是持续举办的,也会持续改进。2009年第一届会议的资料我大致翻阅了一下, 感觉其中的一些内容至今还是有参考意义的,当然,实施的技术和手段在不断地进步。

      那么,借这个机会,作为参会代表,感谢主办单位中国电机工程学会热电专委会和承办单位中国电力网搭建的这个交流平台,也感谢南京苏夏工程设计有限公司对会议的支持。

        要说大会的特点,我归纳了5个特点:第一,是全,内容丰富,有热电政策的汇总,有前沿的探讨;有设计技术的分享,有改造的案例;有煤电,也有气电;参会的领导专家,有业主方,设计院,电科院,有主机厂家,辅机管道厂家;第二,是新,充分介绍了热电各方面的新发展,新成果,也包括新思路,比如山东省经济和信息化委员会经济运行局正局级调研员萧文华的研究《利用大数据推动热电联产智能化方向发展》,非常新和与时俱进;比如上海电气介绍的机组跨代升级改造技术介绍,包括二次再热改造;华电电力科学院热力技术部孙士恩介绍的调峰蓄热节能改造,东汽的刘萍高工介绍的高背压改造新技术-单转子方案,等;第三,是实,大会交流的不是纯理论的东西,有着实际的背景,实际的案例,实际的应用;实际的效果;第四,专,内容不但丰富,而且紧紧围绕着大机组供热改造这个专题,专家的介绍和解答都非常专业;第五,大。大机组供热改造,大多数介绍都是针对300MW、600MW级的改造。

 


大机组供热改造与优化运行技术2015年会会场

 
     下面我从几个方面小结大会的演讲、交流和讨论。

1 政策面

      不少领导、专家在演讲中都很好地介绍了有关热电的节能减排政策,使我们加深了对这些政策的了解、认识。这些领导和专家包括广州恒运企业集团股份有限公司党委书记、董事长郭晓光、中国电机工程学会热电专业委员会高级工程师郁刚,南京苏夏工程设计有限工程总经理王国兴、总经理助理佴耀,原国电江苏公司总经理陶建华,华能集团技术经济研究院吴卓铮,国核山东电力工程咨询有限公司机务环保部主任工程师苗井泉,华电电力科学院热力技术部孙士恩等,都对节能减排新政策给予了解读。例如:三部委2014年9月12日下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》,2015年6月14日李克强国务院常务会议---大气污染防治十条措施1)减少污染物排放,全面整治燃煤小锅炉。----措施五:支持关键节能减排设备与技术的研发与产业化;30万千瓦及以下纯凝火力发电机组将逐步进行淘汰。。2015年12月2日,李克强总理主持的会议,12月11日三部委印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能减排改造工作方案》。新建机组供电标煤低于300克/KWh。到2020年,现役燃煤30万千瓦发电机组改造后平均供电标煤低于310克/KWh;现役燃煤60万千瓦发电机组改造后平均供电标煤低于300克/KWh,东、中部地区提前至2017年和2018年达标。供热机组改造,正是节能减排的重要手段。

      在天然气方面,有《国家发展改革委关于规范天然气发电上网电价管理有关问题的通知》  发改价格[2014]3009号,《国家发改委关于理顺非居民用天然气价格的通知》  发改价格[2015]351号 , 《 国家发展改革委关于降低非居民用天然气门站价格并进一步推进价格市场化改革的通知》发改价格[2015]2688号。

        所有这些政策,都为大机组供热机组改造,为分布式天然气三联供,提供了良好的政策环境、社会环境,使得大机组供热改造面临新的大发展机遇。接下来,就看我们如何把握这个大机遇而大发展。

2 经济面

        在专家的演讲里,不少对大机组改造的技术经济性给出了详实的数据,表明大机组改造有着良好的收益,回收期短,有1.5年,有2.75年,都少于三年的。

     供热机组改造,也为盘活存量资产,带来了新机遇。在运行小时数方面也有潜在的收益。
3 技术面

         总体上看,大机组供热改造不存在大的技术难题,而是如何根据热源、热用户的特点选择合适的技术方案。

  从主机厂来说,哈尔滨汽轮机厂有限责任公司研究院系统工程部副总设计师叶东平,介绍《大容量汽轮机新技术提升与供热改造技术》,并以新型350MW、国华绥中俄制800MW改造案例。精细化设计、升级改造势在必行。高参数高压内缸红套环,切向进汽,反动型叶型等。多种措施并举包括通流,结构,系统,运行。红套环的优点(均匀,整体发运,电厂自行拆装,检修周期长)。涡壳进汽。多级小焓降反动式叶型。级数多,部分负荷效率下降小些。重热现象。小间歇可磨汽封+机组可磨启动。预扭装配是隔板(静叶删)。大机组0#高加、10级回热。增加外置式蒸汽冷却 器。增加低温省煤器。流改造:高中压通通流升级:增加级数,简化内缸结构。低压缸:旋转涡壳,铸造内缸。

  高背压供热改造:特点和主要问题,供热量大,品质比较低,负荷要求稳定。主要因素:循环水量,循环水入口温度,机组正常运行的电负荷。200MW难改造,容易出现鼓风损失。双转子、单专子要协商。北方推荐单转子。350MW 超临界机型。大唐大庆,7700kj/kwh。华能伊春,供电煤耗295.6克。大唐绥化,优于伊春。深能保定,分缸设计。800MW改造,煤耗下降35克(大约30克)。

  上海电气电站服务公司技术发展部副部长周勇,做的演讲《上海电气600MW等级汽轮机综合升级改造技术》,详细地介绍了节能成套改造技术及效果,汽轮机通流改造技术介绍;组跨代升级改造技术介绍;汽轮机抽汽供热改造技术介绍等。

  高压缸改造:高压调节级通流能力按锅炉最大连续蒸发量及汽轮机铭牌负荷等因素综合考虑确定;高中压通流采用先进的通流整体优化设计技术(AIBT)优化,根据机组情况进行个性化设计,合理增加通流级数 ;调节级后的通流跨距基本保持不变 ,高中压缸叶片材料升级;通流部分隔板和围带汽封采用镶片式汽封替换弹簧退让式汽封,齿数更多,密封更好,减少了漏汽损失;高中压整体内缸、蒸汽室型线优化、滑入式喷嘴结构、焊接转子。

  低压缸改造:低压前四级动静叶进行优化,采用AIBT技术设计全新弯扭叶片;以提高电厂全年加权平均经济性为目标,优化选用先进可靠的末级长叶片系列,可采用905/915/1050mm(湿冷机组);低压缸采用新型斜撑结构,更换内缸解决抽汽超温问题;外缸基本不动,根据末叶片的选配,按需在排汽导流椎处做适当改进。

  新的技术:机组跨代升级改造技术介绍-二次再热方案:亚临界机组跨代升级二次再热方案主要是在原机组汽轮机通流改造的前提下,增加超高压缸轴,配套新设计发电机等设备,同时锅炉配套相应容量的二次再热锅炉。

  另外,新增BEST透平与超高压缸同轴,给水泵通过与高压轴同轴的液力耦合器驱动。#1高加汽源为超高压缸的排汽,BEST透平的回热抽汽作为#2、#3、#4高加汽源,排汽作为除氧器汽源。二次再热改造,N840-31/600/566/538,汽机热耗达7255kj/kwh. 亚改超超一次再热660MW,25.0/600/600,达7400kj/kwh.高背压双转子改造。双背压双转子互换高背压供热改造就是供热期采用专用的供热转子,排汽参数较高,热网循环水在凝汽器中加热后再通过本机抽汽进行二次加热,夏天恢复原纯凝转子,满足纯凝工况的需要。青岛#2机组高背压供热改造是国内首个300MW等级采用此技术改造的机组,并于2013年11月成功投运,华电裕华电厂也已于2014年11月成功投运,各项指标优良。

  机组供热工况下发电煤耗降至150g/kWh左右,冷源损失为零,实际热耗可以达到3750 kJ/kWh以下,机组节能降耗效果显著。

  另外,还介绍了其它五种改造:凝汽器冷端优化,对于湿冷机组,背压每降低0.5个kPa,热耗降低约30~40kJ/kWh,折合煤耗约为1.2~1.6g/kWh;#3高加增设前置蒸冷器;回热系统优化;烟气冷却器;辅机变频改造技术。内容也非常丰富。

  东方汽轮机有限公司产品开发处工程部高级工程师宋萍,《凝汽式汽轮机高背压供热改造方案探讨》:a、高背压改造概念,b、高背压改造的背压选取及设计理念,c、高背压改造对供热量的影响分析,d、高背压改造后对外供热量与热网的匹配。高背压改造的背压选取及设计理念:54kpa对于80度C,结合凝汽式机组低压通流压力分布情况,高背压改造通流在原基础上需去掉背压对应后几级叶片,更换为带有隔板槽保护功能的导流板,同时更换正反导流环及减温水管及喷头满足抽凝工况和高背压工况。300MW,以热定电,热电负荷双赢,热电总量,750.1MW。谈到高背压改造后对外供热量与热网的匹配,1、采暖初、末寒期由于环境温度相对较高,供热负荷较小的情况下,机组根据热负荷及热网供回水温度来调节发电量。2、极寒期由于由于供热负荷需求量增加,仅靠改变机组负荷的方式来调节热网循环水已经不能满足要求,也即在极寒期需要通过本机或是临机中排抽汽来进一步加热热网水。

  高背压改造新技术-单转子方案。单转子方案也即一次改造成功后,该通流适用于采暖期及非采暖期。非大修期不揭缸运行。该方案新设计末级叶片,整个低压通流全新设计。主机改造范围主要包括:低压转子、动叶片、隔板、内缸、进汽室、进汽短管、排汽导流环以及减温水管和喷嘴、对轮螺栓等。辅机改造范围主要包括:高背压凝汽器、轴封加热器、凝结水管道、低加疏水改造。9台机组高背压改造业绩。

      在600MW机组方面,我们有国核山东电力工程咨询有限公司机务环保部主任工程师苗井泉《660MW纯凝机组抽汽供热改造技术》分析了三种方案的优缺点



  根据600MW机组中排抽汽压力高出采暖抽汽压力较大的实际情况,为达到能源再利用目的,抽汽改造系统中增设背压发电机取代减温减压器,减少抽汽压损,背压发电机发出的电能除供给首站电机外,剩余电能通过热网段母线送至本机6kV工作段,可供全厂厂用电。背压发电机方案对电厂运行有较好的收益,投资回收期也很短。 并对整个改造项目的投资做了详细的经济性评价分析。方案及系统介绍为后续600MW机组供热改造提供了极好的指导作用。


  大唐国际盘山发电有限责任公司设备工程部汽机主管/高级工程师王利斌介绍《大唐盘山电厂2×600MW机组供热改造方案》,是可研阶段的情况。介绍了三部分改造:第一部分:主机打孔抽汽,第二部分,热网首站及其厂内供热网,第三部分,低真空供热改造。改造的内容涉及汽轮机打孔抽汽改造及低压缸通流改造、热网首站及厂内供热系统改造、汽轮机凝汽器及其他附属设备改造。需要供热负荷为576MW。

  在进汽1801t/h、供热1200m2的工况下,纯抽汽供热方案在供暖季供电煤耗为276.6g/kw.h,较改造前降低34.5g/kw.h;全年平均供电煤耗为302.2g/kw.h,较改造前降低8.9g/kw.h。在发电负荷450MW,供热1280m2的工况下,纯抽汽供热方案在供暖季供电煤耗为273.4g/kw.h,较改造前降低42.4g/kw.h,全年平均供电煤耗为303.1g/kw.h,较改造前降低12.7g/kw.h。

  在进汽1801t/h、供热1200m2的工况下,低真空供热方案在供暖季供电煤耗为220.2g/kw.h,较改造前降低90.9g/kw.h;全年平均供电煤耗为293.1g/kw.h,较改造前降低18g/kw.h。在发电负荷450MW,供热1280m2的工况下,低真空供热方案在供暖季供电煤耗为226.3g/kw.h,较改造前降低89.5g/kw.h,全年平均供电煤耗为291.8g/kw.h,较改造前降低24g/kw.h。

  纯抽汽供热改造以后,全厂最大可接带供热面积1280万m2。低真空供热改造以后,单台机最大抽汽能力与纯抽汽供热方案相同,并且低改机组可以额外回收310t/h的乏汽,多供热负荷190MW,相对于多接带供热面积400万m2,因此全厂最大可接带供热面积1680万m2。

  在发电负荷450MW的工况下,纯抽汽供热方案在最大供热能力工况下可实现净收益每年8800万元。低真空供热方案在最大供热能力工况下可实现净收益每年1.21亿元。

  而300MW机组的供热改造是这次会议介绍比较多的:

  华电电力科学研究院山东分院汽机高级工程师王学栋,代陈自雨做的《汽轮机高背压循环水供热改造》,140MW机组改造。在高背压供热工况运行时,对应发电煤耗约为139g/kW·h,较改造前机组发电煤耗330g/kW·h降低了191g/kW·h。与改造前纯凝工况相比,每个供热季理论计算可节约标煤48659.16吨。综合全年供热、纯凝工况下加权平均发电煤耗为266.3g/kW·h,优于部分1000MW超超临界机组的发电煤耗。

  自己做的《300MW汽轮机组循环水供热技术研究与应用》,以青岛#2号机为例,: 介绍了300MW机组高背压循环水供热改造的技术方案、改造的技术关键点和解决措施;b、300MW机组高背压改造后的主要技术经济指标;c、几个不同电厂300MW等级机组高背压改造的技术差别。尽管沿用了“双转子双背压”的改造理念,但是从技术路线、关键技术、设计思想等方面都不同于基于135MW机组的循环水直供技术,具有原创的设计思想和技术措施,发展了第三代循环水直接供热的理念和技术。改造后,背压由4.9kPa.a升至54kPa.a,排汽温度由30~45℃升至83℃。改造后汽轮机发电热耗降至3706.6kJ/kWh,锅炉效率按91%计算,发电煤耗为139g/kWh,厂用电率按8%计算,供电煤耗为151g/kWh。一次能源利用率改造前为49%,高背压改造后达到85%以上。

  上海发电设备成套设计研究院发电设备技术研发与服务事业部高级工程师刘网扣,《某电厂300MW机组1#、2#再热器热段抽汽供热改造工程介绍》,工程设计涉及机务部分、化水部分和热控部分的改造、扩建。要解决三个问题:汽轮机的转子推力 ,由于反动式汽轮机级的反动度较高,转子的推力会比同参数的冲动式汽轮机大,推力的平衡是一个不可忽略的问题;给水泵汽轮机。在负荷降低、供热抽汽量较大工况下,会出现给水泵汽轮机通流能力不足的问题本次改造中,电厂重新接通了小机的高压汽源;减温减压装置和减温水投。资回收期1.5年。

  华电望亭发电有限公司热网部介绍的《华电望亭电厂#14机组中压旋转隔板抽汽供热改造》本次改造为单独的中压缸改造,高压缸和低压缸部分不做改动。中压缸重新设计制造,更换中压转子、动静叶片、隔板、隔板套、中压外缸、前后轴封等,中压转子总长、跨距、轴系安装参数不变,中压转子与高压转子、低压转子对轮连接方式和位置不变。中压缸原来有11压力级,改造后减少为9级,减少两级的空间用于布置旋转隔板和抽汽口。改造后汽轮机可对外工业抽汽200t/h,抽汽压力1.3~1.5MPa,抽汽温度约425℃。对应的机组热电联产热电比达到70%,热耗降低至7200kJ/kW.h以下,机组供电煤耗降低30g/kWh以上,年平均供电煤耗可降至290g/kWh以内,达到超超临界机组能耗水平。可见供热改造具有明显的节能效果。

  中电投河南电力有限公司技术信息中心黄秀梅,《200-600MW供热机组主蒸汽压力优化及阀点滑压实现》。最佳滑压阀点。新乡豫新2x300MW,供热量和背压对主汽压的修正。得出供热抽汽量的曲线。复合调节。30-80%负荷,GV2开度70%左右节流损失小。200MW时,给出68%最佳阀点。200MW,抽汽300t/h,降低2.5克供电煤耗。

  广东恒运集团股份有限公司副总经理吴必科,《300MW机组抽汽供热改造应用案例》,介绍广州恒运集团公司长距离供热改造案例介绍。超低排放先行。西区原供热半径5公里。东区也只有5公里半径。210MW机组可以降低煤耗约18克/千瓦时;330MW机组估计可以降低煤耗约16克/千瓦时,全厂平均煤耗降低约17克/千瓦时,三期到256克。供汽,非供热。供汽的革命。保温技术独特。东区供东莞麻涌,12-13公里,447t/h。3.7亿,厂外2x700mm, 厂内2x800mm。热再热段通过减温方式供汽,~500吨。中调们节流运行方式。方案二:2.4亿,近期150吨,远期500吨。2x700mm。经济效益、环保效益,碳减排。

  上海电力学院能源与环境工程学院副教授郑莆燕做的《凝汽式机组供热改造方案的优化研究》,对330MW的机组改造,研究了六种方案:



  并对可能的方案进行了5种工况的计算,基于夹点理论,给出了优化的结果。


  在长输、低能耗热网方面,南京苏夏工程设计有限公司总经理王国兴,总经理助理佴耀,给我们介绍了《长输(40km)/低能耗热网技术,发明专利及应用实例》,《大机组供热改造工程设计》,详细地介绍了从第一代到第四代技术的发展和应用。已把每公里供热温降由10℃~15℃降低到3℃~5℃,供热半径由6~8公里扩大到40公里。由于供热半径扩大了4~5倍,使电厂供热负荷大幅度增加,为电厂实施电热联产,集中供热,提供了重要技术支持。

4 探讨

  中国电力工程顾问集团公司研发中心教授级高级工程师康慧关于《热电厂集中供热热源备用系数的探讨》提出了细化或者说差异化的热源备用系数,对我们有启发作用。
山西电力勘测设计院节能公司副总工程师刘冲,《发电厂供热系统方案优化的技术判定标准的探讨》,给出安全,能效,投资与收益的判断要素。

  华润沧州热电有限公司技术部的郑建明,《城市供热热网实施集中供冷的探讨》,认为中热网实施热水型制冷机组供冷是可行的,供热电厂利用现有热水网实施夏季供冷运行,可有效提高热电厂热电比,提高机组利用小时数和提高机组综合效能。溴化锂供冷市场的开发,能显著减少夏季城市空调电负荷需求,对改善电网夏季高峰负荷也是有益的。

  华电电力科学院热力技术部孙士恩,《火电厂节能技术应用研究》。分享了丹麦、瑞典、俄罗斯、韩国等供热先进技术,国内典型供热电厂。节能机理分析,包括厂侧,网侧;节能技术包括厂侧,网侧,一体化等,以及典型应用,内容非常丰富。




  调峰蓄热节能改造,新颖,国内首个应用于200MW机组,收益不错。
智能热网改造,0.1JG/m2, 节电1.5kwh/m2.

  哈尔滨工业大学万杰,《供热机组优化运行技术》。滑压运行综合优化,重点考虑的因素。四维或更多维度的,最优主汽压=f(负荷,背压,抽汽量,抽汽位置),主蒸汽流量。工程化软件平台,近百个电厂,效果不错。冬季严寒天气的应用。热电负荷分配优化,分析软件。


  吉林省电力科学研究院有限公司汽机所资深专家,初立森,探讨了《机组供热改造所面临的系列问题》:a、供热机组在北方遭遇的电网调峰困境;b、供热机组容量匹配c、热负荷运行安全可靠性;d、供热机组在北方与新能源消纳之间的矛盾;e、热电联产运行尖峰热源的配置;f、不同种类电源构成的电网优化经济运行。

  建议热电厂在供热机组改造和容量选型时,除了考虑电站机组和热网配套条件外,也要考虑电网在供热运行期间能够承受的条件。

  大型背压机,以热定电,电网能否满足?调峰怎么办?安全第一。低真空应该带满负荷。应以社会总量来算。容量合理匹配,不是越大越好。以满足热负荷为前提,安全。煤耗差,算错了。大炉效率,与小炉效率差。实实在在减下来才算。小机不受限制。新上机组,应该考虑合适的安全系数,不是越大越好。运行的话会很主动,不然的话,会很被动。供热机组容量越大,单机故障对供热影响越大,因此,在热电联产项目中应该进行优化论证,可靠性的论证条件通常是在双机供热运行所带热负荷,在一台机组故障退出运行条件下,另一台运行机组能够满足热负荷需求量的60%~70%为采暖负荷的安全可靠性条件。如果单机与调峰热源联合供热或双机以至于多台机组与调峰热源联合供热其可靠性仍然是上述条件。出于对供热安全可靠性的要求,更大程度发挥热电联产利用率,对于热电厂的热负荷安全可靠性已经超出安全裕度范围的热网系统,又处于电网受电负荷长期偏低调峰困难的地区,配置相应容量的尖峰锅炉是必要的。

5 配套辅机和管道等,这些也都是大机组供热改造不可或缺的。曲恒-普瑞森能源- 无级可调B波热压机工业供汽系统,武光-德新钢管(中国)有限公司大口径无缝钢管助力热电强国梦。时间关系,不一一列举。

  总的来说,这次会议内容充实,演讲精彩。当前,大机组供热改造的面临良好发展机遇,让我们共同努力,谱写节能减排的新篇章。谢谢!

 

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