(山西省临汾市尧都区山西大唐国际临汾热电有限责任公司 041000)
摘要：为积极配合临汾市政府环保防控工作，积极推行临汾市集中供热，满足城市发展需要，临汾电厂积极增加供热保障能力，就机组供热扩容改造能力进行深度挖掘，在2号机组灵活运行深度调峰和增加供热能力间寻找平衡点，采用低压缸切缸供热技术提升机组灵活性供热调峰能力。
1 项目背景
山西大唐国际临汾热电有限责任公司现有2台300MW机组，汽轮机为上海汽轮机厂生产的CZK300-16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、直接空冷供热抽汽凝汽式。供热季为临汾市区的主要热源，向临汾市集中供热。公司1号机组于2017年进行了高背压供热技术改造，两台机组联合供热能力达到700MW，2017～2018供暖季供热面积完成1350万㎡。鉴于整个临汾市环境污染防控压力，特别是空气污染压力较大，只有通过全面采用集中供暖、清洁供暖等措施才能实现空气的逐步趋良，规划进一步扩大集中供热的覆盖面，在2019～2020供暖季需临汾热电公司在现有基础上增加供热面积约300万㎡，对应新增110MW的供热量，为此临汾热电公司从多方案、多角度进行了供热扩容潜力研究，最终推出适合本电厂的经济效益较高、能够满足地区供热需求、社会效益较好、切实可行的低压缸切缸供热增容方案。
2 技术方案
低压缸灵活切缸供热技术是近两年在我国大力倡导火电机组运行灵活性的政策背景下发展的技术，突破传统供热机组运行模式，实现了在不设置离合器或不换转子的情况下，切除低压缸（低压缸零出力）运行，中压缸排汽基本上全部对外供热，实现了机组抽凝运行和背压运行的自动切换，具有较大的调峰能力和可实现供热能力最大化，有助于缓解采暖季热电负荷之间的矛盾。
低压缸切缸运行通过对中低压连通管的改造来实现，其基本原理如下图所示，将中低压连通管上原来带有最小通流孔的LV关断阀更换为能够完全密封的蝶阀，并在连通管上增设一路旁路以通过低压缸的冷却蒸汽量，冷却蒸汽旁路设置BPV旁路调节阀。为适应切缸运行，汽轮机排汽缸喷水系统需要进行相应的改造，在低压末级叶片等关键位置，需要加装监测装置以保证运行安全。
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低压缸切缸原理图
3 方案的试验结果及分析
3.1 试验目的
对低压缸切除运行进行技术验证，掌握2号机组低压缸切缸运行中在极低容积流量，鼓风工况下运行，低压缸末级及次末级叶片区域温度变化规律，汽轮机轴瓦振动、胀差、转子轴向位移等的变化趋势与规律，机组主要运行参数的变化趋势与规律。
3.2 试验概况
现场选取了40%THA、50%THA、90%THA、100%THA主蒸汽流量四个典型工况进行了低压缸切缸运行调整试验，本文针对100%THA工况试验过程进行了详细描述。
3.3 试验结果分析
（1）40%THA主蒸汽流量工况试验结果
2号汽轮机组在低压缸切缸工况下运行时，主蒸汽流量为384.98t/h，发电机功率为84.39MW，热网抽汽流量为201.70t/h，低压缸进汽流量为65.95t/h。
（2）7.3.3 50%THA主蒸汽流量工况试验结果
2号汽轮机组在低压缸切缸工况下运行时，主蒸汽流量为476.33t/h，发电机功率为101.98MW，热网抽汽流量为279.92t/h，低压缸进汽流量为60.97t/h，试验期间热网最大回水流量为289.61t/h，低压缸最低进汽流量为51.40t/h，低压缸次次末级温度最高值177.10℃，次末级最高温度112.10℃，末级最高温度65.00℃。
（3）90%THA主蒸汽流量工况试验结果
2号汽轮机组在低压缸切缸工况下运行时，发电机功率190.07MW，主蒸汽流量为860.40t/h，热网抽汽流量为484.86t/h，低压缸进汽流量为59.51t/h，试验期间主蒸汽最大流量889.82t/h，最大热网回水流量533.26t/h，低压缸最低冷却流量31.80t/h，低压缸次次末级最高温度150.70℃，次末级最高温度96.50℃，末级最高温度60.70℃，低压缸排汽温度最高74.26℃。
（4）100%THA主蒸汽流量工况试验结果
2019年12月03日15:10，2号机组具备低压缸切缸运行条件，机组发电机功率181.09MW，主蒸汽流量766.57t/h，主蒸汽压力16.62MPa，主蒸汽温度534.52℃，再热蒸汽压力2.63MPa，再热蒸汽温度530.03℃，就地检查机组运行正常，DCS画面各参数显示正常，开始进行切缸操作，逐渐退出六段、七段抽汽，关闭6、7号低加疏水，保持BPV阀全开，缓慢关闭LV阀，待LV阀全关后，缓慢关闭BPV阀，同时调整热网供热参数稳定。
15:22 2号机组进入切缸工况，LV阀开度1.61%，BPV阀开度50.40%，供热EV阀开度32.32%，发电机功率181.16MW，主蒸汽流量774.73t/h，主汽压力16.58MPa，主蒸汽温度535.25℃，再热蒸汽压力2.62MPa，再热蒸汽温度527.95℃，中排压力0.29MPa，中排温度263.88℃，低压缸进汽压力95.24kPa，低压缸进汽温度257.80℃，低压缸冷却流量114.50t/h。进入切缸工况后，机侧运行参数稳定，汽轮机叶片健康监测系统参数正常，汽轮机TSI参数未发生显著变化，机组运行稳定，切缸过程中中排汽压力未发生较大幅度变化，低压缸排汽温度正常，低压缸末三级温度测点变化趋势一致，其他主要运行参数保持稳定波动。
16:20 进行变背压试验，调整机组背压值，监视并记录机组TSI参数、汽轮机叶片健康监测系统参数变化情况，机组背压由6.56kPa降至5.62kPa，试验期间机组参数运行正常。
17:13 变背压试验完毕，炉侧逐渐升负荷，同时机侧配合调整热网供热压力、温度、中排压力稳定，缓慢关小BPV阀，调整过程中排汽装置、除氧器、汽包水位、高、低压加热器水位基本稳定，汽轮机本体振动、轴向位移等参数处于正常范围，低压缸排汽温度及低压缸末三级温度变化情况一致。
17:25 发电机功率220.79MW，主蒸汽流量984.80t/h，机组到达100%THA主蒸汽流量工况，通知锅炉稳定燃烧，逐渐关小BPV阀，同时调整热网供热参数稳定。
18:32 LV阀开度1.60%，BPV阀开度25.80%，EV阀开度38.53%，发电机功率215.14MW，主蒸汽流量993.43t/h，最大供热流量为572.01t/h，低压缸最低进汽流量为64.90t/h。
18:42 逐渐开大BPV阀，机组逐渐退出切缸工况。机组退出切缸过程中，机组胀差、轴向位移及轴瓦振动参数均保持稳定，机组状态良好。
试验结果：主蒸汽流量为993.43t/h，发电机功率为218.94MW，供热抽汽流量566.40t/h，低压缸进汽流量为66.68t/h，试验期间最大热网回水流量为572.01t/h，低压缸最低进汽流量为64.90t/h，低压缸次次末级最高温度154.70℃，次末级最高温度96.80℃，末级最高温度61.80℃，低压缸排汽温度最高65.21℃。
4 结论与建议
（1）切缸过程中中低压连通管LV阀在开度小于2%以下线性较差，阀门在2%以下开关会造成机组负荷较大波动。在进行切缸操作时，应先将BPV阀逐渐全开，待BPV阀全开后，再关闭LV阀，待LV阀全关后，再通过BPV阀与EV阀配合调整低压缸冷却蒸汽流量及热网供热流量，以减小LV阀在开度2%以下对机组负荷的影响；恢复切缸时，先将BPV阀逐渐全开，待BPV阀全开后，再打开LV阀，防止LV阀前后差压大造成卡涩及对机组负荷的扰动。
（2）低压缸进入切缸工况后，为防止低压缸排汽温度过快升高，提早投入新增低压缸喷水，因低压轴封管道伸入低压外缸内部，新增低压缸喷水投入后，造成低压轴封供汽温度下降，引起低压缸两端轴承振动增大。建议对低压缸内低压轴封供汽管道加装隔板，避免低压缸喷水误开后造成低压轴封供汽温度下降，引起机组振动上升。
（3）由于进入切缸工况后，低压缸进入排汽装置汽量减少，为了防止排汽装置液位较大波动，应注意排汽装置液位变化，建议在切缸前适当提高排汽装置水位，同时保证排汽装置补水系统具备投入条件，保证排汽装置、除氧器、汽包水位稳定。
（4）低压缸切除时，供热抽汽流量增加，热网加热器出水温度明显升高，热网加热器疏水量增加，应及时调整热网系统各个参数，注意热网加热器水位和疏水泵运行方式调整。
（5）冬季工况时，进行低压缸切除操作时，应关注空冷系统的运行状况，及时调整空冷风机频率，防止空冷结冻。
通过以上试验数据得出结论：通过监测并分析运行状态下的各项参数数据，低压缸切缸过程和恢复过程中机组运行状态稳定，经过变负荷、变背压、变喷水流量、变低压缸冷却流量试验验证，机组各项参数运行稳定，机组在低压缸切除状态下能够安全、稳定运行，具备深度调峰能力，具备随时进入低压缸切除状态的条件。