谢海涛
华润电力控股有限公司，广东 深圳 518010
【摘要】为响应国家节能减排相应政策，适应节能减排目标，某电厂两台630MW纯凝超临界汽轮机组进行了热电联产供热改造。本文对供热改造的方案进行了介绍，并对本体供热改造的安全可靠性进行了分析。通过对机组供热改造后的经济数据进行了对比分析，论证了供热改造的意义及必要性，对同类型机组供热改造有借鉴意义。
【关键词】节能减排 热电联产 供热改造 经济
1前言
将火力发电厂纯凝机组改为热电联产机组，不仅在一定程度上将提高电厂的经济效益，而且用大容量、高参数火电汽轮机供热替代分散燃煤或燃重油的小锅炉，实现集中供热，一方面提高机组循环效益，节能降耗，另一方面减少大气污染物的排放物，符合国家环保政策，同时提高电力市场的竞争力。
2 改造背景
河南省人民政府为贯彻落实《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》（国发〔2011〕26号）和国务院节能减排工作电视电话会议精神，加快推进节能减排工作，确保实现“十二五”节能减排目标，印发的《河南省“十二五”节能减排综合性工作方案》明确指出：“节能减排是调整经济结构、转变发展方式的重要突破口，是破解资源环境约束、促进可持续发展的必由之路，是坚持以人为本、构建和谐社会的重要举措，是抢占竞争制高点、提高区域竞争力的必然要求；必须以科学发展观为指导，坚持节能减排不动摇，全面落实“十二五”节能减排综合性工作方案，努力实现不以牺牲农业和粮食、生态和环境为代价的“三化”（工业化、城镇化、农业现代化）协调科学发展。”
某630MW火力发电厂供热改造，正是为了适应城市采暖热负荷和工业热负荷的需求，一方面符合国家节能减排政策，另一方面也符合城市总体规划和专项规划的要求。目前该电厂己被列入洛阳市供热规划热源点，供热范围为洛阳供热东区、供热西区、伊滨区和偃师市部分采暖负荷。
该电厂设置有2台东汽N630-24.2/538/566型超临界、单轴、三缸四排汽、一次中间再热、冲动式、双背压纯凝汽轮机组。两台机组于2006年投产，随着机组运行周期的增长，虽有几次改进性检修，汽轮机效率仍偏离设计值，机组热耗和发电煤耗整体仍较高。主要参数如下表所示：
3改造方案论证
本汽轮机为高中压合缸，低压四分流结构，高中压结构紧凑，未考虑预留供热抽汽口，而低压则由于抽汽参数低，抽汽容积流量大，增加抽汽口更加困难，结合某电厂电厂实际，本次供热抽汽改造主要从高压缸排汽和中排联通管打孔抽汽，实现工业供汽和采暖供热。
3.1确定抽汽量及用汽参数
根据热用户的用量确定工业抽汽，从高压缸排汽进行抽汽，单机抽汽能力50t/h，压力1.57MPa，供热温度280-310℃，采用减压装置实现。中排抽汽额定供热抽汽量300t/h，最大供热抽汽量400t/h；抽汽压力0.6-1.1MPa，供热温度360-380℃，通过在连通管上加装调节蝶阀实现。
3.2抽汽点的选择
3.2.1工业抽汽：抽取蒸汽不影响机组安全运行，在满足锅炉再热器不超温的情况下对外供热；可抽出的蒸汽量及参数能满足用户要求；抽出口方便接出，尽量避免主机的改造；供汽参数在汽轮机50%负荷或以上时能满足接口处要求的蒸汽参数要求；抽汽参数尽可能接近用汽参数，避免高能低用。
3.2.2采暖供热：抽汽从中低压联通管上加装三通，具有简单易行、机组运行灵活性强等特点，在抽汽联通管三通后加装调节蝶阀（DN1300）实现可调整供热，抽汽压力范围0.60-1. 0 Mpa，供热温度360-380℃。调节蝶阀在启动及低负荷下参与调节。
3.3其它因素的确定
3.3.1 中排抽汽蝶阀前的安全泄压阀排放方式的选择
基于东汽D600C型机组出现多次低压转子叶片裂纹事件的发生，为避免安全泄压阀排汽排入低压缸入口，对低压转子的瞬时冲击较大，故采用中排抽汽蝶阀前的安全泄压阀排汽排向汽机厂房外。
3.3.2中排抽汽管道上加装液压快关阀
若抽汽管道上的阀门因故障不能关闭，供热系统蒸汽大量倒灌，引起超速，后果不堪设想。供热抽汽管道上设置一个快关阀，其主要目的是为甩热负荷工况下加速快关的功能，避免机组转速飞升和超速的可能性。
4 改造方案可靠性分析
4.1 对机组通流部分的影响
在高压缸排汽管道(再热冷段)上打孔抽汽后，高压各级焓降、压差、轮周功均有所增加（尤其是高压第7～8级增加较多）。在中、低压连通管上抽汽后，中压各级焓降、压差、轮周功均有所增加（尤其是中压第5～6级增加较多），而增加幅度随抽汽量的增加而递增。这有可能造成中压各级通流级强度超限，故必须对通流级强度做校核计算。经厂家校核计算，在进汽量不做任何限制的前提下，机组抽汽后，整个中压级次隔板压差均有所增加，隔板导叶应力、板体挠度发生变化，动叶片蒸汽弯应力也有所增加。但只要抽汽工况运行时调节保护好中排抽汽压力在要求范围内，机组的以上隔板和动叶片的强度就不会超标。
4.2 对汽轮机本体的影响
由于本次供热抽汽拟从中低压联通管开口抽汽，和高排冷段管道抽汽，因而对汽缸、隔板套等无影响，不作改造。
4.3轴向推力校核
4.3.1 经核算，通流基本没有变化，临界转速也基本不变，完全能满足机组安全运行的要求。
4.3.2 供热抽汽后，通流级反动度及部分轮毂上承受的压力发生变化，从而引起轴向推力发生变化。经计算，抽汽后，轴向推力有所下降，总推力有负向增大的趋势。供热抽汽后，转子推力发生变化，运行人员应对上述变化足够重视，以保证机组的安全运行。在较低工况抽汽时，将会产生零推力或负向推力，因而需对最低供热负荷提出限制。抽汽后，运行人员应对上述的变化引起足够的重视，以保证机组的安全运行。
4.4对中、低压靠背轮的螺栓的影响
机组供热抽汽后主蒸汽最大流量与原冷凝工况一样，高、中压缸的最大流量也不会超过原冷凝运行工况，故：高、中通流转子的运行状态基本没有发生改变。只是中排抽汽后，同样进汽工况下，中排压力会升高，这样中压通流的做功会减少，中、低压靠背轮间传动的力会减少，故不会对中、低压靠背轮的螺栓安全产生影响。
4.5回热系统的影响
抽汽后，由于抽汽参数的变化，将对加热器产生影响。从数据中可以看出，各抽口参数均有所降低，但各级加热器温升与抽汽前相比变化较小，抽汽量变化也不大，抽汽管道流速变化不大，故：可以认为，抽汽与否对加热器的运行及抽汽管道的安全基本不会产生影响。从附件热平衡图中可看出：相同进汽量下，供热工况较纯凝工况的最终给水温度约低2～3℃，这对锅炉安全稳定运行基本无影响。
4.6 对低压缸最小冷却流量的影响
低压缸最小冷却流量为262t/h，在供热期间，中低压连通管供热蝶阀关闭时的流量约280t/h，即：低压缸的最小进汽量约280t/h，保证了低压缸不会鼓风发热。通过在供热蝶阀前后设置压力、温度测点保证中低压连通管不超温超压，抽汽管道上设置压力、温度测点保证供热的安全可靠
5改造方案实施
5.1采暖站供热抽汽管道布置方案
5.1.更换带有抽汽口的中低压联通管，在中低压联通管上增设供热调节蝶阀（包括电动智能调节驱动机构等）和卸压安全阀, 卸压安全阀安装在抽汽管道上上,当压力超过设定值时自动开启,排汽排出汽机房外。
5.2工业用汽管道布置方案
工业用汽管道分别从#1、#2机再热蒸汽冷段引出，通过工业用汽供热母管进行联络布置在汽机房中间层，分别在管道上依次设置电动闸阀、电动调节阀、安全阀、止回阀。
6 改造后的经济性分析
6.1热力参数分析
额定进汽参数（24.2MPa/538℃/566℃）、额定排汽压力（4.9kPa）的条件下，对机组两种供热参数分别和同时供热进行热力计算。
6.2对环境减排的影响
集中联网供热后，节省了大量的锅炉房占地，有利于城市的合理规划和发展。以600MW机组为例，如按300t/h供汽量，年供热运行2880h测算，采用燃煤热电联产机组集中供热方式相对于分散小锅炉供热，每年可减少SO2排放1.78万t，CO2排放59.2×104 t，NOx排放8904t，烟尘排放16.14万t。也就是说，在生产同样蒸汽量的情况下，集中供热比小锅炉分散供热SO2排放量减少约92％，具有很好的环境效益。
7 结束语
该电厂热电联产改造项目的实施，不仅能提高能源利用率，而且还能提高电厂的经济性，在节约能源、改善环境、提高电厂上网竞争力等方面都具有较好的综合效益。