電廠抽汽供熱改造節能環保分析范文

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摘要：

介紹了神華天津國華盤山發電有限責任公司（以下簡稱盤山電廠）打孔抽汽供熱改造方案，對采用該方案進行供熱的節能、環保及經濟效益進行了分析。結果表明，采用該供熱方案每年可節約標煤13.82萬t，二氧化硫、氮氧化物、煙塵將分別減排約1388.1t/a、1755.5t/a和2307.5t/a，投資回收期約5年。

關鍵詞：

打孔抽汽供熱；安全；節能環保；經濟性

1引言

盤山電廠位于風景秀麗的盤山腳下，地處京津唐電網負荷的中心，是國家“八五”期間重點工程建設項目之一；裝機容量2×500MW，2臺500MW超臨界燃煤發電機組由俄羅斯設計并供貨，分別于1995年12月和1996年5月投產。2#、1#機組分別于2009年和2012年實施低壓缸通流部分改造，已增容到530MW。薊縣城區規劃建筑面積約2500萬m2，現有建筑面積約500萬m2，其中已實現較大面積的連片集中供熱面積約200萬m2，采暖集中供熱普及率約35%。薊縣城區目前尚未建立城市集中供熱系統，分別以小型集中供熱系統、區域供熱系統和家用土暖氣及小煤爐供熱3種方式為主，供熱面積約480萬m2。2011年，薊縣新城建設一期工程80萬m2開始建設，5年規劃建設345萬m2，根據國家節能環保政策不得新增用能指標，“節能減排”壓力巨大，靠新建傳統鍋爐房已無法滿足供熱需求，燃氣和新能源供熱又有不可承受的成本壓力。薊縣急需利用大型熱電聯產熱源來替代當前分散小鍋爐，并滿足目前新城建設的供熱需求。在此背景下，天津市供熱辦公室2011年9月，發函確認將盤山電廠1#、2#機組抽汽供熱技術改造工程納入《天津市供熱發展“十二五”規劃》，以盤山電廠為熱源，形成城市集中供熱系統，替代部分現有區域供熱系統，滿足現有老城區及規劃近幾年開發的新城區集中供熱需求。

2打孔抽汽供熱改造方案

盤山電廠1#、2#機組汽輪機為К-500-240-4型超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機。該汽輪機主汽壓力為23.54MPa、溫度為540℃，再熱蒸汽壓力為3.51MPa、溫度540℃。該汽輪機共設有8段回熱抽汽，分別供給3臺高壓加熱器、2臺小汽泵、1臺除氧器和4臺低壓加熱器。抽汽供熱改造方案：汽輪機采用打孔抽汽，抽汽口在中壓缸兩排汽口連通管之間部位（見圖1），在連通管上安裝蝶閥進行可調整抽汽，抽汽調節系統由蝶閥、安全閥、逆止閥、抽汽快關調節閥等組成。當抽汽工況運行時將蝶閥關閉到某一位置，適當提高中壓缸的排氣壓力，控制抽汽壓力不小于0.25MPa，保證抽汽時中壓缸不低于冷凝工況響應值。這樣在抽汽時，中壓末幾級的壓力沒有降低，中壓末幾級葉片的焓降沒有增加，可以保證機組運行安全。同時，為保證機組供熱安全性，抽汽運行時，保持中壓排氣壓力與調節級壓力關系不變（即與純凝工況一致）。抽汽供熱管道由連通管引出至運行平臺上方后，加裝安全閥、逆止閥和快關閥。為防止連通管的振動及膨脹傳遞到抽汽管道上，在連通管與供熱管道接口處，需加裝彈性補償節，并將補償節后的抽汽管道固定在基礎上，見圖2。在充分保證機組安全的前提下，額定抽汽參數0.252MPa/194℃，單機額定抽汽量300t/h，最大抽汽量400t/h，單機額定供熱能力194MW，最大供熱能力258MW；改造后機組凝汽工況運行時的效率不低于原設計值，設備運行應力控制值，能適應原機組運行參數變化的要求；抽汽供熱工況運行時，采暖抽汽疏水回收至主機熱力系統，額定抽汽時機組出力475MW，最大抽汽時機組出力460MW。

3抽汽供熱安全性分析

由于原始設計未對機組內部通流部分做抽汽的考慮，因此，要對通流部分進行強度校核。對于中壓缸末3級葉片，在正常抽汽工況下，由于額定抽汽壓力與純凝狀態下的中壓缸排汽壓力基本相同，中壓缸末3級焓降與純凝工況基本相同，其安全性可以保證。但在機組供熱工況下，抽汽蝶閥的打開會使中壓末3級的焓降瞬間增大，因此，需要對中壓缸末3級葉片進行強度校核。通過對中壓末三級進行了測繪，并對抽氣工況的葉片強度進行校核，對末三級動葉片實物進行三坐標測繪，測繪時每隔20mm高度測繪一個截面，測繪截面約為52個。根據測繪數據判斷末三級葉片出汽邊高度約為：298mm、338mm、368mm，測繪后的型線見圖3（分別為次次末級、次末級、末級）。由于三坐標測繪存在誤差，每個截面數據點不在同一個平面上，需將每個截面投影到同一平面，生成spline曲線，將生成的spline曲線重新取點，在UG中進行光順，重新生成截面數據。將全部50多個截面按照上述步驟完成，生成UG實體。根頂截面無法測繪，根據已經成型的UG葉片實體進行延伸成型。整理后的葉片實體見圖4。在以上成型的UG實體上，重新抽取截面，整理葉片型線進行葉片強度計算。計算純凝最大工況、最大抽汽工況（抽汽壓力為0.20MPa）、最大抽汽工況（抽汽壓力為0.25MPa）3種工況下中壓末三級葉片的蒸汽彎應力。以上3種熱力工況結果分析：機組在純凝工況下運行，末三級葉片的蒸汽彎應力在許用范圍內。抽汽工況與純凝工況計算結果比較，各級有效焓降及蒸汽彎應力增加百分比，見表1、表2。根據以上結果對比分析，抽汽壓力為0.25MPa時，中壓缸末2、3級蒸汽彎應力，相比純凝工況變化不大，末級葉片蒸汽彎應力增加7.46%，根據設計經驗判斷葉片蒸汽彎應力合格；抽汽壓力降至0.20MPa時，中壓缸末級葉片蒸汽彎應力增加約30%，根據設計經驗判斷，葉片蒸汽彎應力超標。因此，必須在中低壓缸的連通管上安裝蝶閥，對抽汽壓力進行調節，控制抽汽壓力不小于0.25MPa，確保機組安全運行。在最大抽汽工況下，進入低壓缸的蒸汽流量，大于低壓缸所需的最小冷卻蒸汽流量，不會出現鼓風現象，所以低壓缸通流部分是安全可靠的。

4節能效益和環境影響

將純凝機組改造為熱電聯產機組后，由于發電廠鍋爐燃燒效率高，且具備技術先進的煙氣除塵、脫硫、脫硝設施。相對于供暖的小鍋爐除塵設備落后，沒有脫硫、脫硝設備，發電廠的煙氣排放對大氣環境的影響很小，并且發電廠高品位的熱量先用于發電，最后的低品位的熱量再用于供熱，代替大量效率較低、耗煤量大、能源浪費、運行成本高、環保治理難的供熱小鍋爐，能源利用更充分、更環保。機組供熱改造后，供熱工況發電標準煤耗為282.48g/kWh，與純凝工況的302.56g/kWh相比，發電標準煤耗降低約20.08g/kWh，2×500MW機組每年可節約發電標準煤耗量約11.04×104t/a；供熱改造后供熱標煤耗為39.31kg/GJ，全年供熱量為2138112GJ/a。與目前薊縣采用小鍋爐采暖供熱相比，可節約供熱標煤耗量約2.78×104t/a，發電和供熱共可節約標煤耗量約13.82×104t/a。機組抽汽供熱技術改造后，燃煤量增加了11×104t/a，相應增加大氣污染物（SO2、煙塵、NOx）的排放量，分別為40.9t/a、12.5t/a、461.5t/a。由于機組集中供熱與區域分散小鍋爐比較，鍋爐效率提高，同時替代了區域內的燃煤小鍋爐（燃煤量約為29×104t/a），使得薊縣區域內大氣污染物排放總量，得到較大消減，減排量SO2消減1388.1t/a、煙塵消減2307.5t/a，NOx消減1755.5t/a，具有良好的環境效益。

5抽汽供熱經濟性和投資效益分析

在抽汽供熱運行工況下，只是改變了低壓缸的流量，高、中壓缸運行工況基本沒有變化，僅低壓缸相當于在部分負荷下運行，效率有所降低。但是，由于運行在抽汽供熱工況下，部分蒸汽被抽走，對汽輪機而言，減小了冷源損失，降低了熱耗值，極大地提高了機組的經濟性。在非供熱期，以純凝汽工況運行基本不受影響，只是在聯通管上加裝蝶閥后，聯通管上的壓損會稍有增加，使得機組的熱耗稍有增加，但經過運行，實踐證明影響微乎其微。1#、2#機組抽汽供熱改造項目動態總投資為8470萬元，供熱熱價為28元/GJ，2013年實現部分供熱，首筆熱費結算為1672萬元。本項目投資回收期約7.92年，其中包含了約3年（2012~2014年）項目建設期。本項目于2015年全部投入運行后，于2019年可實現全部投資回收。因此本項目全部建成后，投資回收期約5年，具有較好的經濟效益。

參考文獻：

［1］田增華，等.天津國華盤山發電有限責任公司1#、2#機組抽汽供熱技術改造工程初步設計，2013.

［2］李昕.盤山電廠500MW汽輪機供熱改造方案［R］.天津國華盤山發電有限責任公司，2013.

作者：馬洪英 單位：神華天津國華盤山發電有限責任公司