n200-12.75／535／535型三缸三排汽汽轮机组供热改造成热电两用机

N20012.75/535/535 型三缸三排汽汽轮机组供热改造成热电两用机 核心提示：三缸三排汽 200MW 汽轮机组由于结构安全上的原因，制造厂家一直认为不能 改造为供热发电两用机。近来，天津市电科院提出了一种新技术，可将三缸三排汽纯凝汽 机组改造成供热，发电“两用”的热电联产机组，其原理已得到制造厂家认可，并已申请 了国家发明专利（专利号 200410020392.4） 。本文主要介绍其供热改造的机理，改造后的安 全可靠性，运行灵活性和技术经济分析等，按案例分析一台 N200 机组改成热电两用机后， 一个采暖期节约标煤 38000 吨，年收益 5000 万元，投资不超过 1500 万元（含热网首站） ， 投资回收期不到 34 个月，是个利国利民利企业的三赢改造工程。时值编制“十一五”十 大重点节能工程之一“区域热电联产工程” ，建议列入实施方案，择点示范，待取得经验后， 大力推广。 关 键 字：N20012.75/535/535 型三缸三排汽汽轮机组供热改造成热电两用机 N20012.75 535 535 三缸三排汽 汽轮机组 供热 热电两用机 0 前言 近两年来，我国煤、电、油等能源供应全面紧张，使节能成为举国上下共同关心的问题。 国家出台了节能中长期专项规划 ，为了贯彻规划，实现规划目标，国家发改委近日启动 了规划 ，提出了“十大重点节能工程” ，旨在“十一五”期间实现节约 2.4 亿吨标准煤 的节能目标。其中第三项重点节能工程是区域热电联产工程，在三北地区城镇及工业企业 中将分散的小供热锅炉改造为热电联产机组；分布式电热（冷）联产的示范和推广；对设 备老化、技术落后陈旧的火电厂、热电厂进行技术改造等措施。到 2010 年要求实现城 市集中供热普及率由 2002 年的 27提高到 40，新增供暖热电联产机组 4000 万千瓦，形 成年节标准煤能力 3500 万吨。这是我国又一发展热电联产的大好时机。 为此，天津市电力科学研究院已对我国火电厂已建的 N200 三缸三排汽凝汽式汽轮发电机 组（据统计全国有 160 余台）进行供热改造的研发，使之成为三北地区的热电两用机组。 其原理已得到制造厂家认可，并申报国家专利，专利号：200410020392.4（2005 年 3 月 2 日国家专利局） ，今阐述如下。 1 技术简介 如附图 1 所示：额定工况热平衡图。 它是超高压、一次中间再热、单轴三缸三排汽纯凝式汽轮机组，只发电不供热。在结构上 汽轮机的高压缸、中压缸和三个低压缸布置在同一根主轴上。主蒸汽先进入高压缸，高压 缸排汽导入锅炉再热器，再热后进入中压缸，中压缸排汽分为两股汽流，一路直接进入与 中压缸联成一体的低压缸，另一路经低压导汽管进入对称布置的两个低压缸。 （详见附图 1 热平衡图） 2 供热改造方案 不改动汽轮机本体设备的核心部件通流部件，只在低压导汽管上增装串联调节阀 A 和供 热支管上调节阀 B 和一套保证机组安全的 DEH 调节软件，用以协调控制高压缸调节阀及 A、B 调节阀。 （参见附图 2）能在设定参数上下限范围内、自动匹配调节，达到运行热电 用户之要求。 3 供热改造原理 供热机组应能满足热用户供热蒸汽流量及供热蒸汽压力（温度）在一定范围内变动的要求。 一般采暖抽汽压力为 0.120.25MPa，而供热蒸汽流量随热用户需求而变化。 本型汽轮机组的固有变工况特性包括： （1） 中压缸排汽压力与主汽流量成正比； （2） 在主蒸汽流量不变时，若从低压导汽管上多抽汽，中压缸排汽压力必下降，反之亦 然。 根据汽轮机隔板强度要求，在任何情况下必须同时满足以下两个安全条件： 甲：对于中压缸通流级 P 中排P 中排凝汽设计值 乙：对于低压缸通流级 P 低进P 低进凝汽设计值 否则将对机组安全运行产生诸多严重影响（如隔板强度不够、差胀增加、轴封磨损、振动 等） ，为制造厂家设计所不容许。 本机组改造后必须安全可靠，满足热电用户要求： l 纯凝工况运行，G 供热0，P 中排必定为 P 中排之相应设设计值，与未改前运行工况相 同。 l 满足热用户运行要求 G 供热，P 供热，纯凝转换为热电联产工况，其调节过程如下： （参见附图 3 调节框图） （1）开启 B 调节阀供汽，使 G 供热满足用户要求，同时 P 中排必下降。 （2）A 调节阀按照 P 中排F（G 主汽）关系关小节流，使 P 中排等于相应主汽流量下之 P 中排纯凝设计值，以满足安全条件甲，同时由于 A 阀节流及低压导汽管抽走 G 供热之双 重影响，A 阀后压力 P 低进必定低于 P 低进纯凝，安全条件乙也得到满足。 （3）若 P 中排P 供热用户，则关小 B 阀，以 B 阀节流作用使 P 供热P 供热用户。 （4）若 P 中排 P 供热用户，则热控软件指令汽轮机组原有之协调控制系统，按 P 中排 F（G 主汽）增加主汽流量，使之直到 P 中排P 供热用户为止。 上述自动调节过程是为便于叙述，分步说明，实际上是连续跟踪平稳调节。 以上分析是在以热定电工况下的情况进行的，若电网调度要求改变发电机功率或热力用户 改变参数（供热压力） ，其热控自动系统也能根据汽轮机变工况原理保持平稳调节，使发电 机功率、供热汽量及供热压力均可在给定上下限之间的指定值运行，并确保有关参数满足 机组安全经济设计规定。 调整结果使由低压导汽管抽出蒸汽量（即供热蒸汽量）等于或基本等于进入 2、3 低压缸减 少之蒸汽量。 据此，该 N20012.75/535/535 三缸三排汽 200MW 纯凝汽机组，可按上述技术改造方案， 成为“两用型”热电联产机组。即在不需要供热时，可以纯凝方式发电，仍保持原有之发 电功率、热耗率等原设计之技术经济指标，而在需要供热时，又能立即转入热电联产方式 运行。 4 安全与技经分析（参见附表改造前后技经对比表） （1）安全可靠 l 此供热改造方案，只在每根低压导汽管上增设一个串接调节阀 A 和一个供热支管调节阀 B，不改动汽轮机本体设备的核心部件。因此可减少设备安全风险，而且可缩短改造工期 和降低改造费用。 l 供热改造后，在机组不供热时，A 阀全开、B 阀全关，仍为原设计纯凝汽工况。在热电 联产方式时，A、B 两阀自动协调动作，此时机组的高压缸、中压缸和低压缸 1，仍以原纯 凝汽工况运行，而双流低压缸 2、3，则视供热量的大小，以某个较低负荷的设计纯凝工况 运行。这种分缸变工况运行原理与我国现有普遍采用的 100MW、135MW 、200MW 和 300MW 诸类型供热发电两用热电联产机组的运行原理完全一样，已是运行成熟、安全可 靠的运行方式。 （2）节能效益 l 供热改造后，额定工况：主汽量：570.64t/h，供热流量 214.3t/h，发电标煤耗从纯凝工况 315.1g/kW.h，减少至 255.5g/kW.h。下降了 59.6g/kW.h，下降了 18.9%。以最大供热量计算 一个采暖期发电节标煤 28900t，供热节标煤 5502t，计入热电厂锅炉效率后合计节标煤 38000t。 l 由于供热后低缸排汽量减少，汽轮机组循环水泵可节约厂用电 600kW，抵消了部分首站 热网循环泵电量。 l 减少电厂冷水塔的蒸发损失，大量节水，以某电厂 2003 年统计每台机组在一个采暖季节 以最大供热量运行可节省补充水 68 万吨。 （3）经济效益 l 热源改造投资小，机组一台本方案各种改造费约 400 万元，折合每 t/h 供热汽量热源投资 为 1.6 万元，而新建锅炉供热热源投资每 t/h 在 35 万元。另有征地、运煤、除灰、环保等 诸多问题。每台机新增供热能力相当于新建一台 135MW 热电联产机组，可节约投资 8 亿 多。即使包括供暖首站费用约 1100 万元，总改造费用亦只有 1400 万元左右。 l 单台机组改造后经初步计算可提供最大供暖抽汽量 256t/h，折合供热量 620GJ/h。机组出 力 186MW，主汽流量 665t/h。以目前该电厂机组电力上网价格及开发区供热价计算。每台 机组在一个采暖期若以最大工况运行，仅在燃料费不变时新增加供热收入抵消减少售电收 入后的一项收益即比纯凝工况可增利约 5000 万元/台.冬。改造投资回收期不到一个季度， 经济效益十分诱人。 （4）环境效益 若改造后每台机组每个供暖季节标煤 38000 吨，则相应减少粉尘全排放量 15000 吨，减少 CO2 75000 吨减少 SO2 760 吨，减少灰渣全排放 5700 吨。而且，热电厂锅炉除尘脱硫都能 达标，而分散供热或锅炉房供热都很难达到环保要求。所以，环保效益很好。 （5）其它效益 l 运行方式灵活，在不供热时，本机组仍可立即恢复原凝汽运行方式，性能不变。 l 改造工作量小，改造工期短，机组改造期只需一个小修期即可。 l 基本不增加运行人员编制。 l 机组改造不占地，也没有运输环保等问题。 5 推广范围大 全国约有本类型机组 160 台，多数安装在冬季采暖三北地区。且一般距城镇采暖热负荷中 心较近，可降低热力网的基建投资和运行成本。 例如： l 山西大同第二发电厂 大同市蓝天工程需增加供热采暖面积约 1000 万 m2，而大二电厂现有 6 台本类型机组，改 造后约可供 1500 万 m2。而且大二电厂热源位置靠近热负荷中心。若从大一大唐等位于大 同西部电厂供暖需增加热网投资 23 亿元，而从大二电厂供热仅需 0.3 亿元热网投资。 l 山东省某市某企业自备电厂 该市区几十万人现仍用锅炉房供热，没有热电联产机组。坐落在近市区的该企业自备电厂 有两台本机组。市政府一直希望供热，至今未解决，该技术正好解决此问题，而该企业新 建两台 300MW 热电联产机组专供本企业自用。而且该市热力管网已建成，就缺热源。 l 天津军粮城发电厂 该电厂有四台本型机组可供热 1000 万 m2。热源地点合适：天津滨海新区所属经济技术开 发区、保税区、空港物流区、东丽开发区，以及沿津塘路两侧直到河东区均在军电厂供热 半径内，该区域内现有中低参数小机组供热，远不能满足发展需要。天津市内六区总供热 面积为 60007000 万 m2，现有大中型热电联产机组，供热能力最高不到 3000 万 m2， 仍有较大缺口。 l 唐山市陡河电厂，有四台本型机组，正好改造供唐山市区补充供暖能力。 6 总论 l “十一五”十大重点节能工程之一“区域热电联产工程”要求新增 4000 万 kW 热 电机组总量，形成一年节能能力 3500 万吨标煤。而 N200 三缸三排汽凝汽式机组全国约有 160 台，大部分建在三北地区。如有采暖需求，若有 50 台改成热电两用机组，则一个采暖 期可节约标煤约 200 万吨，与新建相同供热能力之 135MW 热电联产两用机组 50 台相比， 可节约投资约 300 亿元。且另有节地、节水，省劳动力等诸多效益，是个于国于民于企业 三赢的工程，效益巨大。 l 改造方案切实可行，仅在低压导汽管上加装调节阀和供热支管，不改动主机本体。安全 性好，省时、省地，运行灵活，投资省，经济性好，每台改造机组一个采暖期利润达 5000 万元，投资回收期仅 34 个月。建议