N／／型三缸三排汽汽轮机组供热改造成热电两用机

1、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，

2、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

3、，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

4、），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

5、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

6、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

7、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N

8、20012.75/535/535三缸三排汽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，

9、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

10、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

11、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

12、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

13、，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

14、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