引言

某熱電廠是市郊礦區(qū)的坑口電廠,裝機(jī)規(guī)模為3×50Mw汽輪發(fā)電機(jī)組,配3×240t/h循環(huán)流化床鍋爐。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)制造的50Mw高壓單缸、單抽冷凝式空冷汽輪機(jī),在第l5級動葉前裝有旋轉(zhuǎn)隔板,調(diào)節(jié)第五段抽汽進(jìn)行供熱。該電廠冬季生產(chǎn)按"以熱定電"原則運(yùn)行,根據(jù)現(xiàn)狀熱負(fù)荷,運(yùn)行方式被核定為3爐2機(jī)運(yùn)行。該熱電廠供熱區(qū)域現(xiàn)狀供熱面積共374萬m2,從近幾年的實(shí)際供熱情況看,供熱能力已近飽和。

20l9年,在城市"三供一業(yè)"改造的背景以及居民樓面積日益增加的前提下,該電廠與市政熱力公司協(xié)議,計(jì)劃多增加70.87萬m2供熱面積。在電廠3爐2機(jī)運(yùn)行方式不變的情況下,電廠已無能力承擔(dān)該新增熱負(fù)荷。考慮采用背壓型的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為國家政策鼓勵類,電廠決定通過將抽凝機(jī)改造為背壓機(jī)的方法,增加供熱蒸汽量,滿足新增的熱負(fù)荷要求。

1熱負(fù)荷分析

根據(jù)相關(guān)供熱規(guī)范要求,結(jié)合近年來電廠實(shí)際供熱量和供熱面積等運(yùn)行數(shù)據(jù)反算,得出該熱電廠供熱范圍內(nèi)建筑的采暖綜合熱指標(biāo)為58.7w/m2。

新增供熱面積70.87萬m2后,西山熱電供熱面積共計(jì)將達(dá)445萬m2,需供熱功率261.3Mw。

當(dāng)?shù)夭膳臼彝庥?jì)算溫度為-12℃,采暖季室外平均溫度為-2.1℃,采暖季室內(nèi)計(jì)算溫度為18℃,采暖持續(xù)時(shí)間為l5l天。采暖熱負(fù)荷隨室外溫度變化而變化,可由下列公式求得:

式中,tw'為采暖季室外平均溫度:tw為采暖季室外計(jì)算溫度:Dx為采暖計(jì)算熱負(fù)荷。

根據(jù)上述采暖熱負(fù)荷計(jì)算公式,并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件參數(shù),可以得到改造前后采暖季不同室外溫度的延續(xù)時(shí)間、采暖熱負(fù)荷及年采暖供熱量,并繪制改造前后年采暖持續(xù)熱負(fù)荷曲線(圖l)。

圖1改造前后年采暖持續(xù)熱負(fù)荷曲線

按采暖季室外平均溫度為-2.l℃計(jì)算,改造增加面積后采暖季平均熱負(fù)荷為26l.3×[l8-(-2.l)]/[l8-(-l2)]≈l75.lMw。

經(jīng)計(jì)算得出,改造前年采暖供熱量為l9l.l0萬GJ,改造后年采暖供熱量為227.46萬GJ。本項(xiàng)目實(shí)施后,新增供熱面積70.87萬m2,電廠年采暖供熱量可增加36.36萬GJ,如圖l中陰影部分所示。

2汽機(jī)本體改造實(shí)施方案

汽輪機(jī)原設(shè)計(jì)參數(shù)為:主蒸汽額定壓力8.83MPa(a),主蒸汽流量(額定/最大)為276/295t/h,調(diào)整抽汽壓力為0.294＋0.026MPa(a),抽汽量(額定/最大)為l30/l50t/h?，F(xiàn)改造機(jī)組為3號汽輪機(jī),改造后背壓為0.294MPa(a)。

方案采用拆除原供熱抽汽口后末四級動葉、隔板、隔板套,增加汽缸悶板及悶板汽封,原供熱抽汽口變?yōu)楸硥号牌?上方中汽缸新增一個DN600的排汽口,引出至原供熱母管,以滿足排汽量增加的需要(圖2)。后汽缸及排汽裝置沒有

排汽進(jìn)入。

圖2汽輪機(jī)改造后縱剖圖

根據(jù)汽輪機(jī)廠動平衡試驗(yàn),轉(zhuǎn)子重量減少了l0%,軸承的動態(tài)特性和靜態(tài)特性滿足要求。轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和扭振頻率都有足夠的避開率。

3配套熱力系統(tǒng)改造方案

原有機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)五級抽汽,分別對應(yīng)2臺高壓加熱器、l臺高壓除氧器和2臺低壓加熱器,高壓加熱器疏水為逐級回流。本次改造后,凝結(jié)水系統(tǒng)不再使用,2臺低壓加熱器對應(yīng)的汽機(jī)抽汽和2臺低加疏水泵也不再使用。啟動、低負(fù)荷工況時(shí)高壓加熱器疏水改至疏水?dāng)U容器。背壓排汽全部至熱網(wǎng)加熱器供熱,其冷凝水利用原有疏水泵回至高壓除氧器。

原有機(jī)組五段抽汽口為汽缸下方2個DN600管口,2路抽汽管道引出后匯合成l路DN900抽汽管道接入廠房外采暖抽汽母管。根據(jù)汽機(jī)廠汽機(jī)本體改造方案,在中汽缸上部增加l個背壓排汽口(DN600),此排汽管道擬從中汽缸上部引出后就近下翻到8m運(yùn)轉(zhuǎn)層下方后接至廠房外采暖抽汽母管。

原凝結(jié)水系統(tǒng)部分引出至鍋爐冷渣器,作為其冷卻水,受熱后,返回汽機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)。本次改造后,因凝結(jié)水系統(tǒng)將不再使用,鍋爐冷渣器冷卻水改用熱網(wǎng)循環(huán)水冷卻。

原抽真空系統(tǒng)原設(shè)置2臺水環(huán)式真空泵。背壓改造后,后汽缸及排汽裝置不再有排汽進(jìn)入,排汽裝置和空冷塔不再承擔(dān)其功能,配套的水環(huán)式真空泵及空冷12臺風(fēng)機(jī)將不再使用。

原供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)換熱器分為上線和下線,分別對應(yīng)出廠的東西供熱管線。新增的70.87萬m2供熱面積均屬于下線換熱器供熱范圍。下線供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)供回水溫度為115/36℃,設(shè)計(jì)熱網(wǎng)循環(huán)水量為3100t/h,下線熱網(wǎng)加熱器額定供熱出力為243Mw,下線熱網(wǎng)加熱器疏水泵額定出力為470t/h。本項(xiàng)目實(shí)施后維持目前熱網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫度不變,下線供熱系統(tǒng)需熱網(wǎng)循環(huán)水量3070t/h,下線熱網(wǎng)加熱器需承擔(dān)供熱功率218Mw,熱網(wǎng)加熱器最大疏水流量為358t/h,現(xiàn)有下線供熱系統(tǒng)配套設(shè)備能力滿足改造后供熱功率需求,現(xiàn)有熱網(wǎng)設(shè)備容量無需擴(kuò)容改造。

4改造后3號汽機(jī)熱力系統(tǒng)及運(yùn)行方式優(yōu)化分析

3號汽輪機(jī)背壓改造后額定工況熱平衡圖如圖3所示。

采暖季機(jī)組供熱過程中,1臺抽凝機(jī)組和1臺背壓機(jī)組運(yùn)行,電廠總供熱負(fù)荷需求降低時(shí),可優(yōu)先降低抽凝機(jī)負(fù)荷滿足剩余供熱負(fù)荷需求。如供熱負(fù)荷很低,可考慮3號背壓機(jī)或1臺抽凝機(jī)單機(jī)運(yùn)行。如熱網(wǎng)負(fù)荷全部喪失,3號背壓機(jī)排汽管道和抽凝機(jī)采暖抽汽管道上設(shè)有安全閥和快關(guān)閥,保證3號背壓機(jī)安全停機(jī)或抽凝機(jī)切入純凝工況運(yùn)行。

5機(jī)組供熱改造后的供熱能力

熱電廠原采暖季3爐2機(jī)運(yùn)行,單機(jī)電功率不超過48Mw。改造前,電廠最大供熱能力為226.6Mw。改造后,采暖季1臺抽凝機(jī)和3號背壓機(jī)運(yùn)行。結(jié)合各工況熱平衡圖,改造后電廠最大供熱能力為3號背壓機(jī)最大進(jìn)汽工況(295t/h)加一臺抽凝機(jī)出力48Mw工況(表1)。

機(jī)組背壓改造后,兩臺汽輪機(jī)運(yùn)行最大供熱能力271.9Mw,電廠供熱能力共可增加約45.3Mw,供熱面積可增加約77.2萬m2,達(dá)到了改造的要求。

6節(jié)能分析

本項(xiàng)目3號汽輪機(jī)背壓改造后排汽全部用于供熱,沒有冷源損失,提高了3號機(jī)熱效率。

本項(xiàng)目減少的凝結(jié)水泵、真空泵、空冷風(fēng)機(jī)等電氣設(shè)備,每年可節(jié)省廠用電約187.5萬kwh。

7經(jīng)濟(jì)分析

采暖收入:改造后采暖季年供熱量增加約36.36萬GJ,供熱單價(jià)為20元/GJ(含稅),年采暖收入為727.2萬元。

售電收入:改造后年廠用電耗減少約187.5萬kwh,節(jié)省的廠用電量計(jì)入上網(wǎng)電量,上網(wǎng)電價(jià)為0.317元/kwh(含稅),則年售電收入為59.44萬元。

年收入合計(jì)為786.64萬元。

煤耗:改造后年煤耗量增加約1.88萬t,燃煤配比按原煤40%、研石30%、煤泥30%計(jì)算,原煤單價(jià)371元/t,研石單價(jià)120元/t,煤泥單價(jià)90元/t。年燃煤費(fèi)用增加397.43萬元。

本項(xiàng)目年均銷售收入786.64萬元,年均總成本費(fèi)用397.43萬元,年均利潤總額389.21萬元,年均所得稅97.31萬元,年均凈利潤291.9萬元。項(xiàng)目總投資818.78萬元,回收期2.81年,項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益良好。