区域供热２００６．２期 Ｎ２Ｏ １２．７５／５３５／５３５型三缸三排汽汽 轮机组供热改造成热电两用机 东南大学 钟史明 华能德州电厂 章礼道 华北市政工程设计院 于希曾 天津市电力科学研究院 何熙光 【摘 要】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３－４个月，是个利国利民利企业的三赢 改造＿１２程。时值编制“十一五”十大重点节能＿１２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。 【关键词】热电联产供热改造 １ 前 言 新增供暖热电联产机组４０００万千瓦，形成年 近两年来，我国煤、电、油等能源供应全 节标准煤能力３５００万吨。这是我国又一发展 面紧张，使节能成为举国上下共同关心的问 热电联产的大好时机。 题。国家出台了《节能中长期专项规划》，为了 为此，天津市电力科学研究院已对我国 贯彻规划，实现规划目标，国家发改委近日启 火电厂已建的Ｎ２００＿三缸三排汽凝汽式汽轮 动了《规划》，提出了“十大重点节能工程”，旨 发电机组（据统计全国有ｌ６０余台）进行供热 在“十一五”期间实现节约２．４亿吨标准煤的 改造的研发，使之成为三北地区的热电两用 节能目标。其中第三项重点节能工程是区域 机组。其原理已得到制造厂家认可，并申报国 热电联产工程，在三北地区城镇及工业企业 家专利，专利号：２００４１００２０３９２．４（２００５年３月 中将分散的小供热锅炉改造为热电联产机 ２日国家专利局），现阐述如下。 组；分布式电热（冷）联产的示范和推广；对设 ２技术简介 备老化、技术落后陈旧的火电厂、热电厂进行 该机组为超高压、一次中间再热、单轴三 技术改造等措施。到２０１０年要求实现城市集 缸三排汽纯凝式汽轮机组，只发电不供热。在 中供热普及率由２００２年的２７％提高到４０％， 结构上汽轮机的高压缸、中压缸和三个低压 一６一 ． 维普资讯 http://www.cqvip.com
ｆ 堡丞 ． 塑 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。 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： ｉ｝１ 甲：对于中压缸通流级Ｐ中排≥Ｐ ｍ ；Ｉ ３供热改造方案 不改动汽轮机本体设备的核心部件一通 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 乙：对于低压缸通流级Ｐ低进≥Ｐ 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 全的ＤＥＨ调节软件，用以协调控制高压缸调 动等），为制造厂家设计所不容许。 节阀及Ａ、Ｂ调节阀（参见附图１）。能在设定 本机组改造后必须安全可靠，满足热电 参数上下限范围内、自动匹配调节，达到运行 用户要求： 热电用户之要求。 ・纯凝工况还行，Ｇ供热＝０，Ｐ中排必定为Ｐ州 ４供热改造原理 相应设计值，与未改前运行工况相同。 供热机组应能满足热用户供热蒸汽流量 ・满足热用户运行要求ｃ供热，Ｐ供热纯凝转 及供热蒸汽压力（温度）在一定范围内变动的 换为热电联产工况，其调节过程如下：（参见 要求 一般采暖抽汽压力为０．１２－０．２５ＭＰａ，而 附图２调节框图） 供热蒸汽流量随热用户需求而变化。 （１）开启Ｂ调节阀供汽，使Ｇ供热满足用户 本型汽轮机组的固有变工况特性包括： 要求，同时Ｐ 必下降。 （１）中压缸排汽压力与主汽流量成正比； （２）Ａ调节阀按照Ｐ ＝Ｆ（Ｇ±汽）关系关小节 （２）在主蒸汽流量不变时，若从低压导汽 流，使Ｐ ｃ｛ｌ排等于相应主汽流量下之Ｐ中排纯凝设计 供热至热力网站 流量Ｇ：ｔ／ｈ 压力Ｐ：胛ａ 温度ｔ：℃ Ｇ Ｐ ｔ Ｐ ２．３２１ ｔ ３０５．６℃ 再 热 器 图１ Ｎ２００三缸三排汽汽轮机组流程简图 一７一 维普资讯 http://www.cqvip.com
区域供热２００６．２期 阀门Ａ 阀门Ｂ 图２调节框图 国产２００ＭＷ汽轮机供热改造控制系统原理方框图 值，以满足安全条件甲，同时由于Ａ阀节流及低 排汽２００ＭＷ纯凝汽机组，可按上述技术改造 压导汽管抽走Ｇ供热之双重影响，Ａ阀后压力Ｐ低进 方案，成为“两用型”热电联产机组。即在不需 必定低于 ，安全条件乙也得到满足。 要供热时，可以纯凝方式发电，仍保持原有之 ｍ执 发电功率、热耗率等原设计之技术经济指标， （３）若Ｐ中排＞Ｐ 则关小Ｂ阀，以Ｂ阀节 而在需要供热时，又能立即转入热电联产方 流作用使Ｐ供热＝Ｐ： 。 式运行。 （４）若Ｐ中排＜Ｐ ，，则热控软件指令汽轮机 ５安全与技经分析 组原有之协调控制系统，按Ｐ －－ｖ（ｏ主汽）增加 （１）安全可靠 ・此供热改造方案，只在每根低压导汽 主汽流量，使乙直到Ｐ ＝Ｐ 为止。 管上增设一个串接调节阀Ａ和一个供热支管 上述自动调节过程是为便于叙述，分步 调节阀Ｂ，不改动汽轮机本体设备的核心部 说明，实际上是连续跟踪平稳调节。 件。因此可减少设备安全风险，而且可缩短改 以上分析是在以热定电工况下的情况进 造工期和降低改造费用。 行的，若电网调度要求改变发电机功率或热 ・供热改造后，在机组不供热时，Ａ阀全 力用户改变参数（供热压力），其热控自动系 开、Ｂ阀全关，仍为原设计纯凝汽工况。在热 统也能根据汽轮机变工况原理保持平稳调 电联产方式时，Ａ、Ｂ两阀自动协调动作，此时 节，使发电机功率、供热汽量及供热压力均可 机组的高压缸、中压缸和低压缸１，仍以原纯 在给定上下限之间的指定值运行，并确保有 凝汽工况运行，而双流低压缸２、３，则视供热 关参数满足机组安全经济设计规定。 量的大小，以某个较低负荷的设计纯凝工况 调整结果使由低压导汽管抽出蒸汽量 运行。这种分缸变工况运行原理与我国现有 （即供热蒸汽量）等于或基本等于进入２、３低 普遍采用的１ｏｏＭＷ、１３５ＭＷ、２ｏ０ＭＷ和 压缸减少之蒸汽量。 ３ｏ０ＭＷ诸类型供热发电两用热电联产机组的 据此，该Ｎ２００一ｌ２．７５／５３５／５３５三缸三 运行原理完全一样，已是运行成熟、安全可靠 一 一 维普资讯 http://www.cqvip.com
的运行方式。 （２）节能效益 ・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，汁入热电厂锅炉效率后合计 节标煤３８０００ｔ。 ・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。 ・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 ・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ｌ１００万 元，总改造费用亦只有１４００万元左右。 ・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ｌ８６ＭＷ，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 区域供热２００６．２期 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 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。 ・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。 ・基本不增加运行人员编制。 ・机组改造不占地，也没有运输环保等 问题。 ６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： ・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ｍ ，而大二电厂现有６台本类型机组， 改造后约可供１５００万ｍ 。而且大二电厂热源 位嚣靠近热负荷中心。若从大一大唐等位于大 同西部电厂供暖需增加热网投资２～３亿元，而 从大二电厂供热仅需０－３亿元热网投资。 ・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。 ・天津军粮城发电厂 该电厂有四台本型机组可供热１０００万 ｍ 。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 ６０００－，－７０００万１３１ ，现有大中型（下转第１３页） ．．９—— 维普资讯 http://www.cqvip.com
坚 堑 ＱＱ鱼 塑 很大的选择余地，特别是选择现场变送器供货 商，国内外有众多的厂家，无论是从价格还是 要对此部分内容格外注意。 对于第三种方式： 从性能上，都能满足用户的要求，而系统供货 商具有供热监控系统运行调控资质。其缺点 是：若现场控制器与现场变送器接口在招标 这种方式的优点是：克服了监控系统与 或评标工程中的细节要求不够，会给工程带来 意想不到的问题，会使检测参数的真实性受到 质疑。 现场控制单元，现场控制单元与现场仪表之间 接口不匹配的问题。同时采用这种方式，系统 供货商具备热网运行经验，所提供的系统及现 场控制器都在现场有过实际应用，避免了在工 程调试过程中的二次开发或由于供货商实际 经验不足给用户带来的工作量和损失；这种 集成方式也避免了在系统出现问题时，供货商 与供货商之间的纷争给工程造成的影响。 这种方式的缺点是：对系统供货商的依赖 性较强。 对于方式二： 近年来，越来越多的供热机组在热网中 被采用，它具有结构紧凑，重量轻，安装维修 方便，操作简单，运行可靠，低噪音，节约能源 等优点，可以实现气候补偿，定压补水，顺序 启动，失压保护，断电保护，超温保护，超压保 护，故障状态自动上传等多项功能。与上述优 点同时存在的缺点是：有些区域热力站现场 结论：一个设计合理，考虑周全的热网监 测控单元和现场仪表及执行机构的招标在热 力站机组部分，而机组供货厂商通常对监控系 统的了解不是很深刻，这就为机组现场控制单 元与监控系统的接口留下了隐患。 因此用户在决定采用这种方式时，一定 要在监控系统标书和机组标书中对通讯接口 有非常明确和详细的要求，并在评标过程中 控系统，不仅会使供热系统实现管网平衡，按 需供热，提高效率，还可以帮助供热企业提 高供热服务质量，降低能源消耗，增加经济 效益 参考文献 ［１］西北、中原、东北地区供热企业考察报告——北京 热力集团网站 （上接第９页）热电联产机组，供热能力最高个 ￣３０００万ｍ２，仍有较大缺口。 ・唐山市陡河电厂，有四台本型机组，正 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。 ・改造方案切实可行，仅在低压导汽管 好改造供唐山市区补充供暖能力。 ７总 论 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 ・“十一五”十大重点节能工程之一—— 济性好，每台改造机组一个采暖期利润达 “区域机电联产工程”要求新增４０ｏｏ万ｋＷ 热电机组，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 ５０００万元，投资回收期仅３Ｎ４个月。建议择 点示范，待取得经验后，大力推广。 参考文献 １６０台，大部分建在三北地区。如有采暖要求， 若有５０台改成热电两用机组，则一个采暖期 ［１］北京重型电机厂生产龙威公司通流改造Ｎ２００－ １２．７—５３５／５３５型汽轮机资料 ［２］天津市电力科学研究院三缸三排汽凝汽式中 可节约标煤约２００万吨，发电厂节约冷水塔 补水约３０００万吨，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 间再热Ｎ２００—１２．７—５３５／５３５型汽轮机组供热改 造报告２００４．８．１７ 一 ． ・
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