1項目概況

1.1 項目立項背景

新疆華電喀什熱電有限責任公司(以下簡稱“喀什公司”)位于新疆維吾爾自治區(qū)喀什市，是喀什市的區(qū)域大型公益熱電廠，2臺350MW機組于2011年9月獲國家發(fā)改委核準建設，2014年1月、11月分別投產(chǎn)發(fā)電。

2015年喀什公司集中供熱最大熱負荷已達到590MW，接近2×350MW機組額定供熱能力647MW，2016年供熱負荷達到630MW，每年以10%左右比例增加。為了提高現(xiàn)有350MW機組的供熱能力、降低能耗、增強公司的盈利水平，擬對采用高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)，達到提升機組供熱能力，降低能耗指標目的。

熱電聯(lián)產(chǎn)是火力發(fā)電節(jié)能降耗的重要途徑之一，熱電聯(lián)產(chǎn)又以背壓供熱節(jié)能效果最為顯著，使用該技術(shù)可以充分回收利用機組冷源損失。華電集團分別在青島公司、裕華公司、十里泉電廠等采用“水冷機組低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱技術(shù)”實施改造，在供熱期冷源損失接近為零;在鹿華公司、昌吉熱電采用“直接空冷機組高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)”改造，機組供電煤耗大幅降低。國內(nèi)各大發(fā)電集團均在積極推進此類項目的實施。

喀什公司2×350MW機組為超臨界間接空冷式供熱機組，針對此類機組的高背壓供熱改造技術(shù)國內(nèi)還是一片空白，沒有成功應用案例，機組背壓提高后存在汽輪機低壓缸末級葉片安全性的問題，高背壓循環(huán)水供熱還有面臨配套的熱網(wǎng)老化、管道容易泄露，電廠孤島運行、需要調(diào)峰負荷，高背壓供熱后精處理高溫而失效，間冷塔散熱器冬季防凍等問題。

1.2 項目概括

喀什公司三期2×350MW超臨界間接空冷式機組，此類型機組的高背壓改造技術(shù)國內(nèi)還無改造先例，原有改造均為雙轉(zhuǎn)子互換或者直接空冷機組改造。2015年7月，喀什公司對該項目進行立項，考慮該項目為國內(nèi)第一臺間接空冷機組高背壓循環(huán)水供熱改造，將該項目轉(zhuǎn)為科研項目并立項研究，針對間接空冷超臨界機組高背壓供熱循環(huán)水供熱可能出現(xiàn)的一系列問題進行研究及技術(shù)應用。

2016年02月 項目技術(shù)方案在北京進行審查，華電集團公司科技環(huán)保部、華電新疆發(fā)電有限公司對本項目技術(shù)方案出具了審查意見，2016年4月列為集團2016年度第一批科技項目及技術(shù)標準編制計劃，項目編號為CHDKJ16-01-01，項目名稱為《超臨界間接空冷機組高背壓循環(huán)水供熱在線切換技術(shù)研究與應用》，承擔單位為新疆華電喀什熱電有限責任公司，課題組長黃獻華，研究起止時間為2015.7～2017.5，總投資為4002萬元。

1.3 工作過程及結(jié)論

2016年05月 喀什公司委托中國華電科工集團有限公司對本項目工程部分進行設計，2016年6月委托華電鄭州機械設計研究院有限公司進行該項目工程部分總承包業(yè)務。

2016年11月，項目研究成果在喀什公司#5機組上成功實施并順利投運，經(jīng)過2016～2017年度采暖期，機組在各種工況下的安全、可靠運行，證明高背壓供熱機組可以實現(xiàn)純凝發(fā)電、抽汽供熱、背壓供熱等多種運行模式的在線切換，同時滿足電網(wǎng)調(diào)峰以及供熱負荷協(xié)調(diào)的要求。

2017年1月，喀什公司委托性能監(jiān)測機構(gòu)對#5機組高背壓供熱工況的性能進行考核試驗，試驗結(jié)果證明項目實施后汽輪機發(fā)電煤耗大幅下降，供熱能力由323MW增加至512MW，提升189MW，發(fā)電煤耗由原設計值266.5g/kWh降至144.43g/kwh，降幅達到122.1g/kWh，節(jié)能效果顯著，完全達到了預期目標。

2017年3月，委托新疆國際信息檢索咨詢中心進行該項目查新，證明國內(nèi)有關于超臨界間接空冷機組DCS一體化控制、超臨界間接空冷機組現(xiàn)場總線控制技術(shù)的研究與應用報道，但有關超臨界間冷式高背壓供熱系統(tǒng)在線切換控制的研究未見文獻報道，該項目在國內(nèi)尚屬首次。

2 技術(shù)先進性分析

2.1 雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)原理

喀什公司根據(jù)超臨界間接空冷機組的特點，制定雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)方案及切換方案。凝汽器采用兩路獨立冷卻水源，各半側(cè)運行，兩個溫區(qū)換熱。即凝汽器半側(cè)通過熱網(wǎng)循環(huán)水，實現(xiàn)對外供熱，半側(cè)通過空冷島冷卻循環(huán)水，作為備用冷卻系統(tǒng)。

供熱系統(tǒng)中，熱網(wǎng)水回水通過閥門控制，先到凝汽器的一個通道，流量大約13500-14500t/h。凝汽器背壓升至33～38kPa(機組允許最高背壓48kPa)，對應排汽溫度71～75.5℃，熱網(wǎng)回水在凝汽器被加熱到68～72℃，再經(jīng)過熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓后進入熱網(wǎng)首站，在熱網(wǎng)首站的加熱器通過抽汽進行二次加熱至熱用戶需要的溫度后供給熱網(wǎng)系統(tǒng)。

備用冷卻系統(tǒng)中，系統(tǒng)利用原間冷塔的循環(huán)水系統(tǒng)和管道，再增加小容量變頻水泵與原有的泵并聯(lián)運行，通入凝汽器另一個通道，適應140MW到310MW之間的電負荷調(diào)峰或電負荷波動，還有確保熱網(wǎng)異常時可隨時投入循環(huán)水，防止熱網(wǎng)水中斷時機組背壓超限，而停機。

機組高背壓供熱中只運行變頻循環(huán)泵，變頻循環(huán)泵根據(jù)汽輪機低壓缸末級葉片安全監(jiān)控系統(tǒng)給定的指令自動調(diào)節(jié)變頻循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來控制冷卻水流量，冷卻水通過凝汽器的另一側(cè)半邊循環(huán)中帶走排氣部分熱量，使機組背壓在允許背壓范圍，從而確保機組低壓缸末級葉片在安全允許范圍內(nèi)運行。變頻循環(huán)泵同時為凝結(jié)水換熱系統(tǒng)提供冷卻水，防止凝結(jié)水溫度高而精處理樹脂失效，具體原理如下圖1所示。

圖1-雙溫區(qū)凝汽器循環(huán)水供熱原則性系統(tǒng)圖

此技術(shù)充分利用間冷機組的配置特點，克服了低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱技術(shù)必須停機更換的缺點，雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)及配套的應急冷卻系統(tǒng)最大限度的減少熱網(wǎng)對機組本身安全的影響，充分回收汽輪機低壓缸排汽冷源損失熱量，實現(xiàn)電廠效益和安全的最大化。提高機組供熱能力，實現(xiàn)了間冷機組在純凝發(fā)電、抽凝供熱、背壓供熱等多種運行模式不停機情況下在線切換，使機組可以連續(xù)運行。

雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)，改善供熱期間供熱負荷與供電負荷協(xié)調(diào)問題，提高背壓供熱機組的調(diào)峰能力。基本原理是備用冷卻系統(tǒng)中變頻循環(huán)泵經(jīng)過調(diào)整冷卻水量來始終保持機組加減負荷時的背壓值，使背壓始終調(diào)整到允許背壓范圍內(nèi)，解決高背壓供熱機組調(diào)峰電負荷可能出現(xiàn)背壓超限而無法運行的問題。該技術(shù)的成功實施有效解決了喀什公司2×350MW供熱機組面臨的問題，如所購熱網(wǎng)老化、電廠孤島運行、空冷島冬季防凍等一系列問題。

2.2 汽輪機安全監(jiān)測

機組在高背壓不抽汽工況下，低壓缸的流量和排汽流量較大，機組可以安全運行，但是天氣較冷時，為提高熱網(wǎng)循環(huán)水的供水溫度，需要從汽輪機抽汽在熱網(wǎng)首站對通過凝汽器后的熱網(wǎng)循環(huán)水進行二次加熱，隨著抽汽量的增加，低壓缸的排汽量隨之減少，抽汽量越大，進入低壓缸的排汽量減少越多，當接近某臨界值時，排汽流量達到設計流量的30%以下時報警，如果背壓再升高，容積流量會減少，當達到額定排氣流量的28%以下時，會進入低壓缸末級葉片的顫振區(qū)，此時葉片隨時會疲勞而斷裂，對機組安全運行帶來很大的隱患。根據(jù)廠家提供背壓限制曲線、末級葉片特性和有關要求，結(jié)合同類型直接空冷機組改造狀況，開發(fā)了汽輪機低壓缸末級葉片安全監(jiān)控系統(tǒng)，對機組顫振值圖形化顯示，詳見圖2.2-1、2和3。便于運行人員監(jiān)控、調(diào)整，保證機組安全運行。

圖2.2-1顫振數(shù)值報警圖

圖2.2-2相對容積流量報警圖

圖2.2-3 背壓限制報警圖

結(jié)論：安全監(jiān)測系統(tǒng)從DCS上讀取實時數(shù)據(jù)滿足運行工況判斷的準確性;每2s完成一次取數(shù)、計算、存儲，滿足對機組監(jiān)測的實時性;采用三取二的采集方式，使機組工況判斷更加精確;軟件畫面清晰且辨識度強，方便運行人員查看和調(diào)整。