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电厂抽汽供热改造节能环保分析

2016/01/18 阅读:

摘要:

介绍了神华天津国华盘山发电有限责任公司(以下简称盘山电厂)打孔抽汽供热改造方案,对采用该方案进行供热的节能、环保及经济效益进行了分析。结果表明,采用该供热方案每年可节约标煤13.82万t,二氧化硫、氮氧化物、烟尘将分别减排约1388.1t/a、1755.5t/a和2307.5t/a,投资回收期约5年。

关键词:

打孔抽汽供热;安全;节能环保;经济性

1引言

盘山电厂位于风景秀丽的盘山脚下,地处京津唐电网负荷的中心,是国家“八五”期间重点工程建设项目之一;装机容量2×500MW,2台500MW超临界燃煤发电机组由俄罗斯设计并供货,分别于1995年12月和1996年5月投产。2#、1#机组分别于2009年和2012年实施低压缸通流部分改造,已增容到530MW。蓟县城区规划建筑面积约2500万m2,现有建筑面积约500万m2,其中已实现较大面积的连片集中供热面积约200万m2,采暖集中供热普及率约35%。蓟县城区目前尚未建立城市集中供热系统,分别以小型集中供热系统、区域供热系统和家用土暖气及小煤炉供热3种方式为主,供热面积约480万m2。2011年,蓟县新城建设一期工程80万m2开始建设,5年规划建设345万m2,根据国家节能环保政策不得新增用能指标,“节能减排”压力巨大,靠新建传统锅炉房已无法满足供热需求,燃气和新能源供热又有不可承受的成本压力。蓟县急需利用大型热电联产热源来替代当前分散小锅炉,并满足目前新城建设的供热需求。在此背景下,天津市供热办公室2011年9月,发函确认将盘山电厂1#、2#机组抽汽供热技术改造工程纳入《天津市供热发展“十二五”规划》,以盘山电厂为热源,形成城市集中供热系统,替代部分现有区域供热系统,满足现有老城区及规划近几年开发的新城区集中供热需求。

2打孔抽汽供热改造方案

盘山电厂1#、2#机组汽轮机为К-500-240-4型超临界压力、一次中间再热、单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机。该汽轮机主汽压力为23.54MPa、温度为540℃,再热蒸汽压力为3.51MPa、温度540℃。该汽轮机共设有8段回热抽汽,分别供给3台高压加热器、2台小汽泵、1台除氧器和4台低压加热器。抽汽供热改造方案:汽轮机采用打孔抽汽,抽汽口在中压缸两排汽口连通管之间部位(见图1),在连通管上安装蝶阀进行可调整抽汽,抽汽调节系统由蝶阀、安全阀、逆止阀、抽汽快关调节阀等组成。当抽汽工况运行时将蝶阀关闭到某一位置,适当提高中压缸的排气压力,控制抽汽压力不小于0.25MPa,保证抽汽时中压缸不低于冷凝工况响应值。这样在抽汽时,中压末几级的压力没有降低,中压末几级叶片的焓降没有增加,可以保证机组运行安全。同时,为保证机组供热安全性,抽汽运行时,保持中压排气压力与调节级压力关系不变(即与纯凝工况一致)。抽汽供热管道由连通管引出至运行平台上方后,加装安全阀、逆止阀和快关阀。为防止连通管的振动及膨胀传递到抽汽管道上,在连通管与供热管道接口处,需加装弹性补偿节,并将补偿节后的抽汽管道固定在基础上,见图2。在充分保证机组安全的前提下,额定抽汽参数0.252MPa/194℃,单机额定抽汽量300t/h,最大抽汽量400t/h,单机额定供热能力194MW,最大供热能力258MW;改造后机组凝汽工况运行时的效率不低于原设计值,设备运行应力控制值,能适应原机组运行参数变化的要求;抽汽供热工况运行时,采暖抽汽疏水回收至主机热力系统,额定抽汽时机组出力475MW,最大抽汽时机组出力460MW。

3抽汽供热安全性分析

由于原始设计未对机组内部通流部分做抽汽的考虑,因此,要对通流部分进行强度校核。对于中压缸末3级叶片,在正常抽汽工况下,由于额定抽汽压力与纯凝状态下的中压缸排汽压力基本相同,中压缸末3级焓降与纯凝工况基本相同,其安全性可以保证。但在机组供热工况下,抽汽蝶阀的打开会使中压末3级的焓降瞬间增大,因此,需要对中压缸末3级叶片进行强度校核。通过对中压末三级进行了测绘,并对抽气工况的叶片强度进行校核,对末三级动叶片实物进行三坐标测绘,测绘时每隔20mm高度测绘一个截面,测绘截面约为52个。根据测绘数据判断末三级叶片出汽边高度约为:298mm、338mm、368mm,测绘后的型线见图3(分别为次次末级、次末级、末级)。由于三坐标测绘存在误差,每个截面数据点不在同一个平面上,需将每个截面投影到同一平面,生成spline曲线,将生成的spline曲线重新取点,在UG中进行光顺,重新生成截面数据。将全部50多个截面按照上述步骤完成,生成UG实体。根顶截面无法测绘,根据已经成型的UG叶片实体进行延伸成型。整理后的叶片实体见图4。在以上成型的UG实体上,重新抽取截面,整理叶片型线进行叶片强度计算。计算纯凝最大工况、最大抽汽工况(抽汽压力为0.20MPa)、最大抽汽工况(抽汽压力为0.25MPa)3种工况下中压末三级叶片的蒸汽弯应力。以上3种热力工况结果分析:机组在纯凝工况下运行,末三级叶片的蒸汽弯应力在许用范围内。抽汽工况与纯凝工况计算结果比较,各级有效焓降及蒸汽弯应力增加百分比,见表1、表2。根据以上结果对比分析,抽汽压力为0.25MPa时,中压缸末2、3级蒸汽弯应力,相比纯凝工况变化不大,末级叶片蒸汽弯应力增加7.46%,根据设计经验判断叶片蒸汽弯应力合格;抽汽压力降至0.20MPa时,中压缸末级叶片蒸汽弯应力增加约30%,根据设计经验判断,叶片蒸汽弯应力超标。因此,必须在中低压缸的连通管上安装蝶阀,对抽汽压力进行调节,控制抽汽压力不小于0.25MPa,确保机组安全运行。在最大抽汽工况下,进入低压缸的蒸汽流量,大于低压缸所需的最小冷却蒸汽流量,不会出现鼓风现象,所以低压缸通流部分是安全可靠的。

4节能效益和环境影响

将纯凝机组改造为热电联产机组后,由于发电厂锅炉燃烧效率高,且具备技术先进的烟气除尘、脱硫、脱硝设施。相对于供暖的小锅炉除尘设备落后,没有脱硫、脱硝设备,发电厂的烟气排放对大气环境的影响很小,并且发电厂高品位的热量先用于发电,最后的低品位的热量再用于供热,代替大量效率较低、耗煤量大、能源浪费、运行成本高、环保治理难的供热小锅炉,能源利用更充分、更环保。机组供热改造后,供热工况发电标准煤耗为282.48g/kWh,与纯凝工况的302.56g/kWh相比,发电标准煤耗降低约20.08g/kWh,2×500MW机组每年可节约发电标准煤耗量约11.04×104t/a;供热改造后供热标煤耗为39.31kg/GJ,全年供热量为2138112GJ/a。与目前蓟县采用小锅炉采暖供热相比,可节约供热标煤耗量约2.78×104t/a,发电和供热共可节约标煤耗量约13.82×104t/a。机组抽汽供热技术改造后,燃煤量增加了11×104t/a,相应增加大气污染物(SO2、烟尘、NOx)的排放量,分别为40.9t/a、12.5t/a、461.5t/a。由于机组集中供热与区域分散小锅炉比较,锅炉效率提高,同时替代了区域内的燃煤小锅炉(燃煤量约为29×104t/a),使得蓟县区域内大气污染物排放总量,得到较大消减,减排量SO2消减1388.1t/a、烟尘消减2307.5t/a,NOx消减1755.5t/a,具有良好的环境效益。

5抽汽供热经济性和投资效益分析

在抽汽供热运行工况下,只是改变了低压缸的流量,高、中压缸运行工况基本没有变化,仅低压缸相当于在部分负荷下运行,效率有所降低。但是,由于运行在抽汽供热工况下,部分蒸汽被抽走,对汽轮机而言,减小了冷源损失,降低了热耗值,极大地提高了机组的经济性。在非供热期,以纯凝汽工况运行基本不受影响,只是在联通管上加装蝶阀后,联通管上的压损会稍有增加,使得机组的热耗稍有增加,但经过运行,实践证明影响微乎其微。1#、2#机组抽汽供热改造项目动态总投资为8470万元,供热热价为28元/GJ,2013年实现部分供热,首笔热费结算为1672万元。本项目投资回收期约7.92年,其中包含了约3年(2012~2014年)项目建设期。本项目于2015年全部投入运行后,于2019年可实现全部投资回收。因此本项目全部建成后,投资回收期约5年,具有较好的经济效益。

参考文献:

[1]田增华,等.天津国华盘山发电有限责任公司1#、2#机组抽汽供热技术改造工程初步设计,2013.

[2]李昕.盘山电厂500MW汽轮机供热改造方案[R].天津国华盘山发电有限责任公司,2013.

作者:马洪英 单位:神华天津国华盘山发电有限责任公司

电厂抽汽供热改造节能环保分析

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