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喀什市，是喀什市的區域大型公益熱電廠，2臺350MW機組于2011年9月獲國家發改委核準建設，2014年1月、11月分別投產發電。

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水供熱技術，達到提升機組供熱能力，降低能耗指標目的。

熱電聯產是火力發電節能降耗的重要途徑之一，熱電聯產又以背壓供熱節能效果最為顯著，使用該技術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子互換循環水供熱技術”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水供熱技術”改造，機組供電煤耗大幅降低。國內各大發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國內還是一片空白，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，高背壓循環水供熱還有面臨配套的熱網老化、管道容易泄露，電廠孤島運行、需要調峰負荷，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國內還無改造先例，原有改造均為雙轉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，考慮該項目為國內第一臺間接空冷機組高背壓循環水供熱改造，將該項目轉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水供熱可能出現的一系列問題進行研究及技術應用。

2016年02月 項目技術方案在北京進行審查，華電集團公司科技環保部、華電新疆發電有限公司對本項目技術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水供熱在線切換技術研究與應用》，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純凝發電、抽汽供熱、背壓供熱等多種運行模式的在線切換，同時滿足電網調峰以及供熱負荷協調的要求。

2017年1月，喀什公司委托性能監測機構對#5機組高背壓供熱工況的性能進行考核試驗，試驗結果證明項目實施后汽輪機發電煤耗大幅下降，供熱能力由323MW增加至512MW，提升189MW，發電煤耗由原設計值266.5g/kWh降至144.43g/kwh，降幅達到122.1g/kWh，節能效果顯著，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場總線控制技術的研究與應用報道，但有關超臨界間冷式高背壓供熱系統在線切換控制的研究未見文獻報道，該項目在國內尚屬首次。

2 技術先進性分析

2.1 雙溫區凝汽器供熱技術原理

喀什公司根據超臨界間接空冷機組的特點，制定雙溫區凝汽器供熱技術方案及切換方案。凝汽器采用兩路獨立冷卻水源，各半側運行，兩個溫區換熱。即凝汽器半側通過熱網循環水，實現對外供熱，半側通過空冷島冷卻循環水，作為備用冷卻系統。

供熱系統中，熱網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℃，熱網回水在凝汽器被加熱到68～72℃，再經過熱網循環泵升壓后進入熱網首站，在熱網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系統。

備用冷卻系統中，系統利用原間冷塔的循環水系統和管道，再增加小容量變頻水泵與原有的泵并聯運行，通入凝汽器另一個通道，適應140MW到310MW之間的電負荷調峰或電負荷波動，還有確保熱網異常時可隨時投入循環水，防止熱網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泵，變頻循環泵根據汽輪機低壓缸末級葉片安全監控系統給定的指令自動調節變頻循環泵轉速來控制冷卻水流量，冷卻水通過凝汽器的另一側半邊循環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運行。變頻循環泵同時為凝結水換熱系統提供冷卻水，防止凝結水溫度高而精處理樹脂失效，具體原理如下圖1所示。

圖1-雙溫區凝汽器循環水供熱原則性系統圖

此技術充分利用間冷機組的配置特點，克服了低壓缸雙背壓雙轉子互換循環水供熱技術必須停機更換的缺點，雙溫區凝汽器供熱技術及配套的應急冷卻系統最大限度的減少熱網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，實現電廠效益和安全的最大化。提高機組供熱能力，實現了間冷機組在純凝發電、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，使機組可以連續運行。

雙溫區凝汽器供熱技術，改善供熱期間供熱負荷與供電負荷協調問題，提高背壓供熱機組的調峰能力?；驹硎莻溆美鋮s系統中變頻循環泵經過調整冷卻水量來始終保持機組加減負荷時的背壓值，使背壓始終調整到允許背壓范圍內，解決高背壓供熱機組調峰電負荷可能出現背壓超限而無法運行的問題。該技術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，為提高熱網循環水的供水溫度，需要從汽輪機抽汽在熱網首站對通過凝汽器后的熱網循環水進行二次加熱，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，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。根據廠家提供背壓限制曲線、末級葉片特性和有關要求，結合同類型直接空冷機組改造狀況，開發了汽輪機低壓缸末級葉片安全監控系統，對機組顫振值圖形化顯示，詳見圖2.2-1、2和3。便于運行人員監控、調整，保證機組安全運行。

圖2.2-1顫振數值報警圖

圖2.2-2相對容積流量報警圖

圖2.2-3 背壓限制報警圖

結論：安全監測系統從DCS上讀取實時數據滿足運行工況判斷的準確性;每2s完成一次取數、計算、存儲，滿足對機組監測的實時性;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整。