电厂2x1000MW机组扩容提效改造中节能与技术风险的探析

电厂 2x1000MW机组扩容提效改造中节能与技术风险的探析

钱忠文

国家能源集团浙江电力有限公司 浙江杭州 邮编 310012

摘要：目前，我国已是世界上1000MW超超临界机组发展最快、数量最多、容量最大和运行性能最先进的国家，截至2016年12月，我国已运行的1000MW机组超超临界机组达到96台。这标志着我国25-27MPa，600℃/600℃等级一次再热超超临界发电技术已经完全成熟，全面掌握设计、制造、施工、运行各方面技术。为进一步提高参数打下扎实基础。国内百万等级1000MW和1050MW两种超超临界参数机组均已投入商运，其中1000MW机组包括华能玉环电厂、外高桥电厂三期、北仑电厂三期等项目，本文以北仑电厂三期2x1000MW机组扩容提效改造为基础，探讨了节能效果与技术风险方面的内容，经机组扩容提效改造后，机组发电容量可以增加50MW，降低煤耗，汽电双驱引风机改造后可降低厂用电率，改造项目的抗风险能力极佳。

关键词：2x1000MW机组；扩容提效；技术改造；节能

1.问题的提出

清洁高效开发利用煤炭资源，是能源“十三五”规划提出的一项重要目标。电力工业是利用煤炭资源的重点领域之一，为满足电力设备的安全稳定运行需求和国家对节能减排的要求，有效提高汽轮机缸效、降低机组热耗对电厂降低煤耗和节能减排具有重大意义。北仑电厂三期工程2×1000MW一次再热超超临界发电机组分别于2008年12月、2009年6月通过168小时满负荷试运后正式投入商业运行。投运至今已达10年，由于供热问题造成机组在夏季时出力不足，加之机组老化导致设备状态下降，机组经济性落后于国内同级别机组的先进水平。同时，面临高压缸需返厂检修的问题。为此，北仑三发开展扩容增效改造的可行性研究工作，拟通过相应的汽轮机扩容提效改造，提高汽轮机通流效率，改善机组的运行状况、提高机组的经济性和运行灵活性。以符合节能降耗政策要求，适应市场竞争环境，进一步增强企业的竞争能力。

2.北仑电厂三期机组概述

北仑电厂三期工程2×1000MW机组的汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽器式汽轮机（型号：N1000-26.25/600/600（TC4F））。设计铭牌出力（TRL）为1000MW，设计阀门全开工况（VWO）出力为1060.44MW，机组设计保证热耗（THA工况）为7328 kJ/kWh。

热力系统采用八级回热抽汽系统，设有2（即双列）×3台高压加热器、一台除氧器、四台低压加热器和一台疏水加热器。每台机组设置一套容量为35%BMCR高压和低压两级串联汽轮机旁路系统。给水泵配置为2×50%汽动给水泵和1×30%电动给水泵（只做启动不做备用）。每台汽动给水泵配置1台同轴给水前置泵，电动给水泵配有1台与主泵用同一电机拖动的前置泵。凝结水系统采用100%容量的中压凝结水精处理系统，系统采用2×100%容量的凝结水泵，采用一台变频和一台工频运行模式，不设凝结水升压泵。每台机组设一根压力为0.8-1.3MPa(g)，温度为240～380℃的辅助蒸汽母管，与一期冷再联络管道连接。第一台机组启动及低负荷时辅助蒸汽来自一期冷再热蒸汽(250-330℃，3.8MPa(g))，机组正常运行后，辅助蒸汽来源主要为运行机组的冷再和四抽。每台机组设置二台循环水泵，按扩大单元制设计，二台机组之间设有联络母管和电动联络阀。开式循环冷却水系统由电动旋转滤网、开式冷却水升压泵、闭式循环冷却水热交换器等组成，开式水泵和闭式水泵均按100%容量两台配置，并联连接，一台运行一台备用；闭式循环冷却水热交换器按2×65%容量配置，结构型式为管式。

锅炉设备为东方锅炉（集团）股份有限公司生产的超超临界参数变压运行、单炉膛、一次中间再热、前后墙燃烧方式、平衡通风、全钢悬吊结构Π型燃煤锅炉。锅炉额定过热蒸汽压力为27.46MPa.g，额定过热蒸汽温度为605℃，额定过热蒸汽流量为2996.3 t/h。

锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，前后墙各3层，每层8只直流燃烧器，每层燃烧器由同一台磨煤机供给煤粉，在燃烧器上部设有燃尽风喷嘴。每台锅炉配置6台高效可靠的MPS中速磨煤机和皮带称重式给煤机，5台运行、1台备用。配置100%容量的密封风机2台，供给6台磨煤机以及前插板门的密封风。锅炉点火采用高能电弧点火装置，二级点火系统，油枪采用压力机械雾化方式。每炉前后墙各装设3层油枪和高能点火器，共装设48根油枪和高能点火器，并采用等离子点火系统。本期工程油罐及油水分离装置利用一、二期设施，配置3台变频离心式供油泵。本工程送风机、一次风机配置两台50％容量动叶可调轴流式风机，经汽动引风机及深度减排改造后，现配置2x33％汽动引风机+1x33%电动引风机。

3.北仑电厂三期机组的运行现状

北仑电厂三期机组投运至今已达10年，机组运行存在问题有：（1）机组夏季出力不足。夏季工况机组出力不足，机组运行达到额定功率1000MW比较勉强。主要原因有：首先，目前三期机组运行时，当汽轮机补汽阀打开后，1号瓦振动会明显上升，受制于这个因素，目前汽轮机补汽阀被限制打开，高压缸的通流面积受限；其次，机组供热及汽动引风机改造后，机组满负荷时，背压机抽汽及对外供热的蒸汽量增大（约140t/h），高压缸流量增加，而低压缸流量减少，汽轮机运行偏离设计值；最后，机组老化导致设备性能下降。（2）背压机抽汽量的增加，进一步影响机组的出力。为解决烟气系统阻力增大而导致汽动引风机出力不足的问题，近期将实施环保改造，采用增加背压机的抽汽量来增加背压机的输出功率，进而提升引风机出力以满足烟气系统要求。对于原机组出力不足的情况，抽汽量的增加无疑进一步影响原机组的出力。（3）高压缸面临返厂大修。机组已投运10年，按照上汽厂的技术规范要求，汽轮机高压缸需返厂进行大修。经咨询上汽厂，一台机组转子返厂检修总费用约2000万（含标准化常规备件），约占更换一台高压缸设备总费用的一半。

4.北仑电厂三期机组扩容提效改造的必要性分析

（1）满足国家节能减排相关规定的需要。2014年9月12日，国家发改委、环境保护部和国家能源局联合制定下发了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》，明确要求：因厂制宜加快现役机组改造升级。采用汽轮机通流部分改造、锅炉烟气余热回收利用、电机变频、供热改造等成熟适用的节能改造技术。国家环保政策的日益严格，华东地区节能减排的压力日趋严峻，采用当代先进、成熟的技术对汽轮机进行改造，提高通流效率，降低机组能耗，对提高机组的整体经济性能、完成节能指标是必要的和及时的。（2）满足地方深度调峰和节能提效相关规定的需要。2018年8月20日，浙江省发改委下达了 “关于深入开展统调燃煤机组深度调峰和节能提效改造工作的通知”（浙发改能源[2018]436号），明确提出大力推进百万千瓦级燃煤机组节能提效改造，挖掘机组节能降耗潜力，有效增加浙江省机组顶峰和调峰能力。对完成节能提效改造的机组，根据改造效果及时核定其铭牌出力，并据实调整年度计划发电量。调峰和节能政策的实施及更多大容量高效燃煤发电机组的投产，使得发电企业只有通过节能改造增强竞争力。采用先进、成熟的技术对汽轮机实施技术改造，对提高机组的整体经济性、增强机组的竞争力是必要的。（3）提高供热能力，实现机组扩容、提效。采用汽-电动背压机改造后，背压机处于全开调门无节流运行方式，背压机效率进一步提升。同时背压机通流及出力同步提高，供热能力随之提高，实现能源的梯级高效利用，符合当前大容量机组集中供热的政策导向。

原机组高压缸效低于设计值和当前最先进一次再热超超临界机组的缸效水平；机组经济性较差、通流效率偏低、热耗明显高于主汽压力27MPa高压缸模块机组。因此对机组高压缸部分进行改造，提高通流效率、增加机组出力、降低机组能耗和增强机组的竞争力很有必要。

综上所述，根据北仑电厂三期机组目前的运行状况，有必要采用当代先进、成熟的技术对汽轮机进行改造，提高汽轮机通流效率，改善机组的运行状况、增加机组出力、提高机组的经济性和运行灵活性。 以符合节能降耗政策要求，适应市场竞争环境，进一步增强企业的竞争能力。

5.机组扩容提效改造的原则、目标

5.1改造原则

（1）在确保改造效果的前提下，尽可能利用原有设备和系统，减少改造工作量；（2）改造方案具有先进性，且在技术上成熟，改造后的机组设备利用率高，维护成本低；（3）根据改造方案的需要对机组的主要辅机、工艺系统等进行相应的配套改造。（4）汽轮机本体改造时，保持各管道接口位置、汽轮机与发电机连接方式和位置、现有的汽轮机发电机基础等不变；保持中、低压缸不变；汽轮机各轴承座、高、中压进汽阀门不变；（5）发电机本体改造时，发电机定子铁心基本结构和转子不变，基础不变；发电机连接方式不变；发电机轴系不变；发电机冷却方式不变；发电机控制方式及保护方式不变；定子电压不变；定子线棒温升保持与原来相当；转子温升与原来相当；（6）设计、制造、检验符合标准要求。

5.2改造目标

通过本次节能技术改造，北仑电厂三期机组技术指标达到目前国内同类机组的先进水平，机组在满足额定供热抽汽量（150 t/h）、THA工况下，机组扩容至1050MW，机组热耗降低至7190kJ/kW.h以下。

6.节能分析

6.1节能措施

对节能要求及合理利用资源的考虑，本改造工程采取的措施：1）根据运行实测数据，优化主蒸汽、再热蒸汽系统的管道压降，降低汽轮机热耗；2）提高汽轮机进汽压力和THA工况给水温度，提高机组循环效率，降低煤耗；3）采用汽电双驱灵活供热技术，改善供热能力，降低厂用电率，降低供电煤耗；4）通过补汽阀、一号轴瓦以及汽电双驱的改造实现机组一次调频功能，使机组正常运行时，不必通过主汽调阀的节流就具备调频功能，因此可以实现全开主汽调阀，相比改造前，节约12~20 kJ/kW.h的节流损失。

根据主机厂热平衡图计算，各项措施的节能效果见下表1(THA工况)：

表1

6.2节能效果分析

本项目对100%THA、75%THA、50%THA工况按照年利用小时17.5%、52.8%、29.7%比例进行加权计算结果作为综合技术经济指标，改造前后的综合技术经济指标如下表2所示：

表2

注：①

②*表示已优化主汽阀节流损失后的热耗值

从上表可以看出，改造后，汽轮机综合热耗降低63 kJ/kW.h，年平均厂用电率降低0.42%，综合供电煤耗降低3.6g/kW.h。

7.技术风险分析

汽轮机方面，对于1000MW级超超临界火电机组，上海汽轮机厂有两种机型。一种机型为主蒸汽进汽量3000t/h，如华能玉环（主蒸汽2950t/h、最小）、外高桥三期、北仑电厂等早期机组。另一种机型为主蒸汽进汽量3100t/h，如国华宁海电厂、华能南通电厂（1050MW）、华能金陵电厂（1030MW、对外供热）。通过此次扩容提效改造后，机组出力能够保证，运行安全可靠稳定，其效率有所提高，提升机组运行的安全可靠性和经济性，因此，汽轮机更换机型没有任何风险，为成熟可靠产品汽轮机通流提效改造技术上可保证。本文结合北仑电厂三期锅炉和发电机的实际情况，基于本次扩容提效改造的实施，请东方锅炉集团公司和上海汽轮发电机有限公司分别做了初步方案，确认技术优化、实施上没有障碍、投资回收期一年左右。

8.结束语

本次改造在技术上风险可控，不存在颠覆性问题。结合国家、地区及集团公司节能调度政策的实施，北仑电厂三期机组采用先进、成熟的技术对汽轮机进行通流改造，对提高机组的整体经济性、改善机组的安全性、增强机组的竞争力也是必要的。根据对主要系统设备的分析，结合主机厂的推荐意见，本项目采用“汽轮机高效通流技术提效改造+提升主蒸汽压力+热力系统优化+锅炉本体系统改造+发电机系统改造+供热改造”组合方案是可行的，改造后机组铭牌出力增容至1050MW，满足机组增容的要求。通过扩容提效改造后，修正后的机组综合热耗由7418kJ/kW.h降为7355kJ/kW.h，热耗降低63kJ/kW.h，厂用电率由3.5%降为3.08%，厂用电率降低0.42%，综合供电煤耗由281.4g/kW.h降低至277.8g/kW.h，供电煤耗减少3.6 g/kW.h，节能效果显著，满足机组改造节能目标的要求。总之，通过机组扩容提效改造，促进设备安全技改，确保企业安全生产，十分必要。

作者简介：钱忠文,1964年1月出生,男,浙江金华人,现任国家能源集团浙江电力有限公司总经理及党委副书记职务,高级工程师职称,硕士学位,研究方向（发电企业生产技术和经营管理）。