内蒙古京能盛乐2×350MW机组高背压供热改造技术

李鹏 常吉胜 陈国柱 李文博 王耀华

（内蒙古京能盛乐热电有限公司 内蒙古自治区呼和浩特市 010058）

火力发电厂中汽轮机的排汽又称为乏汽，通过空冷岛或凝汽器冷凝后逐级加热作为给水回到锅炉，在冷凝过程中，乏汽所携带的大量汽化潜热损失到环境中，成为热力系统所固有的冷端损失。对机组进行高背压供热改造，正是通过合理利用部分乏汽的汽化潜热加热一次热网循环水，从而达到充分利用冷端余热、降低平均发电标煤耗，提高机组供热能力的目的。

高背压技术是通过提高机组排汽背压，达到利用乏汽直接加热热网回水目的。目前，国内供热机组应用的高背压余热回收技术路线主要有高背压热网凝汽器、增汽机技术、双转子、低压缸末叶改造等[1]-[3]。

1 供热现状

内蒙古京能盛乐热电有限公司（以下简称盛乐热电）位于呼和浩特市盛乐现代服务业集聚区，安装有两台2×350MW 超临界燃煤热电联产机组。盛乐热电承担着集聚区能源中心的任务，是发展云计算产业的重点配套项目，由北京能源投资（集团）有限公司独资建设。目前盛乐热电承担的采暖热负荷由两部分组成，趸售给城发热力公司的 890 万m2热负荷和盛乐热电自营承担的园区 28 万m2。

随着城市的发展和清洁能源供热改革的推进，呼和浩特市的集中供热面积仍在继续增加，采暖热负荷还有一定缺口。随着呼和浩特的南向发展，盛乐园区的热负荷也在不断增加。目前，呼和浩特注重充分挖掘现有热电厂供热能力，对现有大型电厂进行供热改造，是增加供热能力、满足城市供热需求和提高热电联产集中供热率的要求。

2 供热能力分析

2.1 热网系统供热能力

盛乐热电内设置有两座热网首站，第一热网首站在盛乐热电基建阶段建设，扩建热网首站于 2016年扩建完成。设计热网循环水供回水设计温度为130/70 ℃。

盛乐热电供热外网由趸售城发公司的 DN1400（输送能力约15000 t/h）和自营园区的DN900（输送能力约 6200 t/h）两个管网组成，两个管网的热网循环水总输送能力约为 21200 t/h。厂内热网循环水母管规格为DN1200，输送能力约12000 t/h。

两台热网首站采用并联方式运行，改造前两座热网首站的设计供热能力为801MW。

2.2 汽轮机设计供热能力

制造商：上海电气集团上海汽轮机有限公司

型号：CJK350-24.2/0.4/566/566

型式：350MW 超临界、一次中间再热、抽凝式。

图1：额定供热工况流程图

如表1所示，两台机组最大采暖抽汽设计值对应总供热能力达785MW，按后者计算，改造前盛乐热电最大供热能力对应等效供热面积应能达到1570 万m2。

2.3 汽轮机实际供热能力

在机组实际运行时，抽汽量通常无法达到设计的最大抽汽量。为掌握机组实际最大供热能力，由内蒙古电力科学研究院进行了最大抽汽量测量试验。根据试验结果结合实际运行情况，机组实际最大采暖抽汽量约为500t/h，低于设计值。因而盛乐热电两台350MW 机组的采暖抽汽实际供热能力核定为714MW，等效最大供热面积约为 1428 万m2。

3 改造方案

盛乐热电采用高背压余热回收技术对机组进行改造，以利用机组乏汽供热，有效降低机组冷端损失，增加全厂供热能力。

经过汽机厂确认，机组在不对低压缸转子进行任何改造前提下最高可在 43kPa.a 高背压下稳定运行，为高背压改造创造了有利条件。

本次改造对象为2 号机组，热网系统为前置凝汽器、增汽机凝汽器和热网凝汽器的三级加热方式。冬季供热工况下，额定背压提高到 36.5kPa.a，采用高背压循环水供热。改造后理想的运行调整方式为，以热定电、优先使用 2 号机组高背压供热，不足部分由1 号机组抽汽供热补充。

本次改造设计两台机组总供热能力为845MW（额定供热面积为1690 万m2），采暖期汽轮机背压范围约为 15～36.5kPa.a。额定供热工况热网循环水供回水设计温度为 107/55℃。

额定供热工况流程如图1所示，热网循环水流量为13600t/h，2 号机组前置凝汽器入口热网循环水温度为50℃，2 号机组前置凝汽器出口热网循环水温度为70.7℃，2 号机组增汽机凝汽器出口热网循环水温度为85.2℃，热网加热器出口热网循环水温度为107℃，2 号机组回收乏汽量约为589t/h。

表1：汽轮机技术规范

主要改造内容包括：

（1）对2 号机组凝汽器乏汽利用系统改造；

（2）新增1 台增汽机、1 台11000 m2前置凝汽器、1 台9000 m2增汽机凝汽器，对设备和管道进行隔音降噪；

（3）对厂区内供热管网改造，部分DN1200 厂区直埋热网循环水供回水管道更换为 DN1400 规格；

（4）第一热网首站和扩建热网首站改造等；

（5）2#机凝结水精处理系统的改造。

4 改造效果

项目于2019年6月11日开始土建施工，11月3日正式投入运行。

改造后，机组按照室外温度的不同，整个采暖期分为五个阶段：初寒期、初严寒期、尖寒期、末严寒期和末寒期，同时电厂改造后的热负荷及采暖期机组运行分配方式如下：

（1）初、末寒期（0≤t≤8℃），外网热负荷需求 241MW≤Q≤435MW，仅 2 号机组高背压乏汽+增汽机+抽汽供热即可适应外网所需热负荷需求，1 号机组可采用纯凝方式运行。

（2）初、末严寒期（-13≤t≤-1℃），外网热负荷需求 459MW≤Q≤748MW，2 号机组高背压乏汽+增汽机+抽汽供热，随着室外温度的降低逐步达到2 号机组最大供热能力时，不足部分由1 号机组抽汽供热，以此适应外网所需热负荷需求。

（3）严寒期，-17≤t≤-14℃时，外网热负荷需求 773MW≤Q≤845MW，2 号机组以最大供热能力507MW 运行，配合1 号机组抽汽供热量控制在266MW至338MW即可满足外网热负荷需求。严寒期，2 号机组在高背压额定供热工况下运行，充分发挥 2 号机组乏汽供热能力，整个严寒期 2 号机组以最大供热能力向外供热，不足部分由 1 号机组抽汽补充，随室外温度降低，1 号机组抽汽量不断增加。供热运行调节方式主要通过调节 1 号机组抽汽量来改变对外供热热量。

在第一级高背压凝汽器的基础上，增加第二级的增汽机凝汽器，大大提高了乏汽用量和余热利用能力。改造后的电厂热负荷达到设计值时，增汽机具备更低的背压适应能力，具备低背压低煤耗优势。

相比原抽汽供热，改造后有明显的降低发电标煤耗作用，在供热达产情况下，全年平均发电标煤耗将从改造前的 256kg/kWh 降低到235kg/kWh（降低21g/kWh），节能降耗作用非常明显。

项目实施后，有效降低了汽轮机冷端损失，乏汽利用率可达100%，机组供热能力提高了131MW，供热面积增加262 万m2，年增加供热量134 万GJ，年增收节支2900 万元。

5 结论与展望

盛乐热电通过对机组进行高背压余热回收技术改造，实现了供热能力的增加，增加的供热能力取代中、小型锅炉房，节约大量的能源，使大气环境显著改善，提高供热质量，改善了居民的生活质量，同时电厂的效益也得到提高。

增汽机梯级加热相比单纯的高背压凝汽器加热，将大大提高了机组的乏汽用量和余热利用能力。

高背压供热改造的供热经济性的优劣，与是否遵循优先利用乏汽供热原则有着直接关系，乏汽用的越多，经济性越好。