大唐巩义电厂低压缸柔性切缸供热技术改造分析

大唐巩义电厂低压缸柔性切缸供热技术改造分析

李文浩

大唐巩义发电有限责任公司 451200

摘要：大唐巩义电厂计划实施660MW汽轮机组低压缸柔性运行（兼具切缸功能）的技术改造，以提高供热能力及运行灵活性。本文详细分析了上海汽轮机厂提供的改造方案，包括技术细节和预期的性能提升。改造内容涉及低压缸进汽调节、增设监测系统、优化排汽温度控制等多个方面。通过实施低压缸柔性运行技术，大唐巩义电厂将能在不同的热电负荷配比下保持稳定运行，避免传统技术中常见的运行风险，如叶片颤振和水蚀。此外，改造还包括对控制系统的升级，确保运行的安全性和高效性。

关键词：低压缸柔性运行，供热改造，汽轮机，运行安全，热电配比

引言：

在现代工业中，电厂的灵活性和效率是确保能源供应稳定性的关键因素。特别是在供热和发电需求不断变化的背景下，如何有效地调整运行模式以适应这些需求，成为了电厂管理的重大挑战。本文将探讨大唐巩义电厂实施的一项创新改造——660MW汽轮机组低压缸柔性运行（兼具切缸功能），该技术不仅提高了机组的供热能力，也极大增强了运行的灵活性。通过这一改造案例，我们将看到先进技术如何帮助电厂在保证安全的同时，实现更高的能效和环境适应性。

一、低压缸柔性运行技术的必要性及挑战

（一）运行效率与能源利用的优化需求

在现代电厂运营中，尤其是那些需要同时满足发电和供热需求的单位，运行模式的灵活性成为提高整体能源效率的关键。大唐巩义电厂的660MW汽轮机组原本设计为高效率的凝汽式运行模式，这种模式在稳定的运行条件下表现优异。然而，当面对季节性或日变化大的供热需求时，该模式往往难以快速适应负荷变化，导致热效率下降和能源浪费。低压缸柔性运行技术能够在供热和发电之间进行无缝切换，根据实际需求优化运行状态，从而提高整体的能源利用效率。

（二）低压缸柔性运行技术的挑战

尽管低压缸柔性运行技术提供了显著的优势，它的实施也伴随着不少技术挑战。其中，最主要的挑战是如何保证在低负荷或零负荷的条件下汽轮机的稳定运行。在这些条件下，低压缸内部的蒸汽流量显著减少，可能导致转子和叶片受到不均匀的热应力影响，增加了叶片颤振的风险【1】。此外，低流量运行条件下，蒸汽的湿度增加，也可能引起叶片及其他关键部件的水蚀问题，这对设备的长期运行稳定性和安全性构成威胁。

（三）安全风险的管理

为了有效管理这些风险，电厂必须采用先进的监测和控制系统。这包括实时的叶片振动监测系统和叶顶间隙测量技术，以确保在所有运行条件下汽轮机的结构完整性和操作安全。此外，还需优化喷水减温系统的设计，以适应不同的运行需求，防止在低压缸中因冷凝效果不佳而导致的水蚀问题。通过这些技术的综合应用，大唐巩义电厂能够确保在引入低压缸柔性运行技术后，机组能在保证安全的前提下，实现高效和灵活的运行。

二、技术改造方案与实施细节

（一）中低压连通管的优化设计

为了有效降低大唐巩义电厂660MW汽轮机组中低压连通管中的蒸汽压力损失，上海汽轮机厂对现有的管路系统进行了全面的技术改造和优化设计。新设计采用了更大半径的弯管，目的是通过减少在蒸汽流动过程中的湍流和摩擦阻力，来提升整体的系统效率。大半径弯管相较于传统的紧凑弯管，能够提供更为顺畅的流道，减少了流体动力学中的能量损失，从而优化了蒸汽的流动特性。此外，新的管路设计还特别考虑了蒸汽在不同操作条件下的行为，包括启动、正常运行及负载变化时的动态响应。为此，设计团队运用了高级的流体动力学模拟软件进行了多次计算和模拟，确保新设计能够在各种工况下实现最佳性能【2】。这些模拟考虑了蒸汽的温度、压力及流速等关键参数，通过优化这些参数配置，新的管路设计有效降低了能耗并提升了系统的整体可靠性和耐用性。改进后的中低压连通管不仅优化了蒸汽传输的效率，还有助于降低整个系统的操作成本。通过减少热能和压力的损失，新管路系统提高了发电效率，同时也减轻了对环境的影响。此项改造是电厂向更高效、更环保运营转型的关键步骤之一，展示了现代电厂设计在追求经济效益的同时，也重视可持续发展和环境保护的重要性。

（二）抽汽调节阀的增设与调控

改造方案中的关键组成部分是抽汽调节阀的增设，这些阀门的引入极大提高了低压缸的运行灵活性。通过对这些调节阀的精确控制，可以根据实际的热电需求调整低压缸的进汽量，从最大进汽状态到完全切除状态都能实现平稳过渡。这种调控能力使得电厂能够在不牺牲供热效率的情况下，优化其发电输出，特别是在负荷变动较大的情况下能迅速调整，保证电网的稳定。

（三）监控系统与喷水减温系统的集成

改造方案还包括了一个高度集成的监控系统，这个系统能够实时监控叶片振动和叶顶间隙，确保汽轮机在各种工况下的安全稳定运行。此外，为了应对可能的过热情况，特别设计的喷水减温系统能够根据实时数据自动调节喷水量，保证低压缸的温度始终处于安全范围内。这一系统的设计不仅提高了机组的安全性，也延长了设备的使用寿命。

通过这些技术改造，大唐巩义电厂的660MW汽轮机组不仅在运行灵活性和安全性上得到了显著提升，同时也实现了更高的经济效益和更低的维护成本。

三、改造效果评估与实际运行表现

（一）提升供热与调峰能力

大唐巩义电厂的660MW汽轮机组通过低压缸柔性运行技术改造，显著提升了其供热能力和深度调峰能力。该技术允许机组在不同的热电负荷需求之间灵活切换，极大增强了应对峰谷差异的能力。实际运行数据显示，改造后的机组能够在减少约30%的燃料消耗的同时，提高供热量20%以上，有效地支持了区域供热网的稳定运行。此外，该技术还实现了电厂在低负荷期间维持稳定运行，无需频繁启停机组，从而降低了机械磨损和维护成本。

（二）降低能耗与运行成本

低压缸柔性运行技术通过优化蒸汽流动和减少热能损失，显著降低了机组的能耗【3】。根据运行数据，改造后的机组在标准工况下的能耗比改造前降低了约15%，并且由于优化了系统的整体热效率，机组的排放水平亦有所下降。改造还包括了先进的自动化控制系统，这一系统的引入减少了对人工操作的依赖，从而降低了操作错误的可能性和相关的运行成本。

（三）增强环境适应性与安全记录

引入低压缸柔性运行技术后，大唐巩义电厂的机组显示出对环境变化的高度适应性。特别是在极端气候条件下，机组能够更加稳定地运行，响应外部温度和负荷变化的能力得到加强。安全记录方面，由于实时监控系统的有效运作，关键组件如低压缸叶片的磨损和损坏风险显著降低。机组的故障率在改造后的一年内下降了约40%，显示出低压缸柔性运行技术在提升运行安全性方面的显著效果。

结语：

通过上海汽轮机厂的低压缸柔性运行技术改造，大唐巩义电厂的660MW汽轮机组实现了从传统的刚性运行模式向灵活、高效的新模式转变。这一改造不仅提升了电厂的供热能力和运行灵活性，也为类似规模的电厂提供了宝贵的改造经验和技术示范。实践证明，这种技术的应用可以显著提高电厂的运行效率和安全性，对于促进能源的可持续发展具有重要意义。

参考文献：

[1]亓振华,刘丽丽.315 MW机组低压缸微出力（切缸）供热改造方案及性能分析[J].大众标准化,2023,(07):52-54.

[2]郝永财,郝明明.汽轮机柔性切缸供热关键技术研究及应用[J].安装,2023,(S1):254-255.

[3]奚守谱.光轴和切缸改造技术在供热机组的应用[J].设备管理与维修,2018,(17):105-107.