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热电机组切除低压缸进汽及凝、抽、背工况在线实时切换的关键技术研究与产业化

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成果主要完成人

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项目概况

火电机组在未来相当长一段时期仍将是我国的主力电源,当前严重的弃风问题,特别是采暖季的“风热冲突”问题,给电网的灵活性调度造成了巨大的困难;以及当前热电机组基于传统方法设计,机组冷端余热损失严重,且机组运行受制于“热电比”,无法有效调峰,给火电机组的可持续发展带来了严峻的挑战。本项目基于国内汽轮机的特定设计理念,原创性地开发出适应国内汽轮机的新型凝抽背供热技术,在背压工况下实现了机组低压缸不进汽做功的长期稳定性运行,主要创新内容包括: (1)通过对汽轮机本体的理论分析,研究提出一种新型凝抽背供热技术,实现机组在纯凝、抽汽与背压工况之间的实时切换和采暖季稳定运行,特别是在背压工况下,可实现机组低压缸不进汽做功的稳定运行;并在200MW热电机组上首次成功完成投产运行,极大提升了机组的对外供热能力及电负荷调峰能力。 (2)针对低压缸不进汽做功产生鼓风热的问题,研究提出一种高效的低压缸冷却蒸汽系统,在背压工况时,利用冷却蒸汽系统生产高品质的冷却蒸汽,对低压缸实施高效、快速冷却,保证低压缸各部件的运行安全性。 (3)通过理论分析与试验结合,研究提出解决切除低压缸进汽工况下不利于机组安全运行的技术措施,包括后缸喷水优化系统、快开导汽旁路及改变热网疏水与回热系统的连接方式等新技术,在切除低压缸进汽工况下保证低压缸及辅机设备的长期安全运行。 (4)研究提出机组在不同电、热负荷工况下低压缸进汽切换的优化策略,建立低压缸实时监测系统,解决冷却蒸汽系统的调节方式、低压缸进汽切换速率及胀差控制等技术难题,达到机组的热电协同匹配,实现机组最优经济性方式运行。 项目于2016年6月开始进行技术研发,通过技术自主创新,形成了新型凝抽背供热技术专利群,已申请发明专利13件,目前已授权发明专利1件,实用新型专利9件。 目前,项目技术成果已在华电哈密热电135MW、沈阳金山热电200MW热电机组上均实现了两个采暖季连续切缸长周期运行,实现了国内新型凝抽背供热技术的首次成功商业化运行;丹东金山300MW机组、华电铁岭公司300MW机组已完成凝抽背供热改造并投产。以200MW热电机组应用为例,在额定双抽工况下,可新增对外供热能力97MW,相比于原工况,供热能力提升48%,机组电负荷调峰能力增加20%以上。相比于分散供热锅炉,每年可实现节约标煤约5.05万吨,按当地标煤价630元/吨,每年可实现节煤收益约3181万元;同时本项目还充分挖掘了热电机组的调峰能力,参照东北地区补偿政策,可以享受0.4元/kWh至1元/kWh的调峰补贴,由此可见,本项目还可以获得可观的电力调峰经济补偿收益。 本项目突破了汽轮机设计需保证低压缸最小进汽流量的传统思维限制,实现汽轮机低压缸不进汽做功的成功运行,为国内汽轮机改造与设计提供了新的思路,推进了我国传统热电联产的技术革新,也为国内火电机组的持续发展及电网的负荷调峰提供了新的技术发展方向。