提高供热机组灵活性的低压缸零出力改造技术及工程应用
600MW机组低压缸零出力(切缸)改造技术及工程实践介
600MW改造技术及工程实践介2019年9月25日一、背景介绍二、技术方案介绍三、工程实践介绍四、结论及展望欧洲、美国和中国分别提出到2050年将实现100%、80%和60%可再生能源电力系统的蓝图。
中国的十二五和十三五两个五年计划中也明确表示将加大可再生能源的利用。
这些可再生能源包括：水力发电、风电、太阳能发电和核电。
可再生能源装机和发电的比例在不断加大近年来，由于“三北”地区冬季供暖期的需要，多数“以热定电”的火电机组出力大幅上升，进而留给风电的上网空间非常有限，导致了中国严重的弃风、弃光等现象。
在2016年上半年，甘肃弃风率高达47%，新疆弃风率为45%；对于风电、光伏发展的问题在于发电源和消耗端的不匹配，三北地区新能源多，而用电端主要在东南地区；燃煤电厂灵活调峰的必然选择除了大中型水电具有较好的调节性能外，风电、太阳能发电的可控性较差，可再生能源发电的波动性和随机性给电力系统带来了较多的不确定性。
◼能源局《火电灵活性改造试点项目的通知》要求：挖掘火电机组调峰潜力，提升我国火电运行灵活性，消纳能力；◼“十三五”期间实施2.2 亿千瓦燃煤机组的灵活性改造，热电机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40~50%额定容量；◼机组灵活性改造大范围开展，尤其北方热电联产机组，改造型式多样，效果不一。
电锅炉熔盐储热调峰◼改动少，投资小；◼运行方式灵活；◼供热量大，调峰能力强。
◼目前情况：机组配置：2×600MW 超临界机组，N600-24.2/566/566；抽汽供热：汽轮机中低压连通管打孔抽汽，额定压力1.0MPa，温度375℃；供热能力：工业抽汽118.5t/h, 采暖抽汽320t/h；（采暖供汽最大能力420t/h ）；◼供暖能力存在缺口：市近、远期规划，供热负荷增加至618MW（对应中排抽汽量666t/h）；◼调峰需求：两台600MW机组的利用小时呈下降趋势，机组参与深调的幅度范围不断增长，但随着城市供热需求的增长，机组的采暖抽汽也呈逐年增长的趋势，供热与深调成为一对矛盾，机组无法实现热电解耦；◼补贴政策：《火电机组辅助调峰政策》已经出台，明确火电机组参与深度调峰给予相应补贴，补贴标准采用一厂一策的原则。
低压缸零出力改造在350MW机组中的应用
低压缸零出力改造在350MW机组中的应用发布时间：2022-12-05T02:52:27.072Z 来源：《当代电力文化》2022年14期作者：孙文博[导读] 以北重350MW机组低压缸零出力改造为例，阐明低压缸运行时存在的风险并提出防范措施，孙文博（大唐国际沈东热电有限责任公司，沈阳 110000）摘要：以北重350MW机组低压缸零出力改造为例，阐明低压缸运行时存在的风险并提出防范措施，为同类型机组低压缸零出力改造提供技参考。
关键词：火电低压缸节能调峰0 前言多年来，国家对资源节约、环境保护、能源综合利用等方面的要求不断提高。
对现役电厂的节能、升级与灵活性改造提出一系列具体要求，鼓励电厂实施技术改造，充分回收利用电厂余热，推广先进供热技术，整体提高电厂能源资源利用效率与灵活性[1]。
随着全社会用电需求增速放缓以及可再生能源的大规模发展，火电利用小时数将会逐年下降，为此提升火电机组运行灵活性，大规模参与电网深度调峰将是大势所趋[2]。
1 概况沈东热电2台机组规划热负荷约1400万平方米，现阶段供热面积还未达到设计值，因此机组余热利用及灵活性改造的主要目的并非增加供热能力，而是在目前热负荷条件下降低机组发电煤耗，提高供热效率，同时在电网有深度调峰需求的时段积极参与实时深度调峰辅助服务市场，在避免因保证供热而承担调峰辅助服务考核的同时，还能在一定程度上获得调峰辅助服务补贴，提高电厂运行经济性[3]。
2 改造方案2.1 中低压缸连通管改造根据低压缸零出力运行的需要，需从中压缸排汽引出冷却蒸汽至低压缸进汽口，用于冷却低压缸末级叶片，因此，需对供热蝶阀前预留供热抽汽接口，在供热蝶阀后预留冷却蒸汽旁路接口。
2.2 低压缸冷却蒸汽系统改造在抽汽工况下，连通管蝶阀关闭，蒸汽从连通管抽汽管道全部引出进入热网供热，仅引部分蒸汽进入低压缸冷却低压转子，带走转子鼓风产生的热量。
冷却蒸汽汽源取自中压缸排汽，接入点为中低压缸连通管低压缸进汽口竖直管道上。
热电厂低压缸零出力供热改造分析
热电厂低压缸零出力供热改造分析摘要：近年来，我国出现的大范围、长时间严重雾霾天气，与燃煤锅炉区域高强度、低空排放的特点密切相关。
小型燃煤锅炉无具备环保设备，污染物排放强度大，是重要污染源，年排放烟尘、二氧化硫、氮氧化物分别约占全国排放总量的33%、27%、9%；大型火力发电厂集中供热代替小锅炉能够有效的降低污染物的排放，发电厂的环保设备运行可靠，可有效降低污染物排放量，但当供热热源全部由发电厂提供时，发电厂供热的可靠性及经济性就变的尤为重要，本文对当下发电厂供热改造技术进行简单的分析，为发电厂供热改造提供参考。
关键词：集中供热；供热改造；低压缸零出力；深度调峰；供热能力引言为保住绿水蓝天，国家出台一系列相关政策，去除小锅炉供热，采用集中供热，由于集中供热能够节约燃料、易大型化、机械化，还能够集中解决排烟污染、灰渣燃料堆放等问题，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益，被认为是城市现代化建设的主要标志之一。
但由于能源结构的改变，新型能源如风电、太阳能发电、燃气发电等发电行业高速发展，导致火电机组调峰期负荷率降低，同时由于北方工业相对匮乏，冬季工厂运行时间短等因素，导致北方电厂冬季调峰时负荷率进一步降低，负荷率低与高供热需求相互矛盾，因此衍生了一系列的供热改造项目，例如：旁路供热、电极锅炉供热、储热罐及低压缸零出力改造，我厂采用零出力改造，通过更换低压缸进汽调门，减少低压缸进汽，使原本进入低压缸做功的蒸汽进入热网加热器，提高供热能力。
1.低压缸零出力供热技术1.1低压缸零出力供热技术原理该技术打破原有汽轮机低压缸最小冷却流量限值理论，在供热期间切除低压缸进汽，仅保持少量的冷却蒸汽（300MW等级机组约需20-30t/h左右冷却蒸汽），使低压缸在高真空条件下“零出力”运行，并采用可完全密封的液压蝶阀切除低压缸原进汽管道进汽，通过新增旁路管道通入少量的冷却蒸汽，用于带走切除低压缸进汽后低压转子转动产生的鼓风热量。
NZK汽轮机组低压缸零出力供热技术的研究与应用
NZK汽轮机组低压缸零出力供热技术的研究与应用【摘要】随着国家循环经济和节能环保产业的发展推进，发电厂集中供热是解决城区环境污染和保障人民群众身体健康的重要举措。
本文针对NZK145MW汽轮机组低压缸零出力技术的技术研究，系统改造，技术应用，能耗分析，运行优化，效果评价等方面进行分析论述。
通过热电联产改造技术的研究应用，提升了发电厂经济效益和市场竞争力，助推了地方环保治理发展。
【关键词】NZK汽轮机组低压缸零出力技术研究应用1背景与意义为了响应国家及地方政府“蓝天保卫”的总体要求，改善城市大气质量，实现集中供热是改善城市环境，提高城市现代化水平的重要措施，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，是国家产业政策重点支持发展的行业。
当地城区已供热面积380万平米，现有 73 万平米新建建筑处于无供热热源的状态。
地方供热能源结构不合理，浪费严重。
城区存在燃煤分散供热小锅炉房 11 座，该方式低效率、高污染。
城区另有联片供热锅炉房 8 座，共有 4.2-14MW低温链条锅炉41台，能耗高于国家节能指标，污染排放指标大幅超出国家环保排放标准。
电厂集中供热改造工程实施，可较好的调整城区的能源消费结构，极大的提高能源综合利用率，为本市的可持续发展创造积极的条件。
同时，增加电厂对外供热量，节约燃煤量和提高机组热效率，减少二氧化碳排放，提高电厂能源综合利用水平，提高发电厂市场竞争力，也可缓解城市供热不足状况，带来巨大的节能效益、环保效益与社会效益。
由于冬季供热期间，为了满足供热抽汽需求，机组运行“以热定电”受限运行，为了保障市区供热发展需要的同时，提高集中供热普及率和供热可靠性，提高资源综合利用效率，改善城市环境，符合国家的能源产业政策；同时响应了国家关于新能源消纳、提高火电机组运行灵活性的政策要求。
公司开展供热机组灵活性改造，以提高机组的供热能力、供电调峰能力。
既满足未来当地城市热负荷增长后供热的需求，又满足当前供热负荷下电网深度调峰的运行要求。
330MW供热机组低压缸零出力应用与探讨
330MW供热机组低压缸零出力应用与探讨摘要：供热机组是现代城市能源供应系统中重要的组成部分，用于提供热能供暖和热水。
在供热机组中，低压缸扮演着关键的角色，负责将高温高压的蒸汽转化为中低温的热水。
然而，在供热季节，由于供热需求的波动性，低压缸常常处于部分负荷或者低负荷运行状态，导致能源利用率低下和环境排放增加。
因此，研究如何在低压缸零出力的情况下实现供热机组的高效运行具有重要的理论和实际意义。
通过实现低压缸零出力，可以进一步提高供热机组的能源利用率，减少燃料消耗，降低环境污染，实现可持续发展的目标。
国家发改委于2021 年发布的《关于开展全国煤电机组改造升级的通知》要求，到 2025 年全国火电平均供电煤耗将至300g/kW·h 以下，现役机组在供热期运行时单日 6h 最小发电出力达到 40%额定负荷调峰能力；为满足电网对单元机组在供热期的深度调峰要求，在提高机组深度调峰能力的同时保障机组供热安全可靠性，增强机组在电力辅助服务调峰市场的竞争力和盈利能力，准格尔电厂对4号汽轮机实施低压缸零出力改造工作。
关键词：330MW供热机组；低压缸零出力；改造应用1.低压缸零出力的概念和意义低压缸零出力是指在特定条件下，使低压缸的输出功率降至最低甚至为零的运行状态。
通常情况下，低压缸在供热季节会处于部分负荷或者低负荷运行状态，这会导致能源的浪费和环境污染的增加。
通过实现低压缸零出力，可以最大程度地减少低压缸的能耗，提高供热机组的能源利用效率。
低压缸零出力的应用具有以下几个重要意义：1.1能源节约和环境保护低压缸是供热机组中能耗较高的部分之一。
在传统运行模式下，低压缸常常处于部分负荷或者低负荷运行状态，能源利用效率较低。
通过实现低压缸零出力，可以将低压缸的能耗降至最低甚至为零，从而实现能源的节约和环境的保护。
这有助于减少燃料消耗和温室气体的排放，对于应对气候变化和改善环境质量具有积极的影响。
1.2提高供热系统的稳定性和可靠性低压缸的运行状态对供热系统的稳定性和可靠性具有重要影响。
330MW机组低压缸零出力技术应用
330MW机组低压缸零出力技术应用摘要：本论文介绍了低压缸零出力技术在豫新发电公司#7机的应用，讲解了技术改造方案，重点阐述了切缸投运操作及注意事项，并进行了切缸试验，可以保证机组安全运行。
通过两次切缸运行，切缸后抽汽供热流量提高，电负荷下降。
即能满足夜间气温低，供热需求量大的问题，也能满足电量市场夜间深度调峰需求，经济效益可观。
关键词：供热低压缸零出力切缸1.机组概述汽轮机为C330/310-16.7/0.4/537/537型亚临界、中间再热、高中压合缸、两缸两排汽、单轴、单抽采暖凝汽式汽轮机，八段非调整抽汽(三高加,四低加,一除氧)，由东方汽轮机厂生产。
汽缸本体高中压合缸，通流部分反向布置，高压缸为双层缸结构，低压缸为双缸双排汽对称分流，也采用双层缸结构，内缸为通流部分，外缸为排汽部分。
豫新发电公司于2006年11月开始向城市进行工业供热和民用集中供暖，其中民用集中供暖配套建设有两座供热首站，一座（热网南站）于2006年随机组建成，位于#6机固定端，设计最大集中供暖面积为440万m²，另一座（热网北站）于2016年扩容建成，位于#7机扩建端，设计最大集中供暖面积为1004万m²，合计最大为1444万m²。
2.技术改造方案1）随着国家大气污染治理力度的加强，以及经济和城市建设的快速发展，居民用热需求的增加，豫新电厂的供暖热负荷也在快速增长，另在供暖期由于电负荷限制，机组供热能力已接近饱和。
因此，对#7机组进行供热改造。
2）根据国内同类型机组的供热改造情况，结合公司实际情况，最终选择低压缸零出力供热改造技术，该技术是近两年在我国大力倡导火电机组运行灵活性的政策背景下发展的技术，其基本原理是：在供热期采用可完全密封的液压蝶阀切除低压缸原进汽管道进汽，将该部分蒸汽用来供热，同时，通过新增旁路管道通入少量的冷却蒸汽，用于带走低压转子转动产生的鼓风热量，使低压缸在高真空条件下“空转”运行，实现低压缸“零出力”，从而大幅减少冷源损失，显著降低发电功率，在保障供热需求或提高机组供热能力的情况下，提高机组的电调峰能力和供热经济性，具有显著的社会效益、环保效益显著。
320MW机组低压缸零出力性能分析及应用研究
320 MW 机组低压缸零出力性能分析及应用研究刘双白1，张晶2，吴昕1，胡娱欧2(1. 国网冀北电力科学研究院（华北电力科学研究院有限责任公司），北京 100045；2. 国家电网公司华北分部，北京 100053)摘 要：低压缸零出力技术可有效提升机组供热能力和调峰能力。
针对某320 MW 供热机组，采用Ebsilon 软件计算分析了低压缸零出力方式供热性能，结果表明，采用低压缸零出力方式供热，机组最大供热抽汽量提升97%，在250 MW 供热负荷下，供电煤耗可降低61 g/（kW·h ）；试验研究了机组低压缸零出力方式供热能力工况，实测得出，机组最大供热负荷可达到476 MW ，最小电负荷可降至79.5 MW ；基于上一年度供热期运行数据，对低压缸零出力方式供热的经济性进行了分析，结果显示，采用低压缸零出力方式供热可节约标准煤5 581 t 。
关键词：低压缸零出力；热电联产；供热量；节能量DOI ：10.11930/j.issn.1004-9649.2021010530 引言中国北方地区电站多为热电联产机组，冬季供热期采用以热定电方式运行，机组调峰能力有限，造成电网调峰困难、新能源消纳能力不足等问题[1-2]。
电力发展“十三五”规划要求将火电机组的改造重点放在提高灵活性和调峰能力上，以实现更多新能源电力并网[3-4]。
2016年6月及7月，国家能源局综合司为加快能源技术创新，挖掘燃煤机组调峰潜力，提升中国火电运行灵活性，全面提高系统调峰和新能源消纳能力，先后遴选共计22个项目为提升火电灵活性改造试点项目[5-6]。
2017年11月8日，国家发展和改革委员会与国家能源局共同发布《解决弃水弃风弃光问题实施方案》（发改能源〔2017〕1942号），肯定了“三北”地区开展的火电灵活性试点项目改造效果，并明确继续扩大火电机组灵活性改造范围，大幅提升火电调峰能力[7]。
2018年3月23日，国家发展和改革委员会与国家能源局共同发布《关于提升电力系统调节能力的指导意见》（发改能源〔2018〕364号）提出，加快推进电源侧调节能力提升，明确实施火电灵活性提升工程。
提高供热机组灵活性的低压缸零出力改造技术及工程应用
4）因为低压缸进汽16t/h工况 是安全的，切缸过程运行调节时， 尽快进入该区域，低压缸零出力工 况运行在该工况附近。这就解决了 叶片颤振的难题。
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小容积流量下的鼓风及冷却研究
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创新点2
提出了低压缸冷 却系统设计方法，掌握 了包括叶片气动特性、 冷却蒸汽参数、排汽压 力等影响冷却蒸汽流量 的主要关联因素，确定 了冷却管径、壁厚以及 支撑跨距等几何结构参 数和流速、温度等热力 参数，提出了低压缸冷 却系统系列成套方案。
创新点
专利 1 一种基于一种基于给水泵汽轮机排汽的低压缸长叶片冷却系统 2 一种基于回热抽汽口的低压缸长叶片冷却系统 3 一种无冷却蒸汽旁路的低压缸零出力供热系统
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安全监测系统
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辅机和供热系统适配性研究
根据低压缸零出力改造后运行需求，进行汽轮机辅机和供热系统适配性 分析，根据适配性分析结果制定优化、改造方案。
汽轮机辅机适配性分析
凝汽器（包括空冷岛和机力塔）及抽空气系统； 循环水泵及循环水系统； 凝结水泵及凝结水系统； 。。。
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研究成果—专利
申请发明专利4项（已受理）、获得实用新型专利7项
授权 实用 新型
1、一种切除低压缸进汽的供热系统ZL 2017 2 0604399.3 2、一种基于给水泵汽轮机排汽的低压缸长叶片冷却系统. ZL 2017 2 0605697.4 3、一种基于回热抽汽口的低压缸长叶片冷却系统.实用新型ZL 2017 2 0604163.X 4、一种无冷源损失的热电解耦火电机组深度调峰系统CN201720775267.7 5、一种汽轮机低压后缸喷水孔口 CN 201721783612.8 6、适应精处理过程的热网加热器疏水能量回收系统CN201721031875.3 7、一种无冷却蒸汽旁路的低压缸零出力供热系统CN201721821808.1
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800
1000
供热抽汽流量，t/h
改造后热-电特性图
以全面安全评估为基础，进行集成化技术改造，采取一系列的安全措施，将原 进入低压缸的蒸汽用于供热，实现汽轮机低压缸零出力运行，机组发电出力显著 减小，供热能力大幅提升。供热需求量较低时，机组切换到原运行模式机组，发 电出力恢复。
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研究目标、内容、难点
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安全分析
构建了基于多物理场耦合计算的低压缸极小流量计算模型，获得低压缸零出力状态下 流动特性，掌握了叶片动应力的分布规律，确定了极小流量的安全范围，并给出了规避风 险的技术要求。
1）基于CFD分析方法对低压全通流区域开展定常流动计算分析，迭代计算多种小容积流量下末级及 次末级通流区域鼓风态热流多元物理场，获得末级及次末级叶片进出口边界条件；并总结影响末级及次 末级鼓风温升的主要因素。
提高供热机组灵活性的
低压缸零出力技术
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1
提高供热机组灵活性的低压缸零出力改造技术及工程应用
一、课题背景
目
二、主要研究内容、成果及主要创新点
录
三、项目情况
四、
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课题背景
推进能源生产和消费革命，促进节能环保、清洁生产、清洁能源等绿色产业发展,构建清洁低碳、安全高效的能源体系， 增加清洁电力供应是国家政策的一贯要求。要消纳更多的新能源，电网需要具备更高的灵活性，然而我国目前电源结构中灵 活电源少，火电机组占比高，是导致调峰能力不足，是弃风弃光主要原因。
建模分析低压缸流场，计算不 同流量工况下流场分布。
研究目标
高风险部位进行安全性校核， 提出措施。
对现役机组通过技术创新与集成，研究出一整套不 更换低压转子实现零出力的改造技术，应用于实际
热电解 耦能力 及经济 性研究
汽轮 机本 体运 行安
针对低压缸鼓风增设冷却蒸汽 旁路系统和末级温度监测。
改造并能保证安全运行，最终形成一套能够提升供 热机组供热能力、运行灵活性、降低热-电耦合程度
2）在以上常CFD流动计算边界的基础上，对低压缸末级及次末级通流级开展非定常流动分析，得出 了不同动静叶片时空位置下动叶表面压力场。最后建立末级叶片的有限元模型，基于高精度差分拟合方 法将流场定常计算获得的叶片表面压力转化为有限元分析模型各个节点的压力，分别计算设计工况和低 负荷工况下低压末级叶片的蒸汽弯应力以及振动应力。最终对末级叶片的安全性进行了评估。
……
得通流部件许用应力下降、内缸受热变形。
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颤振风险
大桥 被风吹断
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颤振风险
大桥 被风吹断 不均匀的流场中, 叶片如有微弱的初始振动时, 就会不断地从汽流中吸取能量, 当能量足够大时, 便导致叶片振动增大, 即颤振发作。每台机组的风险点是不同的，切 不可只知其一，不知其二，盲目套用！！！！ 10MPa的交替应力，也是危险的！
需要 解决
对于火电机组的具体要求： 1、供热需求一定，降低电负荷或升高电负荷； 2、电负荷一定，提升供热能力； 3、降低改造费用； 4、减少检修运行维护量。
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课题支撑
1、提升供热机组电出力调节能力的蒸汽系统流程改造，国家重点研发计划项目“常规/供 热机组调节能力提升与电热综合协调调度技术”课题二，项目牵头单位为国网辽宁省 电力有限公司，西安热工院为课题二承担单位。
3）由于低压缸零出力供热工况 下叶片的最大动应力小于设计工况 ，所以判断低压缸零出力供热工况 下叶片的动强度满足制造厂设计规 范要。
2019/6/14
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技术原理
供热
蝶阀
中低压连通管
冷却蒸汽旁路
调节阀
中压缸
低压缸
低压缸零出力供热改造方案原则性系统图
发电功率，MW
350 300 250 200 150 100
50 0 0
额定锅炉负荷工况 最小排汽流量工况 低压缸零出力工况
最小锅炉负荷工况 纯凝工况 设计排汽流量工况
200
400
600
随着国家城镇化建设的快速推进，城市扩张带来集中供热热源的不足和清洁供热需求的不断增大，供暖安全形势严峻。
2019/6/14
5
课题背景
存在 问题
1、提升火电灵活性，以解决新能源消纳问题； 2、社会民生发展有提升供热能力的要求； 3、供热机组存在电力平衡与热力平衡难以协调的问题； 4、其他技术 1）水罐蓄热技术存在调峰能力有限、容量选型与实际匹配有难度、较大的风险源等问题； 2）电锅炉技术存在热经济性差，且投资较大的问题，供热可靠性增强； 3）双背压双转子和高背压直接供热技术存在停机切换或检修、改造费用大问题。
全性
低
针对小流量流动倒流卷吸问题
的低压缸零出力改造的技术成果及方法。
压
缸
小容积
零
流量工
出
况运行
力
安全性
，末级叶片抗水蚀金属层喷涂 处理。
……
技术难点
1、当末级的容积流量减小到一定程度，会诱发末
技 术
供热方 式平滑 切换控 制策略
辅助 系统 安全 适应 性
辅机安全运行保障措施 高真空保持措施
级叶片颤振，长期运行会导致叶片断裂。 2、低压缸流量少到一定程度，气流将不再推动叶 片做功，而会以惰性形态被动叶扇动排挤出叶片 通道，会导致叶栅通道局部出现高温区域，将使
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低压缸 进汽 600t/h
低压缸 进汽 16t/h
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某300MW机组末级长叶片动应力校核
1）低压缸进汽600t/h工况下， 该低压末级长叶片在凸肩区域和叶 顶区域存在较大动应力，最大动应 力分别为5.353、5.973 MPa；
2）低压缸进汽16t/h工况下， 叶片在凸肩区域和叶顶区域存在较 大的动应力，最大动应力分别为 1.119、1.008 MPa。
2、提高火电机组灵活性关键技术研究及示范，中国华能集团公司总部科技项目，西安热 工研究院有限公司为项目研发单位。
3、西安热工院节能中心自立课题“供热机组切除低压缸进汽研究。” 4、业主委托项目（2017）
国电龙华延吉热电有限公司2号机供热节能改造工程 北方联合电力有限责任公司临河电厂1号机组热电解耦切除低压缸进汽改造 国电投辽宁东方发电有限公司1号机低压缸零出力灵活性改造EPC总承包工程、 华能杨柳青发电有限公司7号机组低压缸零出力改造技术服务 华能黄台发电有限公司10号机低压缸零出力改造。