一、工程概况
秦皇岛电厂3、4号汽轮机是由上海汽轮机厂生产的C320-16.7/0.8/538/538型单轴、亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、抽汽凝汽式汽轮机，额定功率320MW。机组配置有8段回热抽汽，分别供给三台高压加热器、一台除氧器和四台低压加热器，于1995、1996年投运。
秦皇岛电厂于2019、2020年对3、4号机组实施低压缸零出力改造。本项目通过低压缸零出力供热技术路线实现供热能力、发电调峰能力和机组能效的协同提升。
二、改前情况
1、设计参数和技术指标
3、4号机组额定工况下，主蒸汽流量976.9t/h，发电功率320MW。承担海港区居民采暖，采用中排至热网换热器加热热网循环水的供热方式。额定供热工况，主蒸汽流量1013.6t/h，供热抽汽流量300t/h，供热抽汽压力0.8MPa，发电机功率264.8MW。
2、存在的问题
采暖期机组的发电调峰能力不足，供热能力不能满足本地快速增长的供热需求。
三、改造方案
1、技术路线
低压缸零出力供热技术（又称“切除低压缸进汽供热技术”）是在低压缸高真空运行条件下，采用可完全密封的液控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，实现低压缸“零出力”运行，提高汽轮机发电调峰能力、供热抽汽能力和供热经济性。
通过低压缸零出力供热改造，实现机组在抽汽凝汽式运行方式与切除低压缸进汽运行方式的灵活切换，运行灵活性和热-电调节范围大大提高。
2、实施方案
（1）原则性系统图
图1改造系统图
（2）改造内容
改造内容包含以下几项：
1）中低压联通管（热网抽汽接口）改造：对原供热蝶阀进行更换，将不能完全密封的供热蝶阀更换为可完全密封的液压蝶阀；对原中低压联通管进行整体改造，增加热网抽汽接口尺寸，以满足低压缸切除后抽汽流量增加的需求。
2）增设连通管旁路：在供热蝶阀前后预留冷却蒸汽旁路接口，设置冷却蒸汽旁路管道，并配调节阀。
3）汽轮机本体监视测点改造；增加低压缸末级、次末级温度测点、低压缸进汽压力测点和温度等测点，并接入机组DEH和DCS系统。
4）增设低压缸末级叶片健康监测系统：增加独立的数据采集系统，实时监控长叶片运行状态，保障运行安全。
5）低压缸喷水系统改造。
6）自动控制逻辑及系统改造。
7）供热系统扩容改造。
8）切除低压缸进汽运行试验等。
（3）关键设备
1）供热蝶阀（液控）
2）冷却蒸汽旁路调节阀
3）叶片健康监测系统
4）抽汽快关阀（液动）
5）抽汽调节阀
6）抽汽逆止阀（气动）
7）热网加热器
8）热网循环泵（变频）
9）热网疏水泵（变频）
（4）项目总投资与施工周期
300MW等级机组项目总投资2200万，施工周期三个月。600MW等级以上机组项目总投资3000万，施工周期三个月。
3、创新点
切除低压缸进汽供热技术将原低压缸做功蒸汽用于供热，减少机组冷源损失，降低机组发电煤耗率。在相同锅炉热负荷条件下，可提高机组供热能力；在供热量不变的条件下，可一定程度降低机组发电功率，实现深度调峰。
四、实施效果
1、改造前后技术指标对比、运行情况对比
表1改造前后技术指标对比、运行情况对比表
秦皇岛电厂 3、4 号机组 2020 年 1 月、12 月投运结果表明：3、4 号机组运行过程中纯凝、抽汽、切缸各工况不停机在线平稳切换，低压缸零出力运行时，3、4 号机组低压缸排汽温度、末两级后温度等参数在安全限值范围内。改造前、后各机组轴系振动、轴向位移、低压缸胀差等指标在安全限值范围内。
华北电科院院 2020 年 12 月出具《3 号机组低压缸零出力供热改造项目性能考核试验报告》，主要结论为：“3 号机组能够平稳投入及退出低压缸零出力运行；在低压缸零出力工况投切过程及低压缸零出力运行过程中， 汽轮机膨胀、轴向位移、振动均在安全范围内；机组在主汽流量 1014t/h,工业抽汽流量 35t/h 条件下，投入低压缸零出力工况运行时的采暖流量能够达到保证值 630t/h。”
华北电科院院2020年12月出具《4号机组低压缸零出力供热改造项目性能考核试验报告》，主要结论为：“4号机组能够平稳投入及退出低压缸零出力运行；在低压缸零出力工况投切过程及低压缸零出力运行过程中，汽轮机膨胀、轴向位移、振动均在安全范围内；机组在主汽流量1014t/h,工业抽汽流量35t/h条件下，投入低压缸零出力工况运行时的采暖流量能够达到保证值630t/h。”
2、项目经济性分析
表 2改造经济性情况表
3号机组低压缸零出力供热改造项目完成后，2020-2021 供热季中 3 号机组采暖供热量同比增加 116×104 GJ，发电煤耗同比降低 19.56 g/kW.h；在2021年1-4月调峰辅助服务市场中获得收益同比增加192万元，同时通过机组灵活性提升获得电网奖励优先发电量0.38×108kW.h。
供热收入116×22.94=2661万元。
供热燃料成本116×38.6×0.59=2642万。
节约发电燃料成本7×19.56×5.9=808万元。
2021年1-4月调峰辅助服务收益192万元。
灵活性提升奖励电量收益610万元。
合计1629万元。
4号机组低压缸零出力供热改造项目完成后，2020-2021供热季中4号机组采暖供热量同比增加140×104GJ，发电煤耗同比降低22.54g/kW.h；在2021年1-4月调峰辅助服务市场中获得收益同比增加192万元，同时通过机组灵活性提升获得电网奖励优先发电量0.38×108kW.h。
供热收入140×22.94=3212万元。
供热燃料成本140×38.6×0.59=3188万元。
节约发电燃料成本7×22.54×5.9=931万元。
2021年1-4月调峰辅助服务收益192万元。
灵活性提升奖励电量收益610万元。
合计1757万元。
案例来源：国家能源集团
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