本文通过对大唐安阳发电有限责任公司#9、#10纯凝机组改造的可研立项、技术方案优选、施工优化管理、存在的技术问题和缺陷以及解决方案和处理建议等进行全面阐述分析，给同类机组供热改造项目提供借鉴和帮助。
一、企业简介
大唐安阳发电厂(公司)始建于1958年，历经八期改扩建工程，目前存量机组为#1、#2(2×300MW供热机组)和#9、#10(2×320MW凝汽机组)四台燃煤机组，总装机容量为1240MW。#1、2机组2008年投产，为抽凝式供热机组，额定抽汽量为400t/h，最大抽汽量为500t/h。据统计2014年采暖期对外供热量为399万GJ(年均向外供热水量为7378t/h)。#9、10机组1998年投产，2015年之前为纯凝机组。
二、项目提出背景
大唐安阳发电有限责任公司位于河南省安阳市区西部，距市中心约7km，东面与安阳钢铁厂为邻，北面与农村相连，西侧紧邻107国道绕城公路，为全市集中供热唯一热源点。
2013年安阳市中心城区已建成的建筑面积为4120万㎡，已实施集中供热面积为1818万㎡，中心城区的集中供热普及率为44.1%。
2008年，大唐安阳发电厂2×300MW热电联产机组正式投产对外供热。该机组供热能力为516MW，可以满足1046万㎡的供热面积。近年来安阳市中心城区供热面积增长迅速，至2013年大唐安阳发电厂所供区域入网供热面积已达到1513万㎡，已经超过了安阳发电厂供热能力，急需增加新的热源。同时大唐安阳发电厂位于安阳市西北部，而城市新增热负荷位于城市东部及南部，距离热源较远，大唐安阳发电厂供热管网现状最大供热管径为DN1200，目前管网的最大供热能力仅能满足目前#1、2两台机组的对外供热需要。今后城市东部及南部将继续新增负荷，无法保证末端正常供热。
根据《安阳市(含汤阴县)城市供热规划(2014～2020年)》，要求大唐安阳发电厂到2020年供热面积增加到2520万m2。大唐安阳发电公司#9、#10纯凝机组实施供热改造后，可承担额定供热面积1036万m2,加上#1、2机组可承担的额定供热面积1046万m2，全厂将可承担额定供热面积2082万m2，可缓解安阳市北部热源不足问题。
依据安阳市的总体规划，其城市性质定为国家级的历史文化名城，市内及周边有许多珍贵的文化古迹。安阳市的环境空气污染特征为可吸入颗粒物、二氧化硫，属烟煤型污染，其污染源主要为安阳钢铁公司，大唐安阳发电公司以及分散供热的小锅炉房产生的烟气所致。规划要求到2020年安阳市中心城区集中采暖供热污染物分别减少：烟尘4.2万吨/年、SO2为1.61万吨/年、CO2为318.43万吨/年、NO2为6782万吨/年。为了减少污染、改善环境质量，保护历史文化名城、提高居民的幸福指数，对安阳发电公司#9、#10机组进行采暖供热改造也是一项利国利民的有效措施。
根据《河南省发展和改革委员会关于加快发电机组供热改造促进热电联产快速健康发展的通知》豫发改能源【2012】2234号规定，“鼓励设计寿命服役期内的单机容量30万千瓦级纯凝发电机组供热改造，并优先安排申请国家燃煤电厂综合升级改造计划，争取中央财政奖励资金、火电规划建设规模、优惠贷款。按照规划完成供热改造后，连续两年给予年度基础电量奖励;改造节能效果明显的，按照同等能耗水平的高效清洁大机组标注安排年度基础电量。经测算，#9、#10机完成供热改造后，其年平均总热效率为57.4%，热电比为129.5%，分别优于《关于发展热电联产的规定》的“总热效率年均大于45%，热电联产单机容量200MW及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于50%”的要求。因此，安阳发电公司的#9、#10机组进行供热改造，对大唐安阳发电有限责任公司争取中央财政奖励资金、年度电量计划、河南省中调的优先权都将起到积极的促进作用。
三、供热改造实施
(一)改造方案优选
目前成熟可靠的供热改造方案一般是从中压缸排汽口加装三通、蝶阀和快速关断阀等后向供热首站热网加热器供汽，是国内普遍采用的成熟技术。
汽轮机本体抽汽改造采用把中、低压缸的联通管更换为带有可调整抽汽口的三通管的方案。供热抽汽管道管径为DN1000，管道上加装电动调节蝶阀、抽汽逆止阀、快速关断阀、波纹补偿器等设备。额定抽汽压力为0.80MPa,温度为340.70℃，额定抽汽量350t/h，最大抽汽量400t/h。通过厂区内的供热首站热网加热器对外供130℃高温热水。
采暖供热改造方案中对改造后汽轮机安全性也进行了重点分析，结论是供热改造方案对汽轮机本体安全性没有影响。
#9、#10机经供热改造后，其采暖期年均总热效率为57.4%，大于《热电联产项目可行性研究技术规定》总热效率大于45%;年均热电比为129.5%,大于“单机容量200、300MW的供热机组，其在采暖期的年均热电比应大于50%”的要求。因此，对#9、#10机进行采暖供热改造是符合国家的产业政策的。
为方便与市区原有热网联网运行，本期厂内供、回水母管均与原有#1、#2机热网工程联网，便于运行调度和提高供热的可靠性。热网供水压力按#1、#2机组的设计参数为1.3MPa、供回水温度按130℃/70℃进行设计。
热网供热首站采用两套机组合建一座的方案，热网加热器加热系统和疏水系统均采用单元制。站内设置6台热网加热器(其中包括两台低压热网加热器)和6台热网疏水泵(其中两台为变频电机配6kv变频器)、3台热网循环水泵，热网循环水泵其中两台采用2.6MW背压式汽轮机拖动，一台定速电动循环水泵，正常工况下二台汽动泵运行，电动泵备用。根据热负荷的变化可调整水泵和加热器的运行台数，还可通过调整抽汽参数来实现循环水温度的调整。
热网加热器疏水系统采用单元制，其疏水经过疏水泵分别输送到#9、#10机组的#5低加凝结水出口处再进入除氧器内，并在进出口母管上设一再循环管，以满足启动的要求。全站每单元设置3台疏水泵，每单元疏水泵2运1备。为了节约能源每单元设一台变频电机和6kv变频器。
热网循环水采用闭式循环系统，循环水泵的扬程主要用于克服循环水的沿程阻力。全站共设置3台热网循环水泵(其中两台热网循环泵配置了2.6MW背压式汽轮机，一台电动泵)，2运1备。热网启动注水从热网补水泵进入热网加热器及所有热网循环水管道。
由于#9、#10机组供热与原#1、#2机组供热管网实现联网运行，并考虑不同事故工况下的切换手段，当发电厂内一台锅炉或汽轮机检修或事故停运时，其余三套机组按最大抽汽工况运行，可以满足《城镇供热管网设计规范》“各种事故工况下的最低供热量保证率应为65%的规定”。
热网供热首站有关管道为加热蒸汽管(DN1000)、热网供水管道(DN1000)和热网回水管道(DN1000)以及疏水管道、补给水管道等。由于管径较大、电厂地下管网比较复杂，本期管道大部分采用架空敷设方式，在计量站前后采用地埋敷设。
根据电动和汽动热网循环水泵的结构特点，本研究针对两个供热首站的内部情况进行了布置，其技术经济比较见表4-10：
注：运行费按功率差额计算。
从上表中可看出：两个供热首站方案均可满足不同的驱动方式的设备布置要求;
由于小汽轮机检修起吊高度要求应≥5m,而方案一的管道层标高为6.00m,不能满足装设起吊用的电动葫芦要求。为此，管道层、热网加热器层和屋顶层标高均需提高3m,从而造成与#9、#10机管道层和运行层标高不一致，对运行维护造成不便;
据设备供应商初步报价，在相同条件下，汽动方案比电动方案要多投资约43.7万元，每个采暖期少供热量6×104GJ约186万元，但每个采暖期可节约电费和散热损失等费用约420万元。两相比较，汽动方案每个采暖仍可节约234万的运行费。
(二)热网首站站址优选
由于安阳电厂#9、10机组初设为纯凝机组，且设计时进行了设备布局优化，因此厂房紧凑，并没有给供热改造留有余地，车间内建设热网首站是不可能的，只能在车间周边择优选取其它可利用的场地，而且为了减少征地带来的一系列问题，尽量选择在厂区内建设热网首站。
经与设计院技术人员多次现场踏勘,最后确定了两处备选地址,并分别对二个备选场地进行了论证对比:
方案一:位于#9、#10机组汽机房A列柱西侧1/9～13柱之间,可用场地面积约为1000㎡,建筑面积要求为950㎡。该处地下有电缆沟、管沟和二个检查井等障碍物,南边有变压器,北边有进入#9、10检修场地的道路,西边有厂区主干道，因此，可供利用的场地较紧张。根据土建要求,需对A列柱的六处基础进行打桩、加固。由于南边离变压器较近,按设计规范要求需将该处的一面墙按防火墙进行设计。本方案的最大优点:1、由于紧靠#9、#10机,抽汽管道和有关管道等管道较短,布置顺畅;2、热网供回水管道布置较方便;3、站用电源开关柜可布置在原6KV、380V配电室内,热工控制可设在#9、#10机集中控制室内,因此,电力电缆和控制电缆均最短;4、运行维护都很方便。主要缺点:1、基础处理难度大、供热首站由于下部的循环水管道上面不能布置设备,供热首站厂房面积较大、其土建造价较高;2、施工周期较长等。
方案二:位于已停用的原#9、#10机组循环水处理车间处，相距#9、10汽机房约180m。该处的厂房和酸碱罐需拆除,道路要重新规划,可供布置的场地面积较大,约1800㎡，供热首站建筑面积要求为820㎡。本方案的主要优点:1、可按工艺要求合理布置设备,厂房面积较小,土建费用较低;2、地基处理条件好,施工干扰小;3、管道走廊条件较好。主要缺点:1、原有建筑需拆除、道路要拆除等工作量较大;2、热网加热蒸汽管道和疏水管道较长;3、热力控制、电力电缆较长。
两个站址在技术上都是可行的，其技术经济比较详见表：
结论意见
从上表可以看出:方案一由于紧邻#9、#10机组汽机房,各种管道和电缆等最短,运行、维护和管理很方便，总的建设费用低166万元，而且运行费用相对第二方案较低。但该处地下有原来废弃的循环水渠道和电缆沟和不明数量的水、油管道等障碍物,对供热首站厂房的基础,特别是A列柱处的基础加固工作带来困难,施工会给运行机组带来不确定的风险，而且预算受较大影响，本工程推荐采用方案二,并以此方案进行投资估算和财务评价。
(三)永磁变频技术应用
#9、10机组低压热网疏水泵定速泵电流为290A,而在#9机主汽流量635T/H，供热抽汽流量237T/H工况下，永磁变频控制的#2低压疏水泵电流为123A左右，工频泵电流为158A左右，相差35A，节电率达到了22.15%，因此预计#2机组热网疏水泵在供暖初、末季实际节电率在15%到20%之间。
四、改造方案实施
本工程新增一座供热首站，配置6台热网加热器(其中包括4台高压加热器2台低压加热器)，3台热网循环水泵(其中2台小汽轮机循环水泵1台电动循环水泵)，6台热网疏水泵(其中4台高压疏水泵2台低压热网疏水泵)，2台补水泵等。建设供热循环水供、回水计量间一座。增加500m3化学软水箱一个，软水泵一台，离子交换器一个，生水泵一台。机组抽汽为电厂#9、10号机组的汽轮机中压缸到低压缸连通管上引出采暖抽汽管道，供热改造工程采用#9、#10两套机组合建一座首站的方案，热网加热器系统和疏水系统均采用母管制，热循环供、回水管道与电厂围墙外安阳市热网管道联通。
本工程采用EPC总承包方式，包括热网系统及其相关配套改造工程以内所必需具备的建筑工程、工艺系统设计、设备选择、采购、运输及储存、制造、施工、安装、调试、投运及检查、消缺、培训和最终交付投产等，并能满足汽轮机正常运行的需要，完成供热改造工程安评、环评、能评、消防专篇，配合完成性能考核试验、验收及相关竣工验收。监理单位：达华集团北京中达联咨询有限公司。总承包单位：华电郑州机械设计研究院。分包单位：中机国际设计研究院(供热首站以外的设计和施工管理)、安阳市华祥建设有限公司(土建施工)、河南第一火电建设有限公司(供热改造工程所有设备管道安装、调试及保温施工)。
本工程2015年3月完成初选地址岩土勘测，4月14日进行初步设计评审。2015年5月20日开工进行土方挖掘，工程于2015年11月4日完成供热首站电动循环水泵与安阳市热网运行冷循环(通过一期安阳市热网)。11月13日上午10时首站加热器接受9号机组供热暖管，正式对外供暖。
五、施工改造过程和试运过程管理
严格审查分包施工单位资质、人员资质、三措一案、作业指导书;严格检查施工现场安全措施的落实情况;严格检查施工现场工作票(动火票)、重要工器具机具、安全设施用品、工作负责人、特殊工种资质等;及时张贴安全文明施工整改考核通知进行公示;对于重要工序、重要构件、设备机械吊装及脚手架搭设拆除检查验收全程把关;
强化工期管理，根据项目总控制节点，倒排工期，确立分项节点控制时间，制定出以天为单位的工程设备生产进度网络计划，明确里程碑节点。实际进度与计划进度出现偏差时，及时分析、查找原因，采取有力措施进行赶工。
规范内部协调管理，每开召开施工单位现场协调会，保证安全、质量、工期三个保证体系的高效运作。
从项目的设计、安装、试运等各环节和工序对本工程质量进行全面、全过程控制，建立并执行严格的总承包方、项目负责人、监理三级验收程序，防止因工作失误和质量问题导致返工。
六、经验总结
1、采用汽动给水泵驱动技术，替代电动机驱动热网循环泵，其安全和经济效益均明显。
2、采用项目部制度，职责权分明，防止各种推诿扯皮现象，实行首问负责制，提高协调工作效率，锻炼基建管理人员了解和掌握全面的设计、管理、调试技能。
3、采用永磁变频技术，分别应用在一台高压疏水泵和一台低压疏水泵上，有效降低供热初末期耗电量。
4、在供热改造前，必须考虑如何提高整个热网系统的供热可靠性。本次改造，实现了供热水侧一期(#1、2机组)、二期(#9、10机组)可以相互切换的目标，在某台机组出现故障后可以迅速切换到其它机组供热，保证供热稳定连续。
七、目前存在的问题及解决方案和处理措施
1、热网加热器供热期间频繁发生过泄漏，部位位于水室分隔室上部最外侧，还需要进一步对泄漏原因进行分析，初步分析与换热管流速设计不当有关，处理措施：更换热网加热器或芯子。
2、在系统机务设计方面存在加热器设计标高过低致使疏水汽蚀量过多，设备选型匹配不当的问题，如小汽机因低压加热器水位不稳影响背压造成跳停以及疏水泵容量过大抽空热网加热器形成汽蚀和振动。处理措施：将低压加热器疏水管道放低走管沟，对高压及低压疏水泵出口管道增加再循环管。
3、由于一期及二期热网循环水设计威力不同，一期按1.0MPPa,二期为1.3MPa,造成了电动循环水泵运行后电流过载，出口门节流等影响安全运行的问题，措施处理：增加热网循环水再循环管道。
4、设计上目前高压及低压疏水泵各有一台采用变频调节，设计不科学，水量调节灵活性不高，下步将所有疏水泵改为变频调节，进一步节省厂用电，提高设备可行性和调节灵活性。
5、在高压加热器事故放水门动作后，因其它加热器疏水全部排入该加热器至事故放水母管，水瞬间排完后，蒸汽进入该管道，而事故放水母管过墙处未固定，导致事故放水母管严重变形。同时由于加热器疏水瞬间排空，蒸汽直接进入高压疏水泵，导致泵及附属管道振动增大。优化方案：高加危急疏水门设计连锁条件，危急疏水阀动作联关正常疏水阀。
6、切换热网高加过程中热网低加水侧进水量减少，易造成小机背压升高后转速下降。优化方案：热网高加水侧阀门设置中停功能，投运热网高加缓慢开启入口门。