摘要：目前我国北方冬季仍有约50万台采暖小锅炉运行，是供暖期空气污染的主要来源。2016年3月，国家发改委、能源局等联合颁布了《热电联产管理办法》，针对热电联产发展滞后问题，要求北方大中型城市热电联产集中供热率达到60%以上。预计未来将有大批燃煤发电机组进行热电联产改造或新建热电联产机组。当前300MW及以上等级的大容量热电联产机组主要采用中压缸打孔抽汽供热，抽汽压力约为0.3~0.5MPa、温度为235~276℃左右，改造机组抽汽压力甚至高达0.98MPa。而我国热网一次网设计供水温度为120~130℃，且实际运行温度常低于此值。抽汽参数过高造成高品位能量浪费，且蒸汽在汽轮机做功后凝结成水放出汽化潜热，存在较大的冷源损失。《热电联产管理办法》明确指出，鼓励在现有条件下扩大供热能力，缓解区域性用热用电矛盾。高背压余热供热指机组在高背压下运行，提高汽轮机排汽温度，利用排汽余热加热热网水的供热方式。该方式在燃料消耗相同情况下可大幅扩大供热能力，提高循环热效率。相比于“电厂耦合吸收式热泵”、“低压缸光轴”及“NCB汽轮机供热”[9]等供热技术，具有投资少、系统简单、适用性广的特点。
关键词：汽轮机组；供热；改造方案
1项目背景
某电厂位于某市城北区域，是该市城区的主要热源，承担着非常重要的采供热任务。该电厂一期2×135MW凝汽式燃煤抽汽供热机组(#1，#2机组)于2007年建成投产，二期2×350MW超临界空冷燃煤供热机组(#3，#4机组)于2016年年底建成投产。该电厂一期2×135MW机组供热蒸汽取自汽轮机中压缸排汽(五段抽汽)，单机额定抽汽量为120t/h，最大抽汽量为150t/h，设计供热抽汽压力为0．245MPa，2台机组原设计供热面积约为3．21×106m2。2012—2013年经汽轮机乏汽供热节能改造，2台机组设计供热能力约为342MW，设计供热面积约为6．21×106m2。二期2×350MW抽凝供热机组供热蒸汽也取自汽轮机中压缸排汽(五段抽汽)，单机额定抽汽量为500t/h，2台机组设计供热能力为653MW，设计供热面积约为1．154×107m2。配套供热管网主管径为DN1200mm。根据该市《城市供热专项规划(2013—2030)》(以下简称《规划》)要求，至2020年，该电厂集中供热面积需达到2．150×107m2(见表1)，但该电厂机组目前设计供热面积约为1．775×107m2，无法满足该市中期(2020年)供热发展需求。结合机组现状，对#2供热机组进行背压式汽轮机改造，以最大限度增大供热能力。
2供热改造方案
2.1本体改造方案
#2抽汽凝汽式汽轮机改为背压式供热汽轮机，新设联通管将中排上部2路排汽合并至1个DN1200mm的供汽管道引出;同时，在此管线上引出约5t/h的蒸汽，经减温减压后通入低压缸作冷却蒸汽，原中压缸排汽下部抽汽150t/h去热网首站供热管道不变。低压缸2个进汽口，其中一个接入冷却蒸汽，另一个进行封堵。低压转子加工成一根光轴转子，连接高中压转子与发电机，起到传递扭矩的作用(低压转子改造后，应进行动平衡试验，防止由于转子不平衡引起机组振动大)。原配置空冷岛进行隔绝、废除。改造后低压隔板全部拆除，保留低压内缸及喷水装置。
2.2系统改造方案
将中压缸新引出蒸汽接至#2余热回收装置用于加热热网循环水。由于#2余热回收机组设计参数较低，蒸汽在进入#2余热回收装置前参数降至30kPa，60℃。对原有#2余热回收机组进行改造。新引出中压缸排汽约为172t/h，其中5t/h送至低压缸进行冷却，剩余蒸汽送至#2余热回收装置进行换热。
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3高背压供热机组性能分析
3.1变工况特性分析
根据汽轮机的工作原理，机组的背压高低影响发电功率，背压升高，汽轮机理想焓降减少，发电功率降低。采用高背压供热时，当供热量发生变化时，背压和供热抽汽量都会变化，从而影响机组的发电功率。对本文案例机组进行变工况计算，得到高背压供热机组功率与运行背压和抽汽量间的关系。可以看出在同一背压下，抽汽供热负荷增加，机组发电功率减小；背压升高，发电功率亦减小即机组的做功能力降低。
3.2回水温度变化对高背压供热机组发电功率影响
通过前面的分析可知，高背压余热利用受回水温度影响较大，当回水温度变化时，由于梯级供热系统余热供热量变化，导致抽汽量发生变化，从而影响机组的热经济性，现分析回水温度变化对高背压供热机组性能的影响。
4改造前、后对比
4.1改造前、后供热能力变化
一期2×135MW机组目前设计供热能力为342MW，设计供热面积约为6．21×106m2。改造前一期电厂供热量为Q=0．0864nP(tn－tp)/(tn－tw)，(1)式中:n为采暖天数，151;P为改造前电厂总供热功率，342000kW;tn为室内温度，18℃;tp为采暖期室外平均温度，－2．7℃;tw为冬季室外温度，－15℃。数据代入可得改造前一期供热量为2．80×106GJ。改造后供热能力增加了46MW，总供热能力为388MW，按式(1)计算，改造后供热量为3．17×106GJ，比改造前增加了0．37×106GJ，新增供热量为#2汽轮机改造为背压机后所增加的供热量。#2机组改造为背压机后，供热能力增加46MW，按照目前热负荷指标，可以增大供热面积8．30×105m2。由于热负荷指标的变化，中期可以增大供热面积9．00×105m2，远期可以增大供热面积9．60×105m2。改造后，全厂中期供热能力可达1041．0MW，较中期规划值1096．5MW偏少55．5MW，较远期规划值1488．0MW偏少447．0MW。建议未来根据实际热负荷发展情况，对二期机组进行余热回收利用改造，以补足不足部分。
4.2主要热经济指标
年利用小时按照2015年机组采暖期核查电量，折合2643h进行计算。#2汽轮机改造为背压机后#2机组改造前机组设计发电标准煤耗为177．43g/(kW•h)，考虑区域小锅炉热效率为75%，供热标准煤耗为45．55kg/GJ;改造后机组发电标准煤耗为164．06g/(kW•h)，供热标准煤耗为38．14kg/GJ。按上述数据计算，改造后该工程每年可节约标准煤约9．4kt，其中发电节煤量为4．9kt，供热节煤量为4．5kt。
5结论
通过热电联产来实施集中供热，替代供热区内已有或拟建的热效率低、污染防治措施落后的小锅炉，减少了区域燃煤消耗及烟尘排放量。提高了电厂的综合能源利用效率，既节约了大量能源，又减少了煤、灰渣在装卸、运输、贮存过程中对环境、交通及占地的影响。CO2，SO2，NOx及烟尘排放量减少，区域内环境空气质量得到改善。
参考文献
[1]成渫畏.基于双转子双背压供热改造技术的热电联产汽轮机组供热期调峰灵活性研究[D].山东大学,2017.
[2]戈志华,孙诗梦,万燕,赵世飞,何坚忍.大型汽轮机组高背压供热改造适用性分析[J].中国电机工程学报,2017,37(11):3216-3222+3377.
[3]吕瑞庭.火电300MW机组高背压供热改造分析[D].华北电力大学(北京),2017.
[4]孙启德.高背压供热改造在电厂中的应用研究[D].华北电力大学(北京),2017.
论文作者:李龙祥,徐杰,刘春雁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/22
标签：机组论文; 汽轮机论文; 余热论文; 电厂论文; 蒸汽论文; 约为论文; 量为论文; 《电力设备》2018年第15期论文;