哈尔滨电气股份有限公司电站服务事业部 黑龙江 150028
摘要：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。本文对大型汽轮机组高背压供热改造用性进行分析。
关键词：大型汽轮机组；高背压供热；改造；适用性
1汽轮机的特点
汽轮机在火力发电厂运行中，主要是以蒸汽的方式形成的，它主要将其中含有的热能转化为机械能，这样才能保证在发电运行中更稳定。
目前，在火力发电厂运行在的使用的机械主要为汽轮机与发电机两种，它们具有较高的热效率。其中，汽轮机的综合热效率会达到40%。而且，汽轮机机械的产生还能实现工作的连续性、回旋性。
其次，随着机组运行的不断稳定，不仅会降低其事故的发生几率，还会延长修理的时间。对于这种汽轮机，它的使用提高了设备的利用率与热经济性，还增加了设备使用的时间，以促进廉价燃料的效率化使用。
2高背压供热机组性能分析
2.1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。
2.2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。
取供热面积600万m2，则供热量为288MW，改造前机组采用抽汽供热，发电功率为269.5MW。回水温度设定范围为36~60℃，供回水温差取50℃，保持供热量不变。当机组采用高背压供热时，计算出不同回水温度下排汽余热利用比及对应的机组发电功率，其中排汽利用比为用于供热的排汽量和总排汽量之比。当回水温度较低时，大部分排汽余热可被利用，相同供热量下，机组发电功率较高。随着热网回水温度升高，机组的排汽利用比降低，发电功率随之降低，当回水温度达到59℃时，机组发电功率为269.5MW，和改造前抽汽供热方式机组发电功率相同。回水温度再升高，由于排汽利用比大幅降低，机组热经济性还不及改前供热方式，大量的乏汽被排至空冷岛造成热量损失，且需要更多的高品位抽汽才能满足供热所需。由于各地区热网差异较大，运行参数参差不齐，从热经济性分析，高背压供热机组更适用于回水温度较低的采暖地区。
2.3回水温度变化对高背压供热机组最大供热能力的影响
由于汽轮机排汽具有很高的汽化潜热，采用高背压供热能有效地扩大机组的供热能力，但一次网回水温度的变化会影响汽轮机排汽余热利用的程度，从而使机组的供热能力发生变化。为此利用Ebsilon自带的Pascal语言编译程序，讨论排汽余热全被利用条件下机组的最大供热量，即余热供热量和抽汽供热量之和。供回水温度不同，抽汽量不同，对其相应调整通过迭代计算，得到不同回水温度下高背压机组最大供热能力及发电功率，在回水温度低于49℃的范围内，机组的最大供热量随回水温度升高略有上升，而发电功率下降明显。原因是回水温度低，机组排汽余热供热量占比较大，抽汽供热量占比小，当回水温度升高时，抽汽量增加，最大供热量平缓上升，同时发电量下降。在回水温度高于49℃的范围内，余热利用比减少，供热负荷主要由抽汽承担，但考虑到汽轮机的安全性，达到最大抽汽量时，排汽量也为定值，此时发电功率维持不变；当回水温度≥49℃时，无法保证排汽余热全被利用，存在排汽冷源损失，机组的最大供热量呈快速下降趋势。当回水温度≤56℃时，机组的最大供热负荷高于改造前的最大供热负荷。当回水温度为49℃时，机组达到最大供热量495MW。由于高背压机组供热能力的增加，对应的热电比均高于100%，当回水温度为49℃时，热电比高达200%（厂用电率取5%），缓解了采暖期区域性用热多用电少的矛盾，提高了热电联产机组的调峰能力。
3高背压梯级供热机组热经济性分析
高背压梯级供热系统由于回收了排汽余热，供热能力增加，机组热经济性也将发生变化，利用发电热效率和发电标准煤耗率评价高背压供热机组的热经济性。采用热量分配法计算高背压供热机组的热经济性指标如下。汽轮机热耗量Qtp（GJ/h）：
对机组在承担不同供热负荷时进行变工况性能计算，根据该地区高背压改造后供热季实际运行数据的平均值，取供回水温度95/45℃，机组最大供热量为489MW，单机对应最大供热面积为1020万m2，计算不同供热面积下，高背压梯级供热系统的发电热效率和煤耗率。由随供热面积增加，高背压供热机组的发电热效率逐渐升高，对应的发电标准煤耗率明显降低。对于文中330MW机组采用高背压梯供热，若供热面积达到1000万m2时，机组的发电热效率为88.7%，发电标准煤耗率仅为138.7g/（kW·h），由此看出高背压梯级供热系统由于减少了高品位抽汽，合理利用排汽余热，机组热效率大大提高，节能减排潜力巨大。同时看到，供热面积越大，排汽利用程度越高，机组的冷源损失越小，高背压供热优势体现得越明显，故在实际应用高背压梯级供热技术时，应使实际供热面积接近最大供热面积，以获得良好的热经济性。
在95/45℃供回水温度下，对比于改造前供热方式，高背压梯级供热时供热能力扩大24.8%，可增加供热面积（48W/m2）203万m2；供热期（按100天计算）节约标煤4.16万t，减排CO2约10.90万t。按照目前空冷供热机组的高背压改造项目成本计算总投资约5000万元，取当地热价28元/GJ，该机组上网电价0.32元/（kW·h），厂用电率5%，供热期为100天，在燃料量输入相同的情况下，相比于改造前500t/h抽汽供热工况，估算改造后高背压供热承担不同供热面积时的静态投资回收期。高背压改后承担的供热面积越接近最大供热面积，经济效益越好。
4结语
1）高背压供热机组排汽余热利用受热网回水温度影响较大，热网回水温度较低的采暖地区适宜采用进行高背压供热改造，当回水温度高过59℃时，不适宜采用高背压供热方式；
2）机组采用高背压余热梯级供热，和传统抽汽供热方式相比供热能力扩大24.8%，热电比明显增大，可缓解区域性用电用热矛盾，提高热电机组的调峰能力；
3）高背压供热机组，热经济性受供热负荷影响较大，在改造时，应使实际供热负荷接近最大供热负荷。案例机组当供热面积为1000万m2时，发电热效率达88.7%，发电标准煤耗率仅为138.7g/（kW·h），节能减排效果明显。
4）针对案例机组得出的高背压供热改造的量化结论，可以为工程上供热模式的选取提供依据，避免盲目进行高背压供热改造。
参考文献：
[1]邓拓宇，田亮，刘吉臻．利用热网储能提高供热机组调频调峰能力的控制方法[J]．中国电机工程学报，2015，35（14）：3626-3633．
[2]戈志华，杨佳霖，何坚忍，等．大型纯凝汽轮机供热改造节能研究[J]．中国电机工程学报，2012，32（17）：25-30．
论文作者:许国忠
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/14
标签：机组论文; 回水论文; 温度论文; 余热论文; 汽轮机论文; 热量论文; 功率论文; 《防护工程》2019年10期论文;