（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 江苏南京 211102）
摘要：针对某燃气热电有限公司拟建设2×400MW级燃气热电联产电厂，对外需供360t/h、1.2MPa，290℃的过热蒸汽，本文从几种常用供热方式出发，从技术可行性、安全稳定性方面进行论述，分析比较了适合本项目供热方式的优劣，推荐采用冷段抽汽供热方案。
关键词：F级燃气-蒸汽联合循环；供热机组
一、概述
为响应国家节能减排的基本国策，改善地区环境质量，许多热电联产项目均采用燃气-蒸汽联合循环机组，其因具有效率高、排放清洁、调峰能力强等特点而得到了广泛应用。目前F级燃气-蒸汽联合循环机组供热方式主要有中压缸抽汽、中低压连通管抽汽、背压供热[1-2]、压力匹配器供热、冷段抽汽，这几种供热方式都有实际运行业绩，且运行基本良好，但每种方式也各有优缺点，实际选用时应根据热负荷特点选取。
二、项目供热方式选择分析
某公司拟建设2×400MW级燃气热电联产电厂，热负荷为360t/h，其中现有热负荷为50.2t/h，新增0.8MPa以上的工业热负荷为156t/h，占新增总热负荷的42%，其余约有160t/h的0.8MPa以下参数热负荷。为满足所有热用户的需求，本方案的供热参数按1.2MPa选取。针对本项目热负荷特点，结合几种供热方式优缺点，分析最适合本项目的供热方案。
（一）中压缸抽汽方案
为满足本工程外部热负荷的要求，若采用中压缸抽汽方案，需在中压缸内部设置旋转隔板，通过调整旋转隔板窗口面积实现调整抽汽压力和流量。此法将不可避免的出现缸内节流损失，且随着抽汽的增加导致内效率的损失加大。实际上，设置旋转隔板对汽轮机内效率的影响上还不仅仅停留在节流损失上，以具有的高中压合缸的汽轮机为例，设置旋转隔板将导致汽轮机高中压模块跨距的增加，而受限于转子的刚度要求（临界转速要避开机组的额定转速的±10%），往往在设计的时候需要抬高汽轮机高压段的根径，来提高转子的刚度，这样导致了高压叶片会变短、叶顶的漏汽损失相对增加，从而导致通流的内效率偏低。
另外还有以下几点方面需要考虑：
1）本项目单台机热负荷量较大，对于发电机尾置型式，抽出蒸汽过多（约120t/h），单轴联合循环机组整个轴系的稳定性、叶片及隔板的强度会受到严重影响，一般主机厂不推荐此方案。对于发电机中置型式，因发电机与汽机之间配有3S离合器，可弱化因抽汽量过大而引起的推力不平衡问题。目前，三菱、阿尔斯通、安塞尔多均为发电机尾置方式，西门子为发电机中置方式，GE两种方式均可。
2）本项目额定供热参数为1.2MPa，缸口的参数1.2MPa对应的蒸汽温度高达400℃左右，而热网端需求的温度仅为290℃，存在着100℃的温差浪费现象，不可避免的发生了高品质能源的浪费问题，通过喷水减温后对外供热，经济性受影响。
（二）连通管抽汽、背压供热方案
无论是中低压连通管抽汽方案，还是中低压缸之间设置3S离合器脱开低压缸的方案，本质上来说都是中压缸的排汽供热，但此蒸汽参数较低，一般仅为0.3~0.5MPa左右，仅作为采暖供热。
我院根据本工程的实际情况，对采用提高分缸压力供热的电厂进行了实地调研，并与主机厂进行了交流，主机厂反应：本工程的供热压力1.2MPa较高，将中、低压缸分缸压力提高至1.2MPa在技术上是可行的，但不可避免地带来中压缸效率大幅度下降，且目前还没有项目的分缸压力做到如此之高，不推荐此方案。
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（三）压力匹配器方案
目前国内已有项目采用压力匹配器的运行业绩，但从运行效果来看并不理想，甚至已有配置压力匹配器后拆除的实例。另外压力匹配器运行噪声较大，必须有可靠的降噪措施，加之考虑供热的可靠性，匹配器入口高压蒸汽和低压蒸汽多采用母管制，对本方案而言，系统和控制难度都将加大，因此不推荐此方案。
（四）冷段抽汽方案
鉴于上述三种供热方式对本项目都没有很好的应用效果，本次推荐采用冷段抽汽供热方案，主要有以下几个方面的考虑：
1）冷段已为做完功的乏汽，能源品质低，从?的角度看浪费少，实现了能源的阶梯化利用。排汽压力虽然较高，但与中压缸抽汽相比，温差浪费减少。根据主机厂设计经验：相同条件下，设置旋转隔板和不设置旋转隔板的机型在纯凝汽式工况下对CCPP效率的影响相差约0.2~0.3百分点。技术数据表明浪费温度的代价远比浪费压力来的更大。
2）在汽轮机中压缸处抽汽，再热蒸汽未能充分膨胀做功，缸口的参数为1.2MPa对应的蒸汽温度高达400℃，而热网端需求的温度仅为290℃，不可避免的发生了高品质能源的浪费。在高压排汽管道处实现调整抽汽，该处的蒸汽参数为2.5~3.4MPa、360℃，抽汽范围的适应性更广更强，完全可以满足目前的供热需求。而且本工程外部热负荷还存在一定的不确定性，选用此处蒸汽作为供热蒸汽，可在1.2~2.5MPa这个区间便捷调整。
3）冷段抽汽方案需适应大流量抽汽，满足用户的供热要求，是需要有相关的外部技术条件的。建议汽轮机采用高压缸单独分缸，中低压合缸，顺流布置的结构，高压缸和中低压缸采用分缸推力自平衡结构设计，在大流量抽汽的条件下，分缸结构应能够适应中低压缸进汽偏少的要求，这时的中低压缸类似于在作变工况调峰运行。冷段抽汽对汽轮机而言，中低压缸的进汽情况相当于汽轮机中低压缸做部分负荷下调峰运行。而该单轴机组具有良好的调峰性能，仅在国内就有接近二十多台套的运行业绩证明。
4）采用冷段抽汽方案时，由于锅炉再热器内的工质流量大幅度减少，将对锅炉的运行带来一定程度上的不利影响，但通过如下手段，能够保证锅炉运行的安全性：
（a）限定冷段抽汽量的最大值，优化喷水减温系统以及两级再热器的换热量分配，使得在本项目额定的180t/h 的冷段抽汽量下，余热锅炉的再热系统喷水量在合理的范围内，保证再热器的运行安全性。
（b）在中压过热器之后设置保压阀来减缓抽汽量大幅度变化对中压汽包压力、水位的影响，该调节阀由DCS 控制。
（c）在温度约为150℃的汽水混合两相区时，流体腐蚀速率最大。在采用冷段抽汽方案的机组上，主机厂将用中联门对高排的压力进行调节，维持冷段的压力在一个较高的水平（约2.5MPa），使锅炉的中压蒸发系统远离FAC 现象产生的区间，保证锅炉的安全、稳定、高效运行。
冷段抽汽量较大时，再热器内的介质会减少，相应的再热系统的换热量也同样减少，但这部分烟气的热量绝大部分都会被由高压蒸发器和高压过热器等换热面组成的高压汽水系统吸收，并不会导致锅炉效率下降。
三、结论
综上所述，本工程新建F级燃气-蒸汽联合循环供热机组的供热方案，可供选择的包括中压缸抽汽供热、中低压连通管供热、背压供热、压力匹配器供热、冷段抽汽供热等供热方案。
从提高机组热效率考虑和供热可靠性出发，结合本项目的设计热负荷参数和联合循环布置方式，推荐采用冷段抽汽供热方案。
参考文献：
[1]张波，邢培杰.NCB供热机组的应用前景分析[J].吉林电力. 2014，42（1）
[2]李磊，司派友，赵绍宏，左川，王凯.SSS离合器在联合循环汽轮机上的应用[J].华北电力技术. 2013（07）
论文作者:李雪倩,徐蕾
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/17
标签：方案论文; 蒸汽论文; 低压论文; 压力论文; 机组论文; 中压论文; 负荷论文; 《河南电力》2018年8期论文;