高背压供热汽轮机低压部分性能优化

高背压供热汽轮机低压部分性能优化

摘要：汽轮机高背压供热方式可回收低压缸排汽余热，扩大机组的供热能力，减少高品位抽汽造成的可用能损失，能源转换效率高。供热季运行背压高，

低压转子采用了双转子互换技术，低压转子结构的变化使低压部分热力特性发生

变化。

关键词：高背压供热；回热系统；低压部分；优化

一、汽轮机高背压供热原理

汽轮机排汽热损失是火电厂各项损失中最大的一项，若能利用起来机组的热

效率将会大幅提升。高背压供热即是通过调整空冷岛的运行方式来提高汽轮机的

排汽背压，从而提高汽轮机对应的排汽温度，然后充分利用汽轮机排汽的汽化潜

热来加热热网循环水回水，降低汽轮机的冷源损失，提高机组的循环热效率。空

冷机组的“直接利用原有高背压”供热技术，是在不改变空冷岛现状，增设一台

水冷式高背压供热凝汽器，以提高全厂供热能力和供热安全可靠性。在供热期，

两台机组按一抽一背供热方式运行，提高一台汽轮机的背压，利用水冷凝汽器回

收汽轮机排汽的余热进行一级加热和机组抽汽进行二次加热，满足热网供水要求，实现机组冷源损失为零，并提高采暖供热能力；在非采暖供热期，切除供热凝汽器，开启全部空冷岛对排汽进行冷凝，汽轮机由高背压运行工况切换为纯凝运行

工况。本技术特点是投资少，见效快，结构简单，可以实现纯凝和背压双模式运行。改造后机组供热能力和热电比增加，回收冷源损失，增加了供热面积，经济

效益增加。回收冷源损失，增加了供热面积，经济效益增加。但是凝汽器一次加

热温度较低，需要抽汽二次加热。节能减排是我国经济实现可持续发展的基本国策，对于发电行业，热电联产是实现国家节能减排的一项重要措施。目前我国城

市集中供热主要靠小型供热机组，但是其能耗高，能源利用率低，热电联产机组

的大型化正在成为发展趋势。

二、汽轮机性能优化的原因

汽轮机及其热力系统的性能受多方面因素影响，如外部因素、能效因素及运

行因素。外部因素如负荷率和环境温度等，一般属于客观因素，不易改变；能效

因素可以通过改造、检修等方式降低辅机设备能耗，提高设备效率，执行起来比

较困难；而运行因素可以通过一定的试验，得出比较经济的运行方式，从而提高

机组性能。

一般超超临界机组的设计运行方式是滑压运行方式，即在主汽阀和高压调节

阀全开进汽的情况下，通过锅炉侧调节主汽压力来调节机组负荷，由于没有节流

损失，滑压运行具有很好的机组经济性，但在这种运行方式下，由于超超临界机

组直流锅炉的蓄热能力不强，负荷变化后不能得到快速响应，无法满足电网调频

要求。为了提高滑压运行方式的灵活性，一般会采用高压调节阀节流、补汽调节、凝结水节流与低压加热器综合技术结合，以及调节高压加热器4种技术方案。其

中后3种技术都有一定的局限性，为了保证超超临界机组一次调频5%的负荷增幅

速率，一般在额定负荷和30%负荷以下采用定压运行，在30%-100%负荷采用高压

调节阀节流的滑压运行方式，即高压调节阀保持部分开度，再进行一定的节流，

提高进汽压力，机组循环热效率得到提高，对机组经济性有利，一次调频负荷增

幅速率也较高，但同时给水压力也有所提高，增加了给水泵的能耗，抽汽量增加，减少了蒸汽做功，高压调节阀节流损失增加，高压缸效率下降，对机组经济性产

生了不利影响。为了找到既能满足一定的调频响应速率，又具有较高机组经济性

的滑压运行方式，需要进行全负荷段工况性能试验和宽负荷配汽方式试验，同时

考虑到背压对机组经济性的影响，进行变背压特性性能试验和循环水泵优化实验，得到偏离正常背压情况下的优化方法，并对滑压曲线进行修正，最终达到全负荷

段性能优化的目的。

三、高背压供热汽轮机低压部分性能优化

高背压供热改造技术是将凝汽器中乏汽的压力提高，即降低凝汽器的真空度，提高冷却水温，将凝汽器改为供热系统的热网加热器，而冷却水直接用作热网的

循环水，充分利用凝汽式机组排汽的汽化潜热加热循环水，将冷源损失降低为零，从而提高机组的循环热效率。热网系统可采用一级加热，也可采用串联式两级加热。一级加热是仅通过凝汽器加热后直接对外供热，一般应用于小型供热系统，

或虽然是大型系统，但供水温度要求低于80℃；串联式两级加热是热网回水首先

经过凝汽器进行第一次加热，吸收低压缸排汽潜热后再经过供热首站蒸汽加热器

完成第二次加热，成为高于80℃的热水后对外供热。供热首站蒸汽来源可选择本

机或其它机组抽汽。其实施前提是热网循环水回水温度一般不高于55℃，且循环

水量必需满足低压缸最低排汽量要求，对于300MW机组应不低于8000t/h，对于600MW机组应不低于15000t/h。该技术常用方式有不换转子技术、单转子技术、

双背压双转子互换技术、叶片拆除与重装技术、光轴技术（更接近于打孔抽汽供热）、低压缸切除（更接近于打孔抽汽供热）等多种方式。从能量利用角度看，

在供暖期，不管哪种技术方式，都可以做到完全回收汽轮机乏汽余热，没有冷端

损失，但从满足运行的边界条件看，却有较大差别。除不换转子技术外，其它均

需相应改造给水泵汽轮机（给水采用汽动给水泵时）、凝汽器和凝结水精处理等

相关辅助系统。

1、不换转子高背压供热改造技术。该技术仅适用于热网回水温度要求较低

的状况（接近主机设计循环水温度），不会对纯凝运行时的发电造成影响，但此

种供热改造方式，即便在供热初末期也难以满足热网供水温度要求，需要机组抽

汽进行二次加热。该技术对于空冷机组适用性较好，当回水温度低时，不需改造

转子，只需增加乏汽换热设备。

2、单转子供热改造技术。该技术也需要较低的热网回水温度，一般非供暖

期背压推荐为15kPa.a，供暖期背压可达54kPa.a，供水温度达到80℃以上，在

供热初末期可以满足热网要求，直接对外供热。机组在供热工况的供热能力及经

济性能够达到最优水平，纯凝工况具备带满负荷的能力。与双背压双转子技术相比，虽然节省每年两次换转子的费用，但末级或末几级叶片改造后做功能力下降，纯凝工况煤耗增大。该方案更适用于供暖期热网回水温度较低，机组利用小时高，非供暖期机组利用小时数较低的改造条件。

3、双背压双转子互换供热改造技术。双背压双转子互换供热改造技术是近

几年快速发展的一种高效供热技术。供热期汽轮机采用专门制造的高背压供热低

压转子，提高汽轮机的排汽背压，非供热期采用纯凝低压转子，凝汽器循环水切

换到原循环冷却水供水状态，汽轮机排汽参数恢复到正常水平，形成低背压，即