大型热电联产机组高背压供热改造全工况热经济分析

大型热电联产机组高背压供热改造全工况热经济分析

摘要：热网在运作期间通常会应用到抽凝供热机组的抽汽参数信息，但其热损

失较大。一般而言，高背压供热机组会通过排气余热进行供热，进而不断增强供

热的性能，以减少供热抽汽容量。大型汽轮机高配压供热改造的两种主要方式为：单转子运行和双转子互换。对于此，本文中为探索更具经济性、实用性的方式，

以350MW机组的运作为例，通过Ebsilon仿真模拟软件的应用对高背压供热汽轮

机变工况的模型进行计算、对比；以热能单耗理论为基准，对比供热季和非供热

季期间不同改造方式的经济性、能耗情况。最终结果显示：与单转子方式相比，

双转子互换的方式在供热季期间的发电量为200万kW•h，平均发电煤耗低于

0.24g/（kW•h），极限供热量明显少了6MW左右；非供热季期间的㶲效率明显

比单转子方式要高。但考虑由于在换热期间，双转子互换方式的优势较小，且成

本耗费较大，每半年就要进行更换转子操作，所以笔者认为对于大型热电联产机

组高背压供热改造工程而言建议首选单转子方式，可起到降低成本的效果。

关键词：大型热电联产机组；高背压供热改造；单转子方式；双转子互换

一、简析大型热电联产机组的高背压供热改造全工况热经济性能理论

（一）分析不同机组的供热方式理论

对比湿冷机组而言，通常其运行背压在5kPa上下，所对应饱和温度在32.5℃，无法应用于直接对外供热。一次网的回水温度一般要明显高于45℃，要想符合热

量供应需求，机组工作人员就一定要将机组改造为高背压机组，并将背压有效提升，但如果汽轮机背压提升过多，会直接对汽轮机的运行产生影响。所以在进行

机组高背压改造期间，一定要将低压缸转子进行更换。将汽轮机低压缸凝气转子

转换为高倍压运行转子之后，机组汽轮机排气明显升高，且对应的凝结温度也有

所提升，此时可通过汽轮机排汽余热的应用直接对热水进行加热操作。同时，即

便处于严寒期也可以由中压缸后将汽尖峰加热，进而可达到相应的供水温度。

在进行机组高背压供热改造期间，汽轮机自身是最大的影响因素，低压缸、

通流面积、隔板等均需要重新规划和数据调整。由于要更换低压缸的转子部分，

所以要前期预估更换操作所带来的轴系稳定性情况、标高情况，同时还要重视供

热管线回热机制、辅助机制、控制机制的变化。在供热季时期，机组的供热凝汽

器要注意接入热网水，并对热网回流水进行加热操作，供热凝器的应用可有效实

现热网转换热器的目的；处于非供热季期间，凝汽器的热网侧闸门将会关闭，此

时供热凝汽器会切回普通凝汽器功能。

（二）简析单耗理论体系

为进一步对单转子方式和双转子互换方式的经济性能进行对比分析，本文将

引入对单耗理论的分析论述。对于任何产品而言，其单耗通常由两部分构成，即

为理论最低单耗与附加单耗值。其中的理论最低单耗值表示，生产该产品期间无

任何用损失，此时只有燃料为单耗；附加单耗值则表示，该产品在生产期间，各

环节应用设备的㶲损耗所引起的燃料单耗之和。

二、简析基于Ebsilon软件的供热机组计算模型

（一）机组供热界定条件的明确

本篇文章中将以某地应用的350MW机组为例，对不同更换转子方式的机组

经济性能进行对比。改造之前该机组选取的传统抽汽供热方式基本参数设置情况

详见表1。

供热季分为严寒气和非严寒期，其中严寒期的供水温、回水温一般维持

100/45℃，非严寒期供热温会有线性变化，即供水温、回水温在65/38℃至

100/45℃之间。经研究表明，发电功率和总热耗基本可呈线性变化，严寒期的供

热负荷在350MW，供热初期温度在65℃左右，回水温度为38℃左右，机组主汽

流量会按照供热负荷的变工计算得到调节，可采用质展开调解，同时热网水流量

会按设定的流量进行计算。供热期间机组的运行每小时数为2880h，不难看出对

于机组运行而言，单转子方式和双转子互换改造方式所承担的热负荷量相当。

（二）简析基于Ebsilon软件的供热汽轮机热力模型

本篇文章中将基于Ebsilon软件的供热汽轮机热力模型，对供热机组的整个工况运行情况进行经济性分析，该软件的应用对于锅炉、汽轮机器、凝汽器等设备

有较强的校正功能以及建模能力，同时对于运行功率机组效率等物理参数而言计

算的准确性较高。

为保障模型设置的正确性，工作人员一定要具有验证模型、额定工况、变工

况的意识。本篇文章中以机组热平衡图中的THA工况、75%工况、50%工况、40%工况为基准参照情况，模拟模型的变工况修正了小汽水流量、调节级滑压曲线、

末级热效率，最终对比经过模拟计算得出的发电功率、热平衡图中对应的工况实

际功率值。

三、对比应用不同改造方式的全工况经济性能

（一）基于Ebsilon软件所计算出的供热系统模型，对单转子运行和双转子互换方式的供热改造机组热经济性指标进行计算，供热期间不同改造方式经济性能

对比情况详见表2。

由表2可以看出，单转子运行方式和双转子互换方式处于相同供热负荷量之下的煤耗均

明显低于传统抽汽供热方式，煤炭节约效益更加显著。在供热季，双转子互换方式相比单转

子方式发电量多出200万kW•h，应用优势较低。如果该地区处于供热季且发电需求量较大

的情况下，此时应用双子互换方式的供热优势较高；由最大供热性能方面而言，单转子方式

的极限供热负荷为490.2MW，虽然供热能力较强，但供热能力差别较小。

（二）机组运行成本对比

机组在进行高背压供热改造期间，不但要重视低压转子的更换，还要重视凝气器的加固，在供热季期间要充当低温换热器的角色，通过排气余热对热网水实行加热操作。处于非供热

期间，凝气器只当做普通凝器进行使用。单就单转子运行方式来说，通常工作人员只需更换

一次转子即可；对于双转子互换，在供热季和非供热季交替期间工作人员都要注意低压缸的

转子更换情况，且需要每半年更换一次。假设两种换转子方式所需的转子应用成本相同，那

么双子互换方式则会耗费更大的成本。对于350MW湿冷机组来说，每更换一次转子需要停

机20天左右，且期间的人工费、材料费合计消耗约为50万左右，每更换一次转子就要调试

低压缸的中轴线并完成相应的对中操作，相对而言较为复杂繁琐。

结束语

综合上述所言，本篇文章中笔者首先简析大型热电联产机组的高背压供热改造全工况热

经济性能理论，之后简析基于Ebsilon软件的供热机组计算模型，最后对比在供热季和非供热季应用不同改造方式的全工况经济性能情况，希望可为相关领域从业人员提供一些指导建议。

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