_汽轮机高背压供热方案探讨

汽轮机高背压供热方案探讨

肖慧杰，张雪松

(内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020 )

摘要：

发电设备年利用小时数走低、热电矛盾的现状，和节能减排、上大压小的国策下，火电企业已面临盈亏临界，甚至生存危机。抽凝或纯凝式汽轮机切换为高背压式供热的新技术为火电行业注入生机。以两台200 MW 汽轮发电机组为例，提出利用冷源损失提高供热能力的高背压方案、高背压和背压组合方案、背压方案，并从技术、经济两方面剖析、论证三种方案均可行，且高背压供热优于背压供热。为已建或新建火电机组消除冷源损失实施高背压技术，在制定设计方案和明确各种方案的优先次序时提供借鉴。首次提出研发汽轮机低压转子集成工况模块的理念，通过模块调整和切换实现汽轮机抽凝或纯凝工况、高背压工况、背压工况高效运行的市场需求。

关键词：

火电机组；汽轮机；高背压；背压；技术经济。中图分类号：

TM621 文献标志码：B 文章编号：1671-9913(2017)03-0035-05Discussion on Heat Supply Scheme

of High Back-pressure Steam Turbine

XIAO Hui-jie, ZHANG Xue-song

(Inner Mongolia Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd., Hohhot 010020, China)

Abstract: Coal-fired power plants are facing the break-even point, even survival crisis due to short availability hours, contradictory status of heating and power generation , energy saving and emission reduction as well as the policy of favoring large scale enterprises. The switching technology of condensing or straight condensing turbine to high back pressure heat supply brings new vigor and vitality into coal-fired power generation enterprises. Based on case study of two 200 MW turbine generation units, this paper puts forward the following three schemes: high back pressure scheme to increase heat supply capacity by utilizing loss of turbine cooling source, combined scheme of high back-pressure and back pressure, and back pressure. Through economic and technological analysis, it is concluded that all the three schemes are feasible and the high back pressure scheme is superior to back pressure heat supply. This offers reference for existing and new coal-fired turbine units to reduce loss of turbine cooling source and adopt back pressure technology. Besides, it helps to make design schemes and identify order of precedence of these schemes. This paper proposes for the first time to develop integrated modules for low pressure turbine rotor under various conditions. Through adjustment and replacement of modules, market demand for high-efficiency operation of steam turbine under extract-condensing or straight condensing, high back pressure and back pressure conditions can be satisfied.Key words: coal-fired generation units; steam turbine; high back pressure; back pressure; tech-economic.

* 收稿日期：2016-02-24

作者简介：肖慧杰(1980-)，女，河南安阳人，高级工程师，从事发电行业热机专业咨询、设计工作。

经过10年抢、飞式发展，现阶段中国火电发电量超过总发电量的80%。电力是国民经济发展的基础，热电联产是实现国家节能减排的一项重要措施。近年来，“电产能过剩”、“ 窝电”已非新鲜词汇，北方“热电矛盾”尤为突出，火电这块蛋糕现状是：一方面火电建设进入超

DOI:10.13500/ki.11-4908/tk.2017.03.008

超临界、百万千瓦汽轮发电机组时代，另一方面，环保节能成为我国电力工业结构调整的重要方向，火电行业在“上大压小”的政策导向下积极推进产业结构优化升级，加快淘汰单机容量200 MW级及以下、设计寿命期满和不实施供热改造的常规燃煤火电机组，鼓励具备条件的地区建设背压式热电机组，目前背压式热电机组最大发电功率为50 MW。

我国能源利用率仅为33%，节能空间和潜力很大。改进热机技术以卡诺循环效率为最高标准，火力发电汽轮机乏热损失即冷源损失，约占总损失的50%～60%。这部分热量排入大气或水源，造成能源浪费、环境污染。

依托运城关铝热电2×200 MW工程改造实例探讨高背压技术设计方案。

2 工程概况

运城关铝热电2×200 MW机组于2008年投产，自然通风冷却塔，汽轮机为北京北重汽轮电机有限责任公司生产的超高压、中间再热、三缸两排汽、抽汽凝汽式汽轮机，第六级抽汽为采暖调整抽汽，型号为NC210-12.75/0.294/535/535。根据运城《供热规划》内容，2016年～2030年关铝热电厂规划供热的Ⅰ区、Ⅱ区新增面积1811×104 m2。设定额定采暖抽汽量按250 t/h(外供热负荷能力1200 GJ/h)及配套热网站、2台58 MW热水炉备用、综合采暖指标为40.1 W/m2，一次热网循环水供回水温度为100 ℃/52 ℃，汽轮机额定高背压工况背压设计值为47.4 kPa,在此基础上挖掘2台机组最经济的供热方案。

火电机组高背压供热技术的核心是利用冷源损失，将这部分冷源损失回收用于民生供热，高背压供热发电标煤耗、机组热效率等技术经济指标优于常规背压式热电机组，经过逐渐研究和实施，未来几年将得到迅速发展。

高背压方案，采用减少、更换低压转子次末级、末级叶片等方法提高低压缸排汽参数，从而提高循环水出水温度用以供热；背压方案的低压转子也称光轴转子，常采用中低压缸连通管打孔抽汽的方法，将大部分中压缸排汽用作采暖抽汽，仅留10 t/h蒸汽作为低压转子通风冷却备用汽源，光轴方案较高背压方案更简单易行，经济性较高背压方案略差；采用低压缸双转子，通过转子互换实现抽凝或纯凝、高背压或背压工况的高效运行。

拟定三个供热方案：仅1号机组改造为高背压(以下简称方案一)、1号机组改造为高背压+2号机组改造为背压(以下简称方案二)、2台机组均改造为背压(以下简称方案三)。

还有一种方案就是2台机组同时改造为高背压，此方案若将每台机组的450 t/h排汽热量全部送出，在供回水温度75 ℃/52 ℃的条件下需要的热网循环水量约22000 t/h，现有热网循环水最大流量为11300 t/h，原热网系统需进行颠覆性改造。这种低温供热方式，循环水大流量、能耗高、经济性差、外网匹配困难，所以不推荐此方案。

4 高背压供热主机

4.1 高背压供热额定工况

单台汽轮发电机组额定抽汽工况(简称抽凝)、高背压供热无抽汽工况(简称高背)、背压供热工况(简称背压)主要参数见表1。从表中数据可见，相同主蒸汽流量条件下，机组发电功率由高到低依次为高背、抽凝、背压，而供热能力由高到低依次为背压、高背、抽凝。

表1

汽轮机典型工况

4.2 高背压供热改造

高背压机组改造：主机改造范围集中在低压缸转子及其附属连接件，见图1。将现有低压转子返回主机厂加工为高背压转子，用于采暖

期机组高背压工况运行，改造前后低压转子见