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1、分轴式燃气蒸汽联合循环发电机组的供热改造方案及应用研究张梦哲刘广于李铁生左兴堂杨会永1#燃机2#燃机低压蒸汽管网图1 2X50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组工艺布置图表1改造技术比照统计表改造技术名称技术性能改造本钱应用要求纯凝改供热技术统一输送热能较低管道抽汽压力要求较高,浪费资源吸收式热泵供热改造技术利用循环水热量获取能量较高供热系统供热景要求较高,改造工作量大高背压余热改造技术提高排汽温度以改善供热运行效果较高更换转子，非供暖期发电量低双转子互换高背压供热改造技术操控低压缸转子以改善供热运行效果较高需要对转子进行更换，改造难度大背压小汽轮机供热改造技术根据供热需求，调节蒸汽能量级别较低技
2、术操作灵活，具有较强的供热能力摘要：近年来，低能耗供热、供热灵活性改造成为热电联产机组供热技术开展 的重要课题。以某公司为案例，采暖季热电联产机组优先运行保障蒸汽供应， 但蒸汽用户不断增多，蒸汽供需矛盾仍较突出；且燃料有限，高效燃气蒸汽联合 循环发电机组被迫停机备用，采暖季发电量低。针对以上问题，公司对燃气蒸 汽联合循环发电机组进行了供热改造，扩建了一台背压式汽轮机组供应蒸汽并 提高发电量，且在国内外首创了分轴式燃气蒸汽联合循环发电机组供热改造方 案及其多功能、多模式运行方式。Key：燃气蒸汽联合循环发电;供热改造;供汽：TK284. 1 文献标志码：A ： 1671-0797 （2022）
3、09-0024-04DOI： 10. 19514/j. cnki, cn32-1628/tm. 2022. 09. 0070 引言近年来，低能耗供热、供热灵活性改造成为热电联产机组供热技术开展的重要 课题1。某公司现有10台（套）发电机组，负责煤气等二次能源的回收利用 及公司蒸汽管网的供应保证，整体自发电比例到达60%,其中，3台高效燃气蒸 汽联合循环发电机组（1台150 MW和2台50 MW）承当80%的发电任务，2台25 MW抽凝式汽轮机机组及1台15 MW背压式汽轮机组主要承当公司蒸汽管网 供应任务。当前国家环保要求日趋严格，采暖季限产将常规化，结合近三年来采暖季各发 电机组运行实际，其
4、存在着蒸汽供应能力不满足新增工程蒸汽需求；常规锅炉环 保排放不稳定，环保停产压力大;燃料供应紧张，高效发电机组停运，自发电比 例低等问题。为提高蒸汽供应能力、降低环保风险、增加发电量，有必要对现 有的发电机组进行改造，突破上述制约瓶颈。1 存在的制约瓶颈采暖季蒸汽供需矛盾突出保障冬季生产和采暖需求是公司蒸汽平衡的重点。但是随着公司开展，蒸汽用 户和蒸汽使用量增加，现有供热机组供汽能力已达极限，在采暖季厂区蒸汽存 在供应缺口，采暖季蒸汽供需矛盾较为突出。1.1 原供热机组环保风险较高2台25 MW抽凝式汽轮机组于2004年投入运行，平安运行14年，但是该机组 技术已属于落后技术，受氮氧化物和二氧
5、化硫等环保指标的限制，整体运行情 况不佳。近年来，通过热风再循环及烟气喷氨技术对其进行超低排放改造，得 到了较好的效果，但是仍存在锅炉环保排放不稳定、环保风险仍相对较高等问 题，严重制约了蒸汽管网供应。1. 3 高效联合循环发电机组冬季发电量低2X50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组于2013年投入运行，平安运行5年，该 机组氮氧化物和二氧化硫排放指标满足超低排放标准，但机组的汽轮机为抽凝 式，冬季假设用其取代原热电联产机组，那么抽汽量无法满足厂区蒸汽需求。采暖 季各发电机组运行的首要任务是保证蒸汽管网供应，那么高效燃气蒸汽联合循环 发电机组在燃料缺乏时需被迫停机备用，影响厂区自发电量。针对以上
6、问题，很有必要对现有燃气蒸汽联合循环发电机组进行供热改造，以 提高蒸汽供应能力和稳定性，降低环保风险，增加发电量。2 供热改造方案1改造方案的比拟和确定公司2义50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组技术先进，发电效率高，污染物排放 控制稳定且优于最新环保标准;其采用分轴布置，即燃气发电系统和蒸汽发电系 统实现物理别离，运行工况范围较宽，燃料调整手段灵活，具备供热改造条 件。综上，决定对该型机组进行供热改造。2X50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组，主体设备包括2台M251s型燃气轮机、 2台M251S型煤气压缩机、2台C25-5. 68/1. 0型蒸汽轮机、4台发电机和2台 Q422/566-72
7、(9) -5.9 (0. 7) /530 (230)型余热锅炉。其中余热锅炉由格菱 动力设备(中国)提供，其他主体设备由杭州汽轮机制造， 关键部件从日本三菱重工MHI公司进口。其工艺布置图如图1所示。当前，供热改造工程技术种类众多，应选取适合公司现有条件且改造本钱较低 的改造方案。本文比照了 5种较为成熟的改造方案，对其技术性能、本钱和应 用要求分别进行分析，如表1所示。可见，背压小汽轮机供热改造方案具有较为突出的优势，操作灵活、供热能力 强，且本钱控制优势明显2,能满足改造需要，因此选择该方案作为2义50 MW CCPP供热改造方案。最终确定扩建一套背压发电机组，并配备一套减温减 压器和蒸汽
8、引射器系统为辅助供汽设备。2.2 工程改造条件2. 1 技术条件 本工程采用的背压式发电机组技术为国家政策鼓励的技术，同行业企业应用效 果明显，技术成熟可靠。2. 2.2 资源条件本工程为改建工程，建设地为厂区内部，工程主要耗能为循环水和除盐水，公 司现有条件可以满足本工程的需要。2. 2.3 施工条件本工程土建施工量较小，施工场地平整，道路交通方便，水电气等配套齐全， 适宜施工建设。2. 2.4 主要燃料动力供应本工程不需要消耗燃料，主要动力消耗为电力、工业水、除盐水等。2.3 改造方案的实施在2义50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组区域新建背压式汽轮发电机组，运行所 需蒸汽由原燃机余热锅炉提
9、供，并配套设置一套减温减压器和蒸汽引射器，采 用2炉拖1机的运行方式。(1)选用高温、次高压、单缸、单轴背压式汽轮机，设计结构简单、平安可 靠、维修方便、通用性强，且具有较高的经济性。其参数如表2所示。选用发电机参数如表3所示。(2)增加一套减温减压器和蒸汽引射器。燃机余热锅炉的低压主蒸汽可通过蒸 汽引射器，在高压蒸汽的引射作用下并入低压蒸汽管网，增强蒸汽供应能力；必 要时，高压主蒸汽亦可通过减温减压器直接向蒸汽管网供应蒸汽。3 改造后的运行方式1 改造后的工艺布置增加一套背压式汽轮机组，改造后的2X50 MW燃气蒸汽联合循环发电系统工艺 布置如图2所示。2台燃机余热锅炉产生的高、低压主蒸汽进
10、入高、低压蒸汽母管，可根据生产 需求分别进入3台汽轮机做功：(1)高效发电模式下，主蒸汽进入2台原抽凝式汽轮机执行发电任务；(2)蒸汽供应模式下，主蒸汽通过联络母管进入背压式汽轮机执行发电任务和 供汽任务。改造后，2义50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组可实现不同模式下的灵活切换。3 . 2 改造后燃气蒸汽联合循环发电机组的4种运行模式改造后的新2X50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组可在采暖季和非采暖季分别选 用不同的运行模式，该种多功能、多模式运行方式系国内外首创。采暖季，选用蒸汽供应模式，提高蒸汽供应能力。背压式汽轮机组所需蒸汽由 燃机余热锅炉提供，采用2炉拖1机(或1炉拖1机)的运行方式；
11、燃机余热锅 炉低压主蒸汽采用引射的方式并入厂区管网。非采暖季，选用高效发电模式，采用现有的抽凝机组提高发电量，并根据生产 需要为厂区供应蒸汽。根据生产需求，亦可实现单台余热锅炉拖背压机进行蒸汽供应，另一余热锅炉 继续以高效发电模式运行；或燃机余热锅炉主蒸汽直接供减温减压器，向低压蒸 汽管网供应蒸汽。4种模式下5台发电机组及减温减压器运行情况如表4所示。3.3 不同生产需求下各发电机组运行模式对2义50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组进行供热改造后，现公司11台（套） 发电机组在不同蒸汽需求的工况下，可做新的部署调整。在采暖季和非采暖季，3台高效燃气蒸汽联合循环发电机组均可高效运转，将 有效提高自
12、备电站冬季发电供电能力。非采暖季，3台燃气蒸汽联合循环发电机组均可选用高效发电模式；现有的2台 25 MW抽凝式机组和原15 MW背压式机组为厂区提供蒸汽，并结合厂区其他余 都回收产生的蒸汽，可以和厂区蒸汽需求保持平衡。采暖季，150 MW燃气蒸汽联合循环发电机组仍可高效运转;2台抽凝式汽轮机发 电机组可停机备用；通过本次改造，2义50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组切换 为蒸汽供应模式，采用2台燃机余热锅炉拖背压式汽轮发电机组执行蒸汽供应 任务和发电任务，并由原15 MW背压式机组配合运行，保障采暖季的蒸汽供 应。4 改造后的效果2X50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组供热改造工程工程建成后，可
13、有力提高采 暖季蒸汽供应能力和供汽稳定性，同时为厂区提供自备电力；且2X50 MW燃气 蒸汽联合循环发电机组可在4种运行模式下灵活切换，可根据蒸汽使用需求调 整为单台燃机余热锅炉拖背压式汽轮机供应蒸汽，另一台燃机余热锅炉拖抽凝 式汽轮机。 本次改造一方面提高了蒸汽供应能力，填补了厂区采暖季蒸汽的缺口，同时还 提高了高效燃气蒸汽联合循环发电机组的能源利用率；另一方面，可以利用余热 发电，满足厂区的用电需求，并降低了环保风险，能源得以高效梯级综合利 用，实现了综合能效提升。新增背压式汽轮发电机组主要技术经济指标如表5 所示。如表5所示，本工程背压式发电机组预计年运行时间为2 928 h,年发电量3
14、 513. 6万kWh,自身年耗电量43. 92万kWh,年供电量3 469. 68万kWh, 年供蒸汽409. 9X103 t,年节能量折合标煤18 539. 23 tee。5 结语综上可见，2X50 MW燃气蒸汽联合循环发电机组的供热改造，在提高采暖季蒸 汽供应能力的同时，产生的经济效益和节能效果亦十分可观。此外，该种燃气 蒸汽联合循环发电机组的供热改造和多功能、多模式运行方式系国内外首创， 为分轴式燃气蒸汽联合循环发电机组的供热改造和运行提供了一种创新的方 案。Reference1黄汝玲，苗井泉，尹书剑.热电联产机组供热技术及灵活性改造研究J.河 南电力，2018 (9) ： 78-80.2陈力力，段莹莹，张超臣.燃煤电厂供热改造技术的相关探讨J.价值工 程，2019, 38 (30) ： 143-144.一全文完一