热电联产高背压供热机组性能研究

热电联产高背压供热机组性能研究

张昊，刘宇阳，韩双

中国船舶重工集团有限公司第七〇三研究所，黑龙江省哈尔滨市， 150000

摘要：以某地区350MW湿冷机组为研究案例，原机组采用抽凝方式对外供热。原机组采用抽汽供热，对抽汽供热机组进行高背压改造，即将抽汽机组改造成为高背压机组，对其低压缸转子进行更换，使其能够在背压较高的环境下安全运行，并且其对应的凝汽器也更换为换热凝汽器，并与原热网水合并。

关键词：热电联产；供热机

一、供热状况分析

为衡量两种改造方式的供热能力及改造后的机组效率，根据该地区温度情况及热网特性，对供热季计算条件做以下简化：

假设供热季共为120天，分为严寒期和非严寒期。其中严寒期供热时间为43天，非严寒期供热时间为77天。严寒期供、回水温度维持在100/45°C,非严寒期供热温度为线性变化，即非严寒期供、回水温度从65/38°C至100/45°C均匀变化，且在非严寒期，发电功率及总热耗均为线性变化两种改造方式在严寒期设计供热负荷均为3SOMW，且在整个供热季期间的总供热量相同，供热温度及供热时间参照温升比例分配；供热初期温度为65℃，回水温度为30℃，机组主汽流量按机组供热需要流量计算；热网调节采用质调节，热网水流量按设计流量计算；供热期每天发电时间及供热时间均按24小时计算，供热季机组运行2880小时。

二、供热季能耗分析比较

1、单转子方式供热计算结果

汽轮机若采用单转子方式供热，供热季和非供热季采用同一根转子，供热季，汽轮机运行背压可至34kPa，所对应的饱和温度为12℃，考虑到供热凝汽器的换热端差为2℃，则利用汽轮机排汽可以将热网水加热至10℃，该温度对于供热非严寒期的某些时段，足以满足供热温度需求。供热温度高于10℃时，采用抽汽作为尖峰加热，补充加热热网水，使热网水能够满足更高的温度需求。

供热季中仅采用高背压供热方式的天数很少，大部分都需要抽汽补充加热。经过Ebsilon模型计算得供热季机组参数如表3-2。

单转子供热季计算结果

为了研究单转子方式供热机组的供热潜力，以供热季严寒期设计供热参数为准，供、回水温度为100/45°C,计算该参数下最大供热量，结果如表3-3。

单转子供热季最大供热量

2、双转子互换方式供热计算结果

双转子方式供热，即是在供热季时，将原湿冷机组汽轮机低压缸转子更换为高背压转子，使其在供热季能够将机组背压提高至54kPa，考虑到2℃，的换热器端差，则可以利用汽轮机排汽余热将热网水加热至s1℃，。当需要的供热温度超过s1℃，时，再继续从汽轮机中压缸末端抽气补充加热，使热网水能够满足对外供热需求。当供热季结束后，将高背压转子更换为原湿冷汽轮机转子，使其在非供热季的机组背压维待在4.9kPa。

供热季中仅采用高背压供热方式的天数相比单转子而言要多，也就说明相比千单转子，供热季的单耗会减小。经过Ebsilon模型计算得供热季机组参数如表。

同样设双转子方式供热机组的供回水温度为100/45℃，经计算，该方式下最大供热量如表。

双转子供热季最大供热量

3、供热季不同运行方式对比分析

计算湿冷机组高背压供热改造的两种不同方式，结果汇总如表:

换转子方式汇总表

从表中可以看出，针对相同的设计供热负荷，双转子方式在供热季的综合发电煤耗率上低0.24g/kWh，比单转子方式有微弱优势；从供热季发电量看，双转子方式供热机组在供热季多发出0.02亿kWh的电，若该地区供热季要求多发电，双转子方式供热相比单转子方式略有优势；从最大供热能力可以看出，单转子方式供热的最大供热负荷为490.24MW，比双转子方式供热多6.48MW，相比而言有稍高的供热能力，但供热扩容优势不明显。

单转子方式中，供热季结束后，机组背压可以维持在ISkPa，无法保持在原机组的工作背压(4.9kPa)，相当于在非供热季也提高了机组的运行背压，即非供热季机组输出功率相比原机组功率低。相比而言，双转子方式供热不存在非供热季背压提高的情况，仍然可以在4.9kPa的背压下安全运行。

三、非供热季能耗分析比较

1、两种换转子方式功率比较

从机组背压看，单转子运行方式下的机组设计背压为1SkPa，额定功率326MW，双转子方式下的机组设计功率为4.9kPa，额定功率350MW。由于两种不同供热改造方式，夏季运行背压不同，导致机组纯凝工况对应的发电功率也不同，功率对比如图3-4从图中可以看出，对于夏季输出功率而言，双转子方式比单转子方式输出功率高，能够保证夏季功率维持在较高水平。但仅从功率角度无法判断哪种方式具有更高的能源利用效率，本文将从热力学第二定律出发，以2.3节中单耗理论为原理，对两种换转子方式的非供热季采用单耗理论分析。

由于单耗理论分析的是电厂侧的所有设备的能源利用效率，为方便计算，本章忽略锅炉、管道、泵、风机等设备的单耗差别，仅考虑由于两种换转子方式所带来的汽轮机设计运行差别。

2、两种换转子方式非供热季单耗分析

电厂在改造为高背压供热期间只是更换了汽轮机转子，锅炉部分并未做改造。故仅对汽轮机计算其单耗。结合Ebsilon模型，对100%工况下的两种换转子方案进行计算，设环境温度T。=2s℃，锅炉效率T/b为0.93，管道效率T/p为0.99。经过计算显示双转子方式由于具有较低的背压，发电功率相比单转子方式多23.84MW，多出的这部分发电功率恰好为拥损失减少的值。故无论从发电功率、热效率，还是㶲效率，双转子方式均优于单转子机组。

3、非供热季变工况分析

对于两种换转子方式，可以从其拥效率比较，以单转子方式更换低压缸转子的机组，其拥效率要低于双转子机组，且在不同的变工况下，均与双转子机组有一定差距。究其原因，由于非供热季设计背压为15kPa,低压缸排汽温度为53.97℃，而双转子方式机组的设计背压为4.9kPa，对应的排汽温度为32.52℃，由此可见单转子机组的排汽参数明显高于双转子机组，面高出来的这部分能噩，经由凝汽器，与外界水换热，释放到热力系统外部，并没有被热力系统所利用，故单转子方式对千能源利用效率不高，其拥损失也会较大。两种换转子方式非供热季的变工况拥损失如图3-6。双转子方式机组拥损失较单转子方式机组小，与图3-4中两种换转子方式的发电功率相吻合。

4、非供热季总结

在比较非供热季两种换转子方式的优缺点时，分别计算了两种换转子方式变工况下的功率、㶲效率、㶲损失，由计算结果可以看出，由于双转子方式机组在非供热季具有更低的运行背压，能量损失更少，㶲效率更高，设计工况及变工况发电功率更高，故就非供热季而言，双转子方式相比单转子方式更有优势。但是从实际操作过程来讲，双转子方式相比于单转子方式机组，斋在供热季勹作供热季交替时进行更换轧千操作，程序相对复杂，机组停机时间更长，安全性相对稍低。

参考文献：

[1]樊东黎 世界能源现状和未来[J].金属热处理2011,36(10),119-131

[2]唐炼世界能源供需现状与发展趋势[J]国际石油经济，2005,13(1),30-33,71