火电厂低参数余热回收改造项目实例分析

张义君（山西同德铝业有限公司电厂，山西　忻州　034000）



火电厂低参数余热回收改造项目实例分析

张义君
（山西同德铝业有限公司电厂，山西忻州034000）

0　引言

白俄罗斯戈梅利州一号热电厂改造项目，在电厂原热力系统设备基础上，增加余热利用高速独立汽轮机组，机组背压设计值据工况不同可跨大气压，并且排汽余热加热闭式循环水，循环水对外供热。

项目由中国公司总包，委托白俄罗斯国家设计院设计，本文对机组选型、热力系统布置方式等进行分析，对国内类似热电类项目改造有一定参考意义。

摘要：国内热电厂及大型项目自备电厂较多，在低参数余热利用及循环水供热方面改造有一定经验。本文以白俄罗斯具体热电厂改造项目为例，介绍国外类似项目经验，设备选型思路。搭配高速节能型汽轮机调控循环水对外供热量。汽轮机背压允许在跨大气压的两种特型工况下使用，使得此类机组兼具背压机与凝汽机特点，类似设计方案国内经验较少。

关键词：热电厂；余热利用；循环水供热；高速汽轮机

两曲线中间区域为可选正常使用转速范围。根据初设要求，在凝汽工况，机组功率不小于5MW。结合选型曲线，初步确定汽轮机转速区间为7000rpm～10000rpm。经与国内外汽机厂咨询，项目最终选取西门子SST060机型。其额定参数如表1。

1　热力系统改造方案

戈梅利#1热电站原配置B6-3.4/0.5型背压式汽轮机组一台，冷凝换热器器6台，中压蒸汽锅炉两台，主汽压力3.9兆帕、温度440℃，另配热水锅炉作为尖峰加热器使用及配其它辅机。主设备改造方案为增加一台25MW燃气轮机GT及余热锅炉HRSG，替换一台原蒸汽锅炉，主汽参数与原厂系统保持一致，在原6MW低背压式汽轮机组后串联增加一台5MW高速汽轮机组，其排汽进入管网换热器，循环水供热，无冷端损失。

2　节能型机组选型

原有B6背压式汽轮机排汽参数较低，新增节能型汽轮机主汽压力0.5MPa，主汽温度250℃，属于低压型汽轮机，技术方案规划新汽机排汽进入凝汽式换热器后，管式换热器水侧供出循环水温度可调，对应饱和排汽参数压力可在0.05 MPa（5kpa） /0.12 MPa（120kpa）两种工况，即要求机组可在凝汽及低背压两种工况下运行。

低参数节能高速汽轮机组，需要考虑汽轮机内效率及汽轮机级数的影响。提高机组转速，使级焓降增大，级数降低，与常规3000rpm叶轮相比，半径减小，级内效率增加，对于小型机组提升明显［1］，同时简化设备结构，降低造价。

汽轮机转速主要受离心力导致的材料许用应力［σ］限制，对于高转速机组，极限功率估算公式［2］为

汽轮机叶轮选型材质参照X12CrMo（W）VN bN101，在250℃时［σ ］=206MN/m2，其它参数选取范围如下［2］：

根据数值高、低限，整理成针对两种极限功率转速—功率转换系数，并由此绘制转速—功率曲线图（见图1）。

表1

高速汽轮机主参数较低，无需盘车装置，启停灵活。

3　热力系统配置特点

两台机、两台快速减温减压装置、六台循环水供热冷凝器组成类似混联式热机主供热系统。无论哪一支路出现问题，均不影响系统整体流程。背压式汽轮机通常需要配置排汽止回阀及启动排汽系统，本系统参照西门子公司设计资料［3］：汽轮机排汽背压小于0.7 MPa（a）不需要在排汽管线上设置附加措施；排汽压力在0.7MPa（a）～1.2 MPa（a）范围内时，排汽管线上需要有止回阀；排汽压力大于1.2 MPa（a）时，排汽管线上需要配置止回阀并且配置启动排汽管线。根据实际情况，B6机组配置启动对空排汽，未配置止回阀，方便机组启动时控制排汽缸温度，同时降低排汽压损；SST060高速汽轮机排汽压力范围50kpa（a）～ 120kpa（a），排汽管线未配置止回阀及启动排汽管道、阀门等。两台机组流程上为串联布置，但两机组非共轴系统，机组操控较为复杂。为使系统可靠性提高，每台机组并联一套快速减温减压装置，配气动执行机构，类似再热机组高低压旁路系统，可满足不同工况模式需要。汽轮机最终排汽进入六台循环水供热冷凝器，功能等同于凝汽器，循环水吸热后供暖。针对循环水供热，采用冷凝器分组方式优越性高于单一凝汽器，检修、水量控制灵活独立。针对不凝结气体，同样配置抽气设备，提高传热效果，凝结水回收再利用。

4　结 语

采用循环水供热，机组无冷端损失，热能利用度高，配合高速节能型汽轮机进行参数调控，提高机组内效率［4］，降低节流损失，节能特点明显。对于高温高压机组，欧洲项目机组选型往往考虑冬季循环水供热且夏季可切换为闭式循环水冷却系统，最大限度利用机组乏汽热量，机组背压同样要求允许在低真空凝汽或低背压高于大气压两种工况下运行。对于尖峰负荷供热温度不足情况，可设置热水炉，或增设网水加热器［5］，都可以满足系统要求。

参考文献：

［1］王乃宁.汽轮机热力设计［M］.北京:水力电力出版社，1987.

［2］蔡颐年.蒸汽轮机［M］.西安:西安交通大学出版社，1988.

［3］西门子.厂家资料［M］.2015.

［4］孙维兵.工业汽轮机排汽压力与内效率浅析［J］.纯碱工业，2006（03）.

［5］薛春渚.改造凝汽电厂利用循环水供热［M］.哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1993.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.178

作者简介：张义君 （1980-），男，山西太原人，本科，助理工程师，研究方向： 热能发电厂汽机与公用系统。