用于小型供热电厂的背压机型式选择

王璟?吴莎?申娜

摘要：针对小型供热电厂12MW、25MW、50MW等级背压式汽轮机，从工作原理及布置类型方面进行比较，通过技术经济对比选出较好方案。

关键词：供热电厂；背压式汽轮机；反动式背压机；快装集成

按照国家能源政策，应优先考虑采用背压式汽轮机实现热电联产供热。这是由于当前社会用电量增速放缓，但供热需求却与日俱增。而只在采暖季运行的背压式供热电厂可在节能减排的前提下“以热定电”，用较少的发电量供应更多的热量，避免窝电现象，更加符合国家政策及社会发展情况。。本文针对小型供热电厂的主设备背压式汽轮机，分12MW、25MW、50MW三个容量等级，从工作原理及布置类型方面进行比选，通过技术经济对比选出较好方案。

一、汽轮机工作原理比选

（一）概述

根据工作原理分类，目前国内的小型背压式汽轮机以反动度区分主要有两种技术流派：冲动式以及反动式。反动度是蒸汽在动叶栅中的等熵焓降与级的等熵焓降之比，纯冲动级的反动度为0，反动级的反动度约为0.5。

1.冲动式汽轮机：国内绝大多数厂家如南京汽轮电机（集团）有限责任公司（简称“南汽”）、武汉汽轮机厂（简称“武汽”）、东方汽轮机有限公司（简称“东汽”）等汽轮机制造商共有技术，此技术是在上世纪五六十年代原苏联援助中国进行工业建设时的技术体系基础上自行开发的，整体技术成熟，实际应用较多，各个厂家技术原理、主体结构上基本相同。

2.反动式汽轮机：引进西门子三系列汽轮机技术、国内制造商有杭州汽轮机股份有限公司（简称“杭汽”）及上海汽轮机厂（简称“上汽”）等，其技术体系成熟，设计思路是较为先进的“积木块”原理。国内一些其他制造商如南汽、哈汽等也开始进行反动式背压汽轮机的研发与制造，已有应用实例。

（二）冲动、反动式技术比较

1.汽轮机的通流类型不同

（1）冲动级，即蒸汽只在静叶栅中膨胀加速，而在动叶栅中不再膨胀的级，动叶只将蒸汽的动能转换为机械功，同时改变气流方向。动叶片出入口侧的横截面相对比较匀称，汽流通道从入口到出口面积基本不变，见图1。

（2）反动级，同冲动级相反，是指蒸汽在静叶栅和动叶栅中都膨胀加速的级。动叶在转化蒸汽动能的同时，也将蒸汽的部分内能转换成机械功。动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，汽流通道从入口到出口呈渐缩状，见图2。

2.汽轮机主要结构、部件不同

（1）叶片

冲动式叶片为无整体围带，需调频，需考虑临界转速限制；反动式叶片与围带为整体式结构，为不调频叶片，无需考虑临界转速限制，故反动式汽轮机多为高转速设计。

（2）转子

冲动式转子为套装结构，通常为细直轴，转子为轮盘结构；反动式采用整锻转鼓型转子，转子刚性较好。

冲动式转子级数较少，通常是反动式的1/3-1/2。

3.反动式与冲动式的运行比较

（1）由于反动式汽轮机自身的结构特点，反动式汽轮机相对可靠性高、大修周期和无故障连续运转时间长、维护便利。

（2）由于反动式效率曲线平滑，高效率区宽广，而冲动式相对高效区窄。经计算及结合实际运行状况，在额定工况下，35MW以下反动式背压机汽耗较冲动式常规产品低8～10%。对于热电联产供热机组，供同样的热负荷，反动式背压机输出的电功率要高8～12%。

（三）技术经济对比

根据机炉配备，对B12/B25/B50冲动式、反动式背压汽轮机进行对比，由于各个厂家采用的采暖供热背压机的排汽参数不一致，难以对比，故采用了各厂均有的排汽压力0.98MPa背压机型，采暖用背压机的排汽参数更低，反动式汽轮机优势将加大。

二、汽轮机布置类型比选

根据布置情况分类，目前国内的小型背壓式汽轮机主要有两种：

1.常规岛式汽轮机：国内汽轮机特别是大中型汽轮机一般均采用运转层岛式布置。

汽轮机采用地脚螺栓固定在汽机基座运转层上，汽轮机本体的油系统、加热器系统、轴封系统的辅机分散布置在加热器平台上，基座与加热器平台均为现浇钢筋混凝土框架结构，一般分为运转层、中间层、零米层。这种布置方式适用于大中型汽轮机组，占地较大，土建费用较高，管路设计、安装复杂，由于设备分散，维护也不方便。

2.快装集成式汽轮机：对于小型汽轮机，尤其是结构相对简单的背压式汽轮机，25MW及以下均可采用快装集成式汽轮发电机。

这种机组将汽轮机、供油系统、减速箱、发电机都安装在公用底盘上，所有管道与线缆都可以在制造厂内安装好，并完成整个快装机组的组装和试验，全部零部件设计得以互相匹配，使得汽轮机组性能优化的同时还可以减小设备占用空间。

三、结论

（一）从技术经济对比表可看出，12MW、25MW的反动式背压汽轮机虽然设备价格较高，但其汽耗低、效率高，在进汽压力、温度，抽、排汽压力相同的条件下，同样供热流量下，反动式可发电功率更高，对以供热流量计价的热电厂而言，其超发售电收入基本上均是超额收益。

（二）从技术经济对比表可看出，快装集成式汽轮机可取消汽机基座，降低汽机房高度，大大缩小汽机房体积，从而降低土建费用。再考虑到快装集成式汽轮机便于运输、安装，有利于缩短工期，便于维护等优势，推荐采用快装集成式汽轮机。

综上所述，12MW、25MW机组推荐采用快装集成式反动式背压汽轮机。

参考文献：

[1]刘钢，卞晓东，何文洁，孙英，贾波.中小型供热电厂建设方案[J].电力建设，2010，31（5）：99-102.

[2]段彦明，卢耀红.试论背压机在热电联产中的应用[J].电力科技与环保，2013，29（2）：59-60.

（作者单位：中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司）