提高南疆热电燃机项目供热能力的措施

郑立文

(天津华电南疆热电有限公司，天津 300450)

0 引言

天津华电南疆热电燃机项目位于天津滨海新区，建设一套“二拖一”燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，可满足滨海新区日益增长的供热需求，符合天津市建设低碳城市的发展定位。

该工程是典型的清洁能源项目，与燃煤热电项目相比，燃气-蒸汽联合循环热电项目具有能源利用效率高、污染排放低等优点，但其供热主要通过蒸汽轮机抽汽实现，热电比小，供热能力与相同发电容量的燃煤热电厂相比要小很多。工程按照“以热定电”的原则，主要为保障滨海新区核心区的供热，由于项目供热区域热负荷需求较大，因此希望机组能最大能力供热，为此在设计和建设过程中采取了一些提高供热能力的措施。

1 装机方案

本工程采用引进技术条件成熟的“F”级燃机组成的燃气-蒸汽联合循环供热机组，装机方案采用“二拖一”多轴配SSS离合器形式，汽轮机高、中压缸和低压缸之间采用SSS离合器连接，采暖期汽轮机抽凝或者背压运行，非采暖期汽轮机纯凝运行。

2 提高机组供热能力的措施

2.1 主机配置采用“二拖一”多轴方案

在主机配置可选方案中，可以采用2套“一拖一”多轴或1套“二拖一”多轴方案。2套“一拖一”多轴方案(燃气轮发电机组、汽轮发电机组在不同的轴上)即：2台燃机+2台余热锅炉+2台抽凝式供热汽轮机+4台发电机。1套“二拖一”多轴背压机方案即：2台燃机+2台余热锅炉+1台大功率可背压、可抽凝汽轮机+SSS离合器+3台发电机。在方案比选时，“二拖一”多轴方案与“一拖一”多轴方案比较，投资方面可节省投资约8 000万～10 500万元，热效率方面各工况下提高0.3%～2.4%。

2.2 供热能力的比较

因在冬季供热期间机组抽凝运行时，大量蒸汽接至热网加热器，该部分热网抽汽来自中压缸排汽，致使进入低压缸的蒸汽量减少，而低压缸必须保证最小冷却蒸汽量，该最小冷却蒸汽流量与低压缸末级叶片长度有关，末级叶片越长需要的冷却蒸汽量越大，相应中压缸排汽去热网加热器供热的蒸汽量越少。同理，低压缸冷却蒸汽量越小中压缸排汽去热网加热器供热的蒸汽量越大，对外供热量越多。2个方案综合比较，“一拖一”方案中2台汽轮机的最小冷却蒸汽量比“二拖一”方案中1台汽轮机的最小冷却蒸汽量偏大，在进汽量相同的条件下，2套“一拖一”多轴方案的抽汽供热量小于1套“二拖一”多轴方案。哈动力/GE 公司PG9351FB型燃机配套的“二拖一”汽轮机最小冷却蒸汽量为110 t/h，“一拖一”汽轮机最小冷却蒸汽量为80 t/h，“一拖一”方案最小冷却蒸汽量比“二拖一”方案略小，因此“二拖一”方案供热量稍大，总的热效率“二拖一”机组较“一拖一”机组高。

哈动力/GE公司提供的9FB型联合循环机组供热工况参数见表1。本工程装机方案采用了“二拖一”多轴方案，该方案技术较为成熟，节省投资，热效率高，同时尽量减少了低压缸冷却蒸汽量，增加抽汽量，即提高了供热能力，且汽轮机结构改动最小。

2.3 通过SSS离合器实现背压供热

本工程汽轮机高中压模块和低压模块之间通过SSS离合器连接，可实现纯凝、抽凝、背压等几种运行方式。

非供热工况时，汽轮机纯凝运行。冬季供热工况下，在供热需求较小时，采用抽凝方式运行，抽汽来自中压缸排汽或低压主汽。在纯凝和抽凝工况运行时，汽轮机高、中、低压缸通过离合器连成1个轴。

冬季供热工况下，在供热需求较大、抽凝方式不能满足供热需求时可脱开SSS离合器将低压缸解列，实现中压缸背压运行，其排汽及低压主汽全部用于热网加热器。此时由于机组不受低压缸冷却流量的限制，低压蒸汽可以全部用于供热，最大限度地提供热网加热器蒸汽，使汽轮机供热量达到了最大化，按采暖指标45 W/m2测算，供热能力达1 400万m2。目前国内华能北京热电、草桥热电、天津城南热电、大唐高井、京能高安屯、国华高安屯等项目均采用了此种通过SSS离合器实现汽轮机背压供热的方案。

2.4 余热锅炉尾部扩大低压省煤器

在冬季供热工况下，温度较高的热网疏水直接进入余热锅炉换热，凝结水量极少，给水温度较高，因此余热锅炉排烟温度较高(和纯凝工况相比高25 ℃左右)。为充分利用此部分热量，在余热锅炉尾部设置了烟气热网加热器，即扩大低压省煤器，两台余热锅炉均装设烟气热网加热器，供热量可增加约30 MW，供热能力可增加约65万m2。其运行方式为，抽取省煤器出口部分热水至外部的水水换热器，对热网回水进行加热后，经余热利用再循环泵送回省煤器入口凝结水系统。

扩大低压省煤器面积后，烟气阻力会相应增加，造成燃机出力略微下降。另外，因扩大了低压省煤器的布置空间，余热锅炉长度尺寸会有所增加，但实施过程中技术难度较小，初始投资费用不高，当充分利用时经济性较高。国内近期类似工程均采用了扩大低压省煤器的方案，以进一步提高机组供热能力。

2.5 汽轮机全切时余热锅炉减温减压供热

本工程汽轮机系统全部设置高、中、低压旁路装置。高压旁路将高压主汽减温减压后接至冷再热蒸汽管道上，之后进入余热锅炉再热器继续加热。中、低压旁路分别将中、低压主汽减温减压后接入凝汽器。根据“F”级燃气-蒸汽联合循环供热机组热力系统的特点，冬季采暖期可将汽轮发电机组停运，在汽轮机全切工况下，将余热锅炉产生的高、中、低压蒸汽全部用于供热。

在汽轮机全切工况供热时，供热量比常规抽汽供热机组提高30%左右，发电量减少160 MW左右，经济性较差。但在汽轮机故障时仍可保证继续供热，极大提高了机组的供热可靠性。2018年1月10日，南疆燃机项目在汽轮机全切工况下，成功实现对外供热，保障了滨海新区的供热需求和调峰需要。

3 结论

南疆项目燃气-蒸汽联合循环机组工程装机方案采用1套“二拖一”多轴机组，比2套“一拖一”多轴机组在抽凝运行时增加了抽汽量，既提高了机组的供热能力，又提高了机组的热效率。

汽轮机高中压模块和低压模块之间通过SSS离合器连接，在脱开SSS离合器时可实现汽轮机背压供热，此时因没有低压缸最小冷却蒸汽流量的限制，中压缸排汽与低压主汽全部用于热网加热，使汽轮机供热量达到了最大化。机组除了可通过脱开SSS离合器实现背压机方案外，同时实施了余热锅炉尾部扩大低压省煤器方案，背压网机+烟气热加热器的组合方案，进一步提高了机组的供热能力。

蒸汽余热锅炉减温减压供热方案，可作为汽轮机事故情况下的应急方案实施，保证机组供热可靠性。