火電廠低參數(shù)余熱回收改造項目實例分析

張義君（山西同德鋁業(yè)有限公司電廠，山西　忻州　034000）

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火電廠低參數(shù)余熱回收改造項目實例分析

張義君
（山西同德鋁業(yè)有限公司電廠，山西忻州034000）

0　引言

白俄羅斯戈梅利州一號熱電廠改造項目，在電廠原熱力系統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)上，增加余熱利用高速獨立汽輪機組，機組背壓設(shè)計值據(jù)工況不同可跨大氣壓，并且排汽余熱加熱閉式循環(huán)水，循環(huán)水對外供熱。

項目由中國公司總包，委托白俄羅斯國家設(shè)計院設(shè)計，本文對機組選型、熱力系統(tǒng)布置方式等進行分析，對國內(nèi)類似熱電類項目改造有一定參考意義。

摘要：國內(nèi)熱電廠及大型項目自備電廠較多，在低參數(shù)余熱利用及循環(huán)水供熱方面改造有一定經(jīng)驗。本文以白俄羅斯具體熱電廠改造項目為例，介紹國外類似項目經(jīng)驗，設(shè)備選型思路。搭配高速節(jié)能型汽輪機調(diào)控循環(huán)水對外供熱量。汽輪機背壓允許在跨大氣壓的兩種特型工況下使用，使得此類機組兼具背壓機與凝汽機特點，類似設(shè)計方案國內(nèi)經(jīng)驗較少。

關(guān)鍵詞：熱電廠；余熱利用；循環(huán)水供熱；高速汽輪機

兩曲線中間區(qū)域為可選正常使用轉(zhuǎn)速范圍。根據(jù)初設(shè)要求，在凝汽工況，機組功率不小于5MW。結(jié)合選型曲線，初步確定汽輪機轉(zhuǎn)速區(qū)間為7000rpm～10000rpm。經(jīng)與國內(nèi)外汽機廠咨詢，項目最終選取西門子SST060機型。其額定參數(shù)如表1。

1　熱力系統(tǒng)改造方案

戈梅利#1熱電站原配置B6-3.4/0.5型背壓式汽輪機組一臺，冷凝換熱器器6臺，中壓蒸汽鍋爐兩臺，主汽壓力3.9兆帕、溫度440℃，另配熱水鍋爐作為尖峰加熱器使用及配其它輔機。主設(shè)備改造方案為增加一臺25MW燃氣輪機GT及余熱鍋爐HRSG，替換一臺原蒸汽鍋爐，主汽參數(shù)與原廠系統(tǒng)保持一致，在原6MW低背壓式汽輪機組后串聯(lián)增加一臺5MW高速汽輪機組，其排汽進入管網(wǎng)換熱器，循環(huán)水供熱，無冷端損失。

2　節(jié)能型機組選型

原有B6背壓式汽輪機排汽參數(shù)較低，新增節(jié)能型汽輪機主汽壓力0.5MPa，主汽溫度250℃，屬于低壓型汽輪機，技術(shù)方案規(guī)劃新汽機排汽進入凝汽式換熱器后，管式換熱器水側(cè)供出循環(huán)水溫度可調(diào)，對應飽和排汽參數(shù)壓力可在0.05 MPa（5kpa） /0.12 MPa（120kpa）兩種工況，即要求機組可在凝汽及低背壓兩種工況下運行。

低參數(shù)節(jié)能高速汽輪機組，需要考慮汽輪機內(nèi)效率及汽輪機級數(shù)的影響。提高機組轉(zhuǎn)速，使級焓降增大，級數(shù)降低，與常規(guī)3000rpm葉輪相比，半徑減小，級內(nèi)效率增加，對于小型機組提升明顯［1］，同時簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低造價。

汽輪機轉(zhuǎn)速主要受離心力導致的材料許用應力［σ］限制，對于高轉(zhuǎn)速機組，極限功率估算公式［2］為

汽輪機葉輪選型材質(zhì)參照X12CrMo（W）VN bN101，在250℃時［σ ］=206MN/m2，其它參數(shù)選取范圍如下［2］：

根據(jù)數(shù)值高、低限，整理成針對兩種極限功率轉(zhuǎn)速—功率轉(zhuǎn)換系數(shù)，并由此繪制轉(zhuǎn)速—功率曲線圖（見圖1）。

表1

高速汽輪機主參數(shù)較低，無需盤車裝置，啟停靈活。

3　熱力系統(tǒng)配置特點

兩臺機、兩臺快速減溫減壓裝置、六臺循環(huán)水供熱冷凝器組成類似混聯(lián)式熱機主供熱系統(tǒng)。無論哪一支路出現(xiàn)問題，均不影響系統(tǒng)整體流程。背壓式汽輪機通常需要配置排汽止回閥及啟動排汽系統(tǒng)，本系統(tǒng)參照西門子公司設(shè)計資料［3］：汽輪機排汽背壓小于0.7 MPa（a）不需要在排汽管線上設(shè)置附加措施；排汽壓力在0.7MPa（a）～1.2 MPa（a）范圍內(nèi)時，排汽管線上需要有止回閥；排汽壓力大于1.2 MPa（a）時，排汽管線上需要配置止回閥并且配置啟動排汽管線。根據(jù)實際情況，B6機組配置啟動對空排汽，未配置止回閥，方便機組啟動時控制排汽缸溫度，同時降低排汽壓損；SST060高速汽輪機排汽壓力范圍50kpa（a）～ 120kpa（a），排汽管線未配置止回閥及啟動排汽管道、閥門等。兩臺機組流程上為串聯(lián)布置，但兩機組非共軸系統(tǒng)，機組操控較為復雜。為使系統(tǒng)可靠性提高，每臺機組并聯(lián)一套快速減溫減壓裝置，配氣動執(zhí)行機構(gòu)，類似再熱機組高低壓旁路系統(tǒng)，可滿足不同工況模式需要。汽輪機最終排汽進入六臺循環(huán)水供熱冷凝器，功能等同于凝汽器，循環(huán)水吸熱后供暖。針對循環(huán)水供熱，采用冷凝器分組方式優(yōu)越性高于單一凝汽器，檢修、水量控制靈活獨立。針對不凝結(jié)氣體，同樣配置抽氣設(shè)備，提高傳熱效果，凝結(jié)水回收再利用。

4　結(jié) 語

采用循環(huán)水供熱，機組無冷端損失，熱能利用度高，配合高速節(jié)能型汽輪機進行參數(shù)調(diào)控，提高機組內(nèi)效率［4］，降低節(jié)流損失，節(jié)能特點明顯。對于高溫高壓機組，歐洲項目機組選型往往考慮冬季循環(huán)水供熱且夏季可切換為閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，最大限度利用機組乏汽熱量，機組背壓同樣要求允許在低真空凝汽或低背壓高于大氣壓兩種工況下運行。對于尖峰負荷供熱溫度不足情況，可設(shè)置熱水爐，或增設(shè)網(wǎng)水加熱器［5］，都可以滿足系統(tǒng)要求。

參考文獻：

［1］王乃寧.汽輪機熱力設(shè)計［M］.北京:水力電力出版社，1987.

［2］蔡頤年.蒸汽輪機［M］.西安:西安交通大學出版社，1988.

［3］西門子.廠家資料［M］.2015.

［4］孫維兵.工業(yè)汽輪機排汽壓力與內(nèi)效率淺析［J］.純堿工業(yè)，2006（03）.

［5］薛春渚.改造凝汽電廠利用循環(huán)水供熱［M］.哈爾濱：哈爾濱船舶工程學院出版社，1993.

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

作者簡介：張義君 （1980-），男，山西太原人，本科，助理工程師，研究方向： 熱能發(fā)電廠汽機與公用系統(tǒng)。