用于小型供熱電廠的背壓機型式選擇

王璟?吳莎?申娜

摘要：針對小型供熱電廠12MW、25MW、50MW等級背壓式汽輪機，從工作原理及布置類型方面進行比較，通過技術(shù)經(jīng)濟對比選出較好方案。

關(guān)鍵詞：供熱電廠；背壓式汽輪機；反動式背壓機；快裝集成

按照國家能源政策，應(yīng)優(yōu)先考慮采用背壓式汽輪機實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱。這是由于當(dāng)前社會用電量增速放緩，但供熱需求卻與日俱增。而只在采暖季運行的背壓式供熱電廠可在節(jié)能減排的前提下“以熱定電”，用較少的發(fā)電量供應(yīng)更多的熱量，避免窩電現(xiàn)象，更加符合國家政策及社會發(fā)展情況。。本文針對小型供熱電廠的主設(shè)備背壓式汽輪機，分12MW、25MW、50MW三個容量等級，從工作原理及布置類型方面進行比選，通過技術(shù)經(jīng)濟對比選出較好方案。

一、汽輪機工作原理比選

（一）概述

根據(jù)工作原理分類，目前國內(nèi)的小型背壓式汽輪機以反動度區(qū)分主要有兩種技術(shù)流派：沖動式以及反動式。反動度是蒸汽在動葉柵中的等熵焓降與級的等熵焓降之比，純沖動級的反動度為0，反動級的反動度約為0.5。

1.沖動式汽輪機：國內(nèi)絕大多數(shù)廠家如南京汽輪電機（集團）有限責(zé)任公司（簡稱“南汽”）、武漢汽輪機廠（簡稱“武汽”）、東方汽輪機有限公司（簡稱“東汽”）等汽輪機制造商共有技術(shù)，此技術(shù)是在上世紀(jì)五六十年代原蘇聯(lián)援助中國進行工業(yè)建設(shè)時的技術(shù)體系基礎(chǔ)上自行開發(fā)的，整體技術(shù)成熟，實際應(yīng)用較多，各個廠家技術(shù)原理、主體結(jié)構(gòu)上基本相同。

2.反動式汽輪機：引進西門子三系列汽輪機技術(shù)、國內(nèi)制造商有杭州汽輪機股份有限公司（簡稱“杭汽”）及上海汽輪機廠（簡稱“上汽”）等，其技術(shù)體系成熟，設(shè)計思路是較為先進的“積木塊”原理。國內(nèi)一些其他制造商如南汽、哈汽等也開始進行反動式背壓汽輪機的研發(fā)與制造，已有應(yīng)用實例。

（二）沖動、反動式技術(shù)比較

1.汽輪機的通流類型不同

（1）沖動級，即蒸汽只在靜葉柵中膨脹加速，而在動葉柵中不再膨脹的級，動葉只將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為機械功，同時改變氣流方向。動葉片出入口側(cè)的橫截面相對比較勻稱，汽流通道從入口到出口面積基本不變，見圖1。

（2）反動級，同沖動級相反，是指蒸汽在靜葉柵和動葉柵中都膨脹加速的級。動葉在轉(zhuǎn)化蒸汽動能的同時，也將蒸汽的部分內(nèi)能轉(zhuǎn)換成機械功。動葉片出、入口側(cè)的橫截面不對稱，葉型入口較肥大，而出口側(cè)較薄，汽流通道從入口到出口呈漸縮狀，見圖2。

2.汽輪機主要結(jié)構(gòu)、部件不同

（1）葉片

沖動式葉片為無整體圍帶，需調(diào)頻，需考慮臨界轉(zhuǎn)速限制；反動式葉片與圍帶為整體式結(jié)構(gòu)，為不調(diào)頻葉片，無需考慮臨界轉(zhuǎn)速限制，故反動式汽輪機多為高轉(zhuǎn)速設(shè)計。

（2）轉(zhuǎn)子

沖動式轉(zhuǎn)子為套裝結(jié)構(gòu)，通常為細直軸，轉(zhuǎn)子為輪盤結(jié)構(gòu)；反動式采用整鍛轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子剛性較好。

沖動式轉(zhuǎn)子級數(shù)較少，通常是反動式的1/3-1/2。

3.反動式與沖動式的運行比較

（1）由于反動式汽輪機自身的結(jié)構(gòu)特點，反動式汽輪機相對可靠性高、大修周期和無故障連續(xù)運轉(zhuǎn)時間長、維護便利。

（2）由于反動式效率曲線平滑，高效率區(qū)寬廣，而沖動式相對高效區(qū)窄。經(jīng)計算及結(jié)合實際運行狀況，在額定工況下，35MW以下反動式背壓機汽耗較沖動式常規(guī)產(chǎn)品低8～10%。對于熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機組，供同樣的熱負荷，反動式背壓機輸出的電功率要高8～12%。

（三）技術(shù)經(jīng)濟對比

根據(jù)機爐配備，對B12/B25/B50沖動式、反動式背壓汽輪機進行對比，由于各個廠家采用的采暖供熱背壓機的排汽參數(shù)不一致，難以對比，故采用了各廠均有的排汽壓力0.98MPa背壓機型，采暖用背壓機的排汽參數(shù)更低，反動式汽輪機優(yōu)勢將加大。

二、汽輪機布置類型比選

根據(jù)布置情況分類，目前國內(nèi)的小型背壓式汽輪機主要有兩種：

1.常規(guī)島式汽輪機：國內(nèi)汽輪機特別是大中型汽輪機一般均采用運轉(zhuǎn)層島式布置。

汽輪機采用地腳螺栓固定在汽機基座運轉(zhuǎn)層上，汽輪機本體的油系統(tǒng)、加熱器系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)的輔機分散布置在加熱器平臺上，基座與加熱器平臺均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，一般分為運轉(zhuǎn)層、中間層、零米層。這種布置方式適用于大中型汽輪機組，占地較大，土建費用較高，管路設(shè)計、安裝復(fù)雜，由于設(shè)備分散，維護也不方便。

2.快裝集成式汽輪機：對于小型汽輪機，尤其是結(jié)構(gòu)相對簡單的背壓式汽輪機，25MW及以下均可采用快裝集成式汽輪發(fā)電機。

這種機組將汽輪機、供油系統(tǒng)、減速箱、發(fā)電機都安裝在公用底盤上，所有管道與線纜都可以在制造廠內(nèi)安裝好，并完成整個快裝機組的組裝和試驗，全部零部件設(shè)計得以互相匹配，使得汽輪機組性能優(yōu)化的同時還可以減小設(shè)備占用空間。

三、結(jié)論

（一）從技術(shù)經(jīng)濟對比表可看出，12MW、25MW的反動式背壓汽輪機雖然設(shè)備價格較高，但其汽耗低、效率高，在進汽壓力、溫度，抽、排汽壓力相同的條件下，同樣供熱流量下，反動式可發(fā)電功率更高，對以供熱流量計價的熱電廠而言，其超發(fā)售電收入基本上均是超額收益。

（二）從技術(shù)經(jīng)濟對比表可看出，快裝集成式汽輪機可取消汽機基座，降低汽機房高度，大大縮小汽機房體積，從而降低土建費用。再考慮到快裝集成式汽輪機便于運輸、安裝，有利于縮短工期，便于維護等優(yōu)勢，推薦采用快裝集成式汽輪機。

綜上所述，12MW、25MW機組推薦采用快裝集成式反動式背壓汽輪機。

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（作者單位：中國能源建設(shè)集團陜西省電力設(shè)計院有限公司）