350MW供熱機組采用背壓汽輪機供工業(yè)蒸汽方案探討

王國成

摘要：本文對350MW供熱機組的工業(yè)供熱方案進行分析和比較，提出最經(jīng)濟合理的方案，即采用背壓汽輪發(fā)電機組（工頻）方案，該方案可以充分進行能源階梯利用，系統(tǒng)運行安全可靠、初投資少和運行經(jīng)濟收益優(yōu)。

Abstract： The article analyzes and compares industrial heating programme in 350MW combined heat and power plant， puts forward the economic and optimized programme， that is the programme of using back pressure steam-turbine（power frequency） to supply industrial steam. This programme can make the best of graded use of energy， safe and reliable system operation， less initial investment and good economic returns.

關(guān)鍵詞：供熱機組;背壓汽輪機;工業(yè)供汽

Key words： combined heat and power plant;back pressure steam-turbine;supplying of industrial steam

中圖分類號：TM621;TU995? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0156-02

0? 引言

目前，國內(nèi)多數(shù)350MW等級火力發(fā)電機組都擔負著工業(yè)蒸汽熱負荷，根據(jù)工業(yè)用戶對工業(yè)蒸汽熱負荷參數(shù)要求的不同，供工業(yè)蒸汽的方案也不盡相同。根據(jù)理論計算和實際工程實踐經(jīng)驗，供工業(yè)蒸汽方案的選擇對火力發(fā)電機組的初投資和運行經(jīng)濟收益有直接的影響，本文通過對350MW等級供熱機不同的供工業(yè)蒸汽方案進行分析和比較，提出最經(jīng)濟合理的方案，供同類型供熱機組參考。

1? 350MW供熱機組主機規(guī)范

鍋爐型式：超臨界參數(shù)變壓運行直流爐、單爐膛、一次中間再熱、切圓燃燒、平衡通風、固態(tài)排渣、半露天布置（運轉(zhuǎn)層以下封閉）、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)π型鍋爐。BMCR工況鍋爐蒸發(fā)量1115t/h。

汽輪機：超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、單背壓、濕冷、抽汽凝汽式汽輪機，型號：CN350-24.6/569℃/569℃，額定功率350MW。

發(fā)電機：三相同步汽輪發(fā)電機，自并勵靜止勵磁，水氫氫冷。

2? 工業(yè)熱負荷

2臺350MW供熱機組承擔向外供工業(yè)蒸汽參數(shù)：壓力1.0MPa（g），溫度285℃，額定流量190t/h。

3? 供工業(yè)蒸汽方案比較

3.1 方案一：背壓汽輪發(fā)電機組（工頻）方案

全廠設(shè)置1臺20MW背壓發(fā)電機組（工頻），背壓汽輪機排汽供工業(yè)供熱蒸汽，同時還對廠用電系統(tǒng)提供廠用電。

工業(yè)供汽參數(shù)為1.0MPa（g）/285℃，單臺機組額定供汽量95t/h，最大供汽量190t/h。汽輪機采用背壓汽輪機，汽源由機組的一級再熱器出口和熱段引出，進入每一臺機組的供熱蒸汽分汽缸，蒸汽從分汽缸引出進入背壓汽輪機進汽母管，背壓汽輪機排汽至工業(yè)供熱母管對外供熱。

3.2 方案二：背壓汽輪發(fā)電機組（變頻）方案

全廠設(shè)置1臺20MW背壓發(fā)電機組（變頻），背壓汽輪機排汽供工業(yè)供熱蒸汽，同時還提供變頻廠用電，“變頻”發(fā)電機“孤島”運行，輸出變頻電源帶三大風機運行。

工業(yè)供汽參數(shù)為1.0MPa（a）/285℃，單臺機組額定供汽量95t/h，最大供汽量190t/h。汽輪機采用背壓汽輪機，汽源由機組的一級再熱器出口和熱段引出，進入每一臺機組的供熱蒸汽分汽缸，蒸汽從分汽缸引出進入背壓汽輪機進汽母管，背壓汽輪機排汽至工業(yè)供熱母管對外供熱。

3.3 方案三：鍋爐引風機采用汽電聯(lián)合驅(qū)動方案

引風機汽電聯(lián)合驅(qū)動技術(shù)是背壓汽輪機驅(qū)動和電機驅(qū)動技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)了“汽”“電”兩種驅(qū)動模式下的互相切換，運行靈活性大大提高。機組啟動時，異步電動/發(fā)電機直接帶動引風機工作，背壓汽輪機和異步電動/發(fā)電機經(jīng)變速離合器分離。系統(tǒng)連接順序為：背壓汽輪機——減速離合器（離合器+減速箱）——異步電動/發(fā)電機——引風機。小汽機采用定速運行，采用異步電動/發(fā)電機，不僅在啟動時作為電機模式，在TB/TRL工況也采用汽電雙驅(qū)。背壓汽輪機在驅(qū)動引風機后的富裕出力將通過發(fā)電機發(fā)電，發(fā)出的電并入廠用電系統(tǒng)。各種工況下，背壓汽輪機仍然處于高效區(qū)，排汽對外提供工業(yè)用汽。

汽電聯(lián)合驅(qū)動具體方案：工業(yè)供汽參數(shù)為1.0MPa（a），285℃，單臺機組額定供汽量95t/h，最大供汽量190t/h。汽動引風機汽輪機采用背壓汽輪機，汽源由機組的一級再熱器出口和熱段引出，進入每一臺機組的供熱蒸汽分汽缸，蒸汽從分汽缸引出進入引風機背壓小機，背壓汽輪機排汽至工業(yè)供熱母管對外供熱。

4? 工業(yè)供熱方案技術(shù)經(jīng)濟比較

4.1 技術(shù)性比較

方案一：背壓汽輪發(fā)電機組（工頻）方案

優(yōu)點：①背壓機組驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)出的電并入廠用電系統(tǒng)，降低廠用電率;②背壓機排汽供熱，減少冷端損失，機組運行經(jīng)濟性好;③初投資低。

缺點：背壓汽輪機發(fā)電機組需單設(shè)建筑物，系統(tǒng)復雜。

方案二：背壓汽輪發(fā)電機組（變頻）方案

優(yōu)點：①設(shè)一臺高速小汽輪機，通過減速器來驅(qū)動發(fā)電機，輸出變頻電源帶三大風機。統(tǒng)調(diào)發(fā)電機可實現(xiàn)“變速+動調(diào)”的節(jié)能運行方式;②發(fā)電機6kV電源可實現(xiàn)并網(wǎng)、孤網(wǎng)多種運行方式相互切換，主機安全得到保障，風機運行方式更加靈活;③降低廠用電率;④背壓機排汽供熱，減少冷端損失，機組運行經(jīng)濟性好。

缺點：①“變頻”發(fā)電機“孤島”運行時的暫態(tài)穩(wěn)定性不容易控制;②電氣變頻段和“變頻”發(fā)電機的控制及保護的電流、電壓采樣轉(zhuǎn)換回路均按常規(guī)工頻工況下設(shè)計。國內(nèi)目前缺少這類產(chǎn)品的經(jīng)驗和業(yè)績，需要進行開發(fā)研制或利用現(xiàn)有設(shè)備檢測其在工頻以下較寬的范圍內(nèi)的工作特性，投資成本高;③背壓汽輪機發(fā)電機組需單設(shè)建筑物;④系統(tǒng)復雜。

方案三：鍋爐引風機汽電雙驅(qū)方案

優(yōu)點：①背壓機組驅(qū)動引風機，充分利用小汽輪機多余的功率進行發(fā)電，發(fā)出的電并入廠用電系統(tǒng)，降低廠用電率;②背壓機排汽供熱，減少冷端損失，機組運行經(jīng)濟性好。③汽輪機約引風機一起布置，無需單設(shè)建筑物。

缺點：①背壓汽輪機定速運行，引風機采用動調(diào)風機，引風機高效區(qū)范圍較窄;②引風機軸系較長，運行時對軸系穩(wěn)定性要求高;③初投資高。

4.2 投資和經(jīng)濟效益比較

4.2.1 初投資比較（兩臺機組）（表1）

4.2.2 運行經(jīng)濟性計算（表2）

4.2.3 投資及收益對比表（按全廠兩臺機組）（表3）

5? 結(jié)論

通過上述方案對比，相對于方案一：

①方案二初投資費用增加約980萬元，年增收費約136.4萬元;②方案三初投資費用增加約750萬元，年增收費用與方案一相同。

綜合上述比較結(jié)論，考慮到機組系統(tǒng)運行安全可靠性及經(jīng)濟性，方案一（背壓汽輪發(fā)電機組（工頻）方案）可以充分進行能源階梯利用，系統(tǒng)運行安全可靠，初投資少，運行經(jīng)濟收益優(yōu)。

參考文獻：

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[2]沈維道，將智敏，童鈞耕合編.工程熱力學[M].

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