抽凝機(jī)組提高供熱方式的研究

王 敏 王慶明 趙廣川 黃支明

國(guó)家電投集團(tuán)荊門綠動(dòng)能源有限公司

0 概述

某天然氣多聯(lián)供能源項(xiàng)目一期工程為2×77 MW天然氣循環(huán)機(jī)組，現(xiàn)場(chǎng)布置采用燃機(jī)、汽輪機(jī)一拖一布置；燃?xì)廨啓C(jī)為德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的SGT800機(jī)型，燃機(jī)由啟動(dòng)變頻裝置SFC、負(fù)荷齒輪箱、15級(jí)軸流式壓氣機(jī)、30個(gè)燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)和3級(jí)軸流式透平轉(zhuǎn)子等組成，額定負(fù)荷為55 MW；余熱鍋爐為東方凌日鍋爐有限公司生產(chǎn)的MHDB-SGT800-Q1型鍋爐，鍋爐蒸汽出口分兩路，第一路高壓主蒸汽額定蒸發(fā)量為66 t/h，通過(guò)高壓調(diào)門調(diào)節(jié)直接供汽輪機(jī)高壓缸做功，高壓缸排汽一部分經(jīng)抽汽管道接至工業(yè)供汽供熱，另一部分蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)低壓調(diào)門調(diào)節(jié)進(jìn)入低壓缸做功；第二路低壓主蒸汽額定蒸發(fā)量為10 t/h，直接經(jīng)過(guò)低壓補(bǔ)汽接至汽輪機(jī)低壓缸做功。汽輪機(jī)采用杭州中能汽輪動(dòng)力股份有限公司生產(chǎn)的C25-7.8/1.3型汽輪機(jī)，額定純凝功率為22 MW，額定抽凝抽汽量為53 t/h，工況負(fù)荷10.5 MW。為更好地保障園區(qū)供熱，主蒸汽設(shè)置一路高壓旁路，通過(guò)減溫減壓后配合供熱，可滿足事故情況下工業(yè)園區(qū)企業(yè)用熱需求。為保障園區(qū)供熱可靠性，另配備了兩臺(tái)25 t/h調(diào)峰鍋爐可滿足機(jī)組停機(jī)期間供熱和補(bǔ)充供熱。

針對(duì)該廠投產(chǎn)以來(lái)，工業(yè)區(qū)熱用戶需求進(jìn)一步提升，為提高機(jī)組供熱能力，且進(jìn)一步提高對(duì)外供熱的安全性和穩(wěn)定性，結(jié)合機(jī)組現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行討論，提出相應(yīng)的措施和改造方案，以高背壓運(yùn)行方案為基礎(chǔ)，達(dá)到降低機(jī)組能耗，提高效率的目的。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

能源站主要生產(chǎn)流程是利用天然氣帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)排放的尾氣加熱余熱鍋爐，余熱鍋爐將給水加熱后產(chǎn)生蒸汽輸送至汽輪機(jī)做功，經(jīng)汽輪機(jī)高壓缸做功后的蒸汽一部分輸入工業(yè)供汽供熱，另一部分進(jìn)入低壓缸做功，做完功的蒸汽直接進(jìn)入凝汽器。發(fā)電及供熱流程詳見圖1，汽輪機(jī)設(shè)備參數(shù)見表1，余熱鍋爐參數(shù)見表2。

圖1 發(fā)電及供熱流程圖

表1 汽輪機(jī)設(shè)備參數(shù)

表2 余熱鍋爐參數(shù)

2 機(jī)組現(xiàn)行運(yùn)行方式存在問(wèn)題

2.1 機(jī)組低負(fù)荷下供熱能力降低

機(jī)組設(shè)計(jì)抽凝工況滿負(fù)荷最大供熱量為53 t/h，受機(jī)組運(yùn)行條件限制，實(shí)際測(cè)試抽凝最大供熱能力為47 t/h，受電網(wǎng)調(diào)度及上游天然氣量影響，燃機(jī)負(fù)荷下降，機(jī)組供熱能力下降，機(jī)組整體熱效率降低，無(wú)法滿足工業(yè)園區(qū)正常供熱。

2.2 機(jī)組排汽溫度偏高影響供熱能力

機(jī)組抽凝工況運(yùn)行，工業(yè)抽汽流量隨低壓調(diào)門開度的變化而變化，當(dāng)?shù)蛪赫{(diào)門開大時(shí)，大部分蒸汽進(jìn)入低壓缸做功，抽汽流量減少；反之，低壓調(diào)門關(guān)小，抽汽流量增大。低壓調(diào)門全關(guān)時(shí)抽汽量最大。根據(jù)設(shè)計(jì)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，為避免鼓風(fēng)摩擦導(dǎo)致排汽溫度升高，進(jìn)入低壓缸的蒸汽應(yīng)≥18 t/h。當(dāng)?shù)蛪赫{(diào)門開度過(guò)小時(shí)，進(jìn)入低壓缸的蒸汽過(guò)少，汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)摩擦導(dǎo)致排汽溫度升高，當(dāng)排汽溫度超過(guò)廠家設(shè)計(jì)值后，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性有較大的影響。

2.3 機(jī)組補(bǔ)汽做功能力差

余熱鍋爐低壓蒸汽作為補(bǔ)汽進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸做功，設(shè)計(jì)低壓補(bǔ)償做功能力為2 MW，實(shí)際做功能力為0.8 MW，且低壓補(bǔ)汽進(jìn)入低壓缸的位置是低壓轉(zhuǎn)子末四級(jí)位置，低壓補(bǔ)汽存在一定的過(guò)熱度。當(dāng)?shù)拓?fù)荷時(shí)，因低壓補(bǔ)汽過(guò)熱度過(guò)高，正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致排汽溫度也會(huì)進(jìn)一步升高。

3 機(jī)組運(yùn)行方式調(diào)整

機(jī)組為熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，受電網(wǎng)下達(dá)的發(fā)電計(jì)劃和燃?xì)夤咎烊粴饬肯拗朴绊?，大部分時(shí)間為單套機(jī)組運(yùn)行，園區(qū)供熱量低于40 t/h時(shí)，單套機(jī)組抽凝運(yùn)行方式能滿足供熱運(yùn)行。自今年3月，園區(qū)用熱量持續(xù)上升，至5月末供熱量達(dá)70 t/h，至9月末供熱量達(dá)80 t/h以上，必須不斷調(diào)整運(yùn)行方式以滿足園區(qū)供熱需求。本文主要以園區(qū)供熱持續(xù)增加單套機(jī)組運(yùn)行方式的不斷變化進(jìn)行討論和數(shù)據(jù)對(duì)比。

自2022年4月，開始采用抽汽與主汽減溫減壓聯(lián)合供熱方式運(yùn)行，經(jīng)試驗(yàn)確定運(yùn)行方式為：通過(guò)汽機(jī)高壓調(diào)門和主蒸汽減溫減壓控制主汽壓力和汽機(jī)負(fù)荷，通過(guò)低壓調(diào)門控制機(jī)組抽汽量，從而控制機(jī)組聯(lián)合供熱總量，汽機(jī)負(fù)荷按不低于8 MW控制，該方式可提高供熱量10 t/h，經(jīng)濟(jì)對(duì)比見表3（電價(jià)按0.53元/kWh計(jì)算）。

表3 經(jīng)濟(jì)對(duì)比

9月份開始園區(qū)供熱持續(xù)上升，且天然氣量供應(yīng)緊張，因廠家要求投入抽汽供熱汽機(jī)負(fù)荷需要大于8 MW，采用主汽減溫減壓配合機(jī)組抽凝供熱方式已不能滿足供熱需求，為提高機(jī)組供熱量，采用以主汽減溫減壓供熱為主，退出抽汽和低壓補(bǔ)汽降低汽機(jī)負(fù)荷的運(yùn)行方式，該方式可再次調(diào)高供熱量13 t/h，經(jīng)濟(jì)對(duì)比見表4（電價(jià)按0.53元/kWh計(jì)算）。

表4 經(jīng)濟(jì)對(duì)比

通過(guò)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，可以看出機(jī)組供熱量增加有利于提高全廠效益，選取不同季節(jié)實(shí)際日生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比，見表5。

表5 不同季節(jié)實(shí)際日生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，得出結(jié)論：機(jī)組供熱能力提升，聯(lián)合循環(huán)總效率明顯提高，發(fā)電氣耗率下降，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性更好，在燃機(jī)負(fù)荷率提高時(shí)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性同樣會(huì)得到提升。在天然氣旺季，特別是在冬季保民生季節(jié)，燃?xì)夤九鷾?zhǔn)的天然氣量更少，生產(chǎn)企業(yè)必須多思考，采取多種靈活可行的運(yùn)行方式應(yīng)對(duì)，該運(yùn)行方式雖然減少了部分發(fā)電量，但最大程度緩解了燃?xì)饩o張對(duì)園區(qū)供熱的影響，更好地體現(xiàn)了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

以上為單套機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，適用于供熱量不大于60 t/h時(shí)，當(dāng)供熱量持續(xù)增加時(shí)，單機(jī)運(yùn)行方式已無(wú)法滿足需求，需啟動(dòng)調(diào)峰鍋爐補(bǔ)充供熱。調(diào)峰鍋爐直接供熱總效率會(huì)提升，但效益會(huì)下降，該工況的經(jīng)濟(jì)性主要由燃?xì)鈨r(jià)格決定，如調(diào)峰鍋爐蒸汽供熱能抵消成本，則可提高供熱可靠性。一般情況下，在天然氣淡季燃機(jī)價(jià)格較低時(shí)，調(diào)峰鍋爐供熱可以抵消成本；在天然氣旺季燃機(jī)價(jià)格較高時(shí)調(diào)峰鍋爐供熱是虧損的，應(yīng)盡量減少調(diào)峰鍋爐運(yùn)行。但為了穩(wěn)定供熱，更好地體現(xiàn)社會(huì)責(zé)任，則需要舍棄一部分經(jīng)濟(jì)效益。

兩套機(jī)組運(yùn)行時(shí)，機(jī)組供熱能力在100 t/h以上，按目前園區(qū)規(guī)模可以滿足供熱需要，機(jī)組在最大限度釋放供熱能力時(shí)經(jīng)濟(jì)效率也會(huì)得到一定提升。

園區(qū)工業(yè)迅速發(fā)展，供熱量將持續(xù)攀升，作為園區(qū)唯一的供能企業(yè)必須不斷創(chuàng)新，制定有效措施保證安全生產(chǎn)的同時(shí)不斷提高供熱能力，企業(yè)將不斷探索，總結(jié)更加可靠高效的運(yùn)行方式提高機(jī)組效率，為企業(yè)創(chuàng)造效益，促進(jìn)園區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。