組合快裝汽輪發(fā)電機組在余熱發(fā)電項目中的應用

關(guān)鍵詞：余熱發(fā)電；汽輪發(fā)電機組；復合式凝汽器；組合快裝

中圖分類號：TM617 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0069-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.019

Application of Combined Quick Installation Steam Turbine Generator Unit in Waste Heat Power Generation Projects

LIU Fengqin

（ShanxiJinjuCoallectricdicalCod，ngHoldingipntafacuringoup，cnga

Abstract：Gas power generation projectsuseinternal combustion engines togenerate wasteheat，if itisonlyused for heating，theenergyutilizationratewillbelow，especially inthesummerwhenheatdemandislow.Inordertoimprovethe efciencyof waste heatutilizationingaspowergeneration，thecombinationof quick installtionsteam turbinegenerator units are applied to waste heat power generation projects，based on thecurrnt development status of steam turbine condensingsystems，theproject'swasteheatutilizationplan isexplored，andtheeconomic benefits，energy-saving and emisionreduction efects，socialbenefitsandsafetybenefitsareanalyzed.Theresultsshow that thenew processof using a combinationof aircoolingand evaporativecooing in steam turbines meets the requirements of national energy-saving policies，effectively improves energyutilization effciency，and reduces operating costs for enterprises.

Keywords：waste heatpower generation;steam turbine generatorset; compositecondenser;combinationquick nstal

山西金駒煤電化有限責任公司王臺熱電分公司裝機容量為 3 6 M W ，有20臺功率 1 . 8 M W 的燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組，利用井下抽采的瓦斯氣進行發(fā)電，內(nèi)燃機發(fā)電后的余熱通過2臺額定蒸發(fā)量 1 3 t / h 的余熱鍋爐產(chǎn)生高溫蒸汽，冬季用于居民供暖，夏季大部分熱量被浪費掉。為避免非采暖季余熱浪費，該公司擬建一臺功率 4 . 5 M W 的汽輪發(fā)電機組將多余蒸汽進行發(fā)電。為了降低綜合能耗，項目設計本著節(jié)能、環(huán)保、高效的原則，汽輪機采用組合快裝機組，汽輪機凝汽系統(tǒng)采用直接空冷式凝汽器與蒸發(fā)式冷凝器聯(lián)合應用的工藝。

1項目設計

1.1采用組合快裝式高速汽輪發(fā)電機組

本項目采用的汽輪機組將單缸沖動空冷式齒輪減速器汽輪機并為組合快裝結(jié)構(gòu)，恒定轉(zhuǎn)速為 ，由齒輪減速器裝置減速為 3 0 0 0 r / m i n ，帶動發(fā)電機發(fā)電，額定負荷為 4 . 5 M W ，排汽焓為 2 5 0 5 k J ，排汽背壓為 0 . 0 2 5 M P a ，汽輪機及其附屬設備共分成汽輪機及其附件兩大件，在制造廠經(jīng)過總裝試驗，在條件允許的情況下，整個大件一起運往工地進行安裝，無須進行拆解安裝。汽輪機大件包括汽輪機本體、減速箱、冷油器、注油器、電動油泵、疏水膨脹箱及油箱底盤等，輔機大件包括排汽疏水裝置、排汽接管、安全模板和儀表盤等，汽輪機運行期間各參數(shù)正常，運行穩(wěn)定，主要運行參數(shù)如表1所示。

晉城市高溫天氣主要出現(xiàn)在6一8月，平均高溫在 ，最高溫度為 ，其余月份的平均高溫為 。本項目汽輪機凝汽系統(tǒng)采用直接空冷式凝汽器與蒸發(fā)式冷凝器聯(lián)合應用的工藝設計，其中直接空冷式凝汽器散熱量為 8 6 8 0 k W ，占汽輪機排汽放熱量的 6 6 % ，蒸發(fā)式冷凝器散熱量為7 0 0 0 k W ，占汽輪機額定排汽散熱量的 54 % ，當夏季氣溫過高時，空冷的冷卻效果不能滿足汽輪機運行要求，則啟動蒸發(fā)式凝汽器與空冷凝汽器聯(lián)合運行，起到進一步降低冷凝溫度的作用，春季、秋季、冬季則僅需要空冷凝汽器運行即可滿足要求。這樣可確保在高溫極端天氣下發(fā)電機的帶負載能力。

如圖1所示，復合凝汽器的運行工況按照空冷凝汽器特性曲線進行調(diào)整，主要運行工況有3種[1]。氣溫在 以下時，機組在額定負荷下單獨使用直接空冷凝汽器運行，排汽量在 6 . 9 5 k g / s ，抽汽量為零時，排汽壓力最高為 。氣溫保持在 在額定負荷下，機組抽汽量為 5 t / h ，空冷的排汽量為5 . 5 k g / s ，排汽壓力為 1 7 . 5 ～ 2 5 . 0 k P a ，可單獨使用直接空冷凝汽器運行。在實際運行中，可以根據(jù)現(xiàn)場狀況通過變頻對空冷進行調(diào)整，確保排汽壓力在適合的范圍。氣溫保持在 時，在機組額定負荷的任何運行工況下，汽輪機排汽壓力都將大于 超出設計范圍。為了滿足汽輪機真空要求，須將空冷與蒸發(fā)冷聯(lián)合運行。為了達到節(jié)能降耗的最佳狀態(tài)，蒸發(fā)冷在額定狀態(tài)下運行，冷卻排汽量約為 則空冷的排汽量為 4 . 1 7 k g / s 時，排汽壓力為19＼～ ，符合汽輪機背壓設計要求。

2技術(shù)綜合比較

與傳統(tǒng)汽輪機相比，本項目采用的高速汽輪機組具有較高的熱效率，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝快，成套性強，安全性高，操作拆卸方便，總質(zhì)量小，滿足組合快裝的需要。汽輪機及其附屬設備可分成汽輪機及其附件兩大件，整個大件一起運往工地進行安裝，無須進行拆解，安裝工期可節(jié)省 5 0 % ，現(xiàn)場安裝環(huán)境帶來的裝配誤差降低，保證機組的安裝質(zhì)量。

本項目汽輪機凝汽系統(tǒng)采用直接空冷式凝汽器與蒸發(fā)式冷凝器聯(lián)合應用的工藝設計，與傳統(tǒng)凝汽器比較，該設計主要有4個優(yōu)點。直接空冷需要考慮夏季極端天氣的影響，與純直接空冷凝汽器相比，該系統(tǒng)占地面積較小，可降低 6 0 % ，一次性投資可降低20 % ，而且冷卻效果較好[2]。與水冷式凝汽器比較，該系統(tǒng)不需要大量的水換熱，故水耗、電耗少，經(jīng)測算，復合冷凝器水耗約為水冷式凝汽器的 30 % ，更適用于貧水區(qū)域，且沒有大量的濃水排放[3]。復合凝汽器可有效解決不同季節(jié)對換熱面積不同需求的矛盾，充分發(fā)揮純空冷換熱不用水、蒸發(fā)式換熱可節(jié)約用水、凝汽背壓低等優(yōu)點，既達到節(jié)約用水的目的，又解決空冷凝汽器在夏季氣溫較高時運行導致汽輪機排汽壓力較高的問題。復合凝汽器的運行成本遠低于純直接空冷凝汽器與水冷凝汽器。

3推廣應用

該余熱發(fā)電項目采用組合快裝機組配套空冷和蒸發(fā)冷聯(lián)合應用的新型工藝設計，由于其高效、節(jié)能且環(huán)保，安裝簡單，操作方便，運行成本和一次投資較低，該工藝特別適用于余熱利用的小型發(fā)電機組，目前已經(jīng)應用于山西金駒煤電化有限責任公司的其他各子分公司，包括蘆家峪瓦斯發(fā)電站、成莊熱電分公司、寺河瓦斯發(fā)電站。各廠站使用效果良好，節(jié)能降耗效果明顯，對其他生產(chǎn)領(lǐng)域的余熱利用具有推廣和借鑒的作用。

3.1經(jīng)濟效益

商業(yè)運行以來，截至2023年12月底，該項目完成的總發(fā)電量為 1 2 6 6 . 9 6 萬 kW? h ，單位電價為0.49元/（ （ kW? h） ，營業(yè)收入為620.81萬元，運行維護成本及折舊費用為306.6萬元，利潤為314.21萬元，總投資為1918.9萬元，投資利潤率為 1 6 . 4 % 。

3.2節(jié)能減排效果

該項目年設計發(fā)電量為2151萬 kW? h ，根據(jù)現(xiàn)場審核和數(shù)據(jù)分析，該項目運行負荷受上游瓦斯氣的影響，運行不穩(wěn)定，調(diào)取2022年9一11月、2023年4—6月運行記錄和統(tǒng)計表，6個月共發(fā)電832.08萬 kW? h 供電量為792.13萬 按照全年運行8個月計算，年供電量為1056.17萬 kW? h ，山西省2021年平均發(fā)電折標煤 2 . 9 2 4 3 t c e/ （萬 kW? h ），則該項目年實際產(chǎn)生的節(jié)能量（年供電量與折標系數(shù)相乘）為 3 0 8 8 . 5 5 t c e 。

該項目審核時機組運行負荷較低，20臺瓦斯發(fā)電機組僅有10臺運行，以調(diào)取的運行數(shù)據(jù)分析，機組運行負荷僅為設計負荷的 5 0 % ～ 6 0 % 。若上游氣源充足，余熱發(fā)電機組負荷率會大幅提高，預計年節(jié)能量達到 6 0 0 0 t c e 。

3.3社會效益及安全效益

本項目符合國家有關(guān)法律和優(yōu)惠政策的指導精神，屬于政策鼓勵發(fā)展的項目?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》將節(jié)約能源確定為基本國策，并在節(jié)能方面加強政策激勵，明確規(guī)定國家鼓勵工業(yè)企業(yè)采用高效、節(jié)能的電動機、鍋爐、窯爐、風機、泵類等設備，采用熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱余壓利用、潔凈煤以及先進的用能監(jiān)測和控制等技術(shù)；明確提出國家運用財稅、價格等政策，支持推廣電力需求側(cè)管理、合同能源管理、節(jié)能自愿協(xié)議等節(jié)能辦法。

本項目的建設促進余熱利用，輸出電力和熱能，有效提高能源綜合利用效率，為實現(xiàn)能源綜合利用起到示范作用。本項目的建設為社會增加就業(yè)機會，促進社會和諧發(fā)展，具有明顯的社會效益。本項目的建設為企業(yè)實現(xiàn)多種經(jīng)營模式創(chuàng)造條件，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。本項目的建設可以減少高溫煙氣排放造成的環(huán)境熱效應，是建設能源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的必然選擇，也是實現(xiàn)節(jié)能減排目標和綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要舉措。無論從保護環(huán)境、節(jié)能減排，還是能源綜合利用、降低生產(chǎn)成本等方面來看，本項目的綜合效益非常可觀。

4結(jié)論

瓦斯發(fā)電項目采用內(nèi)燃機發(fā)電后產(chǎn)生余熱，如果單純只是用來供熱，能量利用率偏低。為提高瓦斯發(fā)電余熱利用效率，余熱發(fā)電項目可以采用組合快裝式汽輪發(fā)電機組。本著節(jié)能、環(huán)保、高效的原則，該項目采用組合快裝機組配套空冷和蒸發(fā)冷聯(lián)合應用的新型工藝設計，該工藝特別適用于余熱利用的小型發(fā)電機組，經(jīng)濟效益、社會效益及安全效益顯著，節(jié)能減排效果好，可以指導其他生產(chǎn)領(lǐng)域的余熱利用。總體來看，汽輪機采用空冷和蒸發(fā)冷聯(lián)合應用的新型工藝，符合國家節(jié)能政策要求，可有效提高能源利用效率，降低企業(yè)運行成本。

參考文獻

1任偉.汽輪發(fā)電機安裝調(diào)試技術(shù)要點分析[J]工程技術(shù)，2024（9）：128-132.

2 陳立軍.蒸汽動力循環(huán)耦合正、逆制冷循環(huán)的電站空冷系統(tǒng)理論與評價研究[D].保定：華北電力大學（保定），2010.

3孟祥豐，南知鎔，李博文，等.基于天然氣內(nèi)燃機發(fā)電機組的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設計與用能分析[J].節(jié)能，2019（11）：40-43.