提高南疆熱電燃機項目供熱能力的措施

鄭立文

(天津華電南疆熱電有限公司，天津 300450)

0 引言

天津華電南疆熱電燃機項目位于天津濱海新區，建設一套“二拖一”燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯產機組，可滿足濱海新區日益增長的供熱需求，符合天津市建設低碳城市的發展定位。

該工程是典型的清潔能源項目，與燃煤熱電項目相比，燃氣-蒸汽聯合循環熱電項目具有能源利用效率高、污染排放低等優點，但其供熱主要通過蒸汽輪機抽汽實現，熱電比小，供熱能力與相同發電容量的燃煤熱電廠相比要小很多。工程按照“以熱定電”的原則，主要為保障濱海新區核心區的供熱，由于項目供熱區域熱負荷需求較大，因此希望機組能最大能力供熱，為此在設計和建設過程中采取了一些提高供熱能力的措施。

1 裝機方案

本工程采用引進技術條件成熟的“F”級燃機組成的燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組，裝機方案采用“二拖一”多軸配SSS離合器形式，汽輪機高、中壓缸和低壓缸之間采用SSS離合器連接，采暖期汽輪機抽凝或者背壓運行，非采暖期汽輪機純凝運行。

2 提高機組供熱能力的措施

2.1 主機配置采用“二拖一”多軸方案

在主機配置可選方案中，可以采用2套“一拖一”多軸或1套“二拖一”多軸方案。2套“一拖一”多軸方案(燃氣輪發電機組、汽輪發電機組在不同的軸上)即：2臺燃機+2臺余熱鍋爐+2臺抽凝式供熱汽輪機+4臺發電機。1套“二拖一”多軸背壓機方案即：2臺燃機+2臺余熱鍋爐+1臺大功率可背壓、可抽凝汽輪機+SSS離合器+3臺發電機。在方案比選時，“二拖一”多軸方案與“一拖一”多軸方案比較，投資方面可節省投資約8 000萬～10 500萬元，熱效率方面各工況下提高0.3%～2.4%。

2.2 供熱能力的比較

因在冬季供熱期間機組抽凝運行時，大量蒸汽接至熱網加熱器，該部分熱網抽汽來自中壓缸排汽，致使進入低壓缸的蒸汽量減少，而低壓缸必須保證最小冷卻蒸汽量，該最小冷卻蒸汽流量與低壓缸末級葉片長度有關，末級葉片越長需要的冷卻蒸汽量越大，相應中壓缸排汽去熱網加熱器供熱的蒸汽量越少。同理，低壓缸冷卻蒸汽量越小中壓缸排汽去熱網加熱器供熱的蒸汽量越大，對外供熱量越多。2個方案綜合比較，“一拖一”方案中2臺汽輪機的最小冷卻蒸汽量比“二拖一”方案中1臺汽輪機的最小冷卻蒸汽量偏大，在進汽量相同的條件下，2套“一拖一”多軸方案的抽汽供熱量小于1套“二拖一”多軸方案。哈動力/GE 公司PG9351FB型燃機配套的“二拖一”汽輪機最小冷卻蒸汽量為110 t/h，“一拖一”汽輪機最小冷卻蒸汽量為80 t/h，“一拖一”方案最小冷卻蒸汽量比“二拖一”方案略小，因此“二拖一”方案供熱量稍大，總的熱效率“二拖一”機組較“一拖一”機組高。

哈動力/GE公司提供的9FB型聯合循環機組供熱工況參數見表1。本工程裝機方案采用了“二拖一”多軸方案，該方案技術較為成熟，節省投資，熱效率高，同時盡量減少了低壓缸冷卻蒸汽量，增加抽汽量，即提高了供熱能力，且汽輪機結構改動最小。

2.3 通過SSS離合器實現背壓供熱

本工程汽輪機高中壓模塊和低壓模塊之間通過SSS離合器連接，可實現純凝、抽凝、背壓等幾種運行方式。

非供熱工況時，汽輪機純凝運行。冬季供熱工況下，在供熱需求較小時，采用抽凝方式運行，抽汽來自中壓缸排汽或低壓主汽。在純凝和抽凝工況運行時，汽輪機高、中、低壓缸通過離合器連成1個軸。

冬季供熱工況下，在供熱需求較大、抽凝方式不能滿足供熱需求時可脫開SSS離合器將低壓缸解列，實現中壓缸背壓運行，其排汽及低壓主汽全部用于熱網加熱器。此時由于機組不受低壓缸冷卻流量的限制，低壓蒸汽可以全部用于供熱，最大限度地提供熱網加熱器蒸汽，使汽輪機供熱量達到了最大化，按采暖指標45 W/m2測算，供熱能力達1 400萬m2。目前國內華能北京熱電、草橋熱電、天津城南熱電、大唐高井、京能高安屯、國華高安屯等項目均采用了此種通過SSS離合器實現汽輪機背壓供熱的方案。

2.4 余熱鍋爐尾部擴大低壓省煤器

在冬季供熱工況下，溫度較高的熱網疏水直接進入余熱鍋爐換熱，凝結水量極少，給水溫度較高，因此余熱鍋爐排煙溫度較高(和純凝工況相比高25 ℃左右)。為充分利用此部分熱量，在余熱鍋爐尾部設置了煙氣熱網加熱器，即擴大低壓省煤器，兩臺余熱鍋爐均裝設煙氣熱網加熱器，供熱量可增加約30 MW，供熱能力可增加約65萬m2。其運行方式為，抽取省煤器出口部分熱水至外部的水水換熱器，對熱網回水進行加熱后，經余熱利用再循環泵送回省煤器入口凝結水系統。

擴大低壓省煤器面積后，煙氣阻力會相應增加，造成燃機出力略微下降。另外，因擴大了低壓省煤器的布置空間，余熱鍋爐長度尺寸會有所增加，但實施過程中技術難度較小，初始投資費用不高，當充分利用時經濟性較高。國內近期類似工程均采用了擴大低壓省煤器的方案，以進一步提高機組供熱能力。

2.5 汽輪機全切時余熱鍋爐減溫減壓供熱

本工程汽輪機系統全部設置高、中、低壓旁路裝置。高壓旁路將高壓主汽減溫減壓后接至冷再熱蒸汽管道上，之后進入余熱鍋爐再熱器繼續加熱。中、低壓旁路分別將中、低壓主汽減溫減壓后接入凝汽器。根據“F”級燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組熱力系統的特點，冬季采暖期可將汽輪發電機組停運，在汽輪機全切工況下，將余熱鍋爐產生的高、中、低壓蒸汽全部用于供熱。

在汽輪機全切工況供熱時，供熱量比常規抽汽供熱機組提高30%左右，發電量減少160 MW左右，經濟性較差。但在汽輪機故障時仍可保證繼續供熱，極大提高了機組的供熱可靠性。2018年1月10日，南疆燃機項目在汽輪機全切工況下，成功實現對外供熱，保障了濱海新區的供熱需求和調峰需要。

3 結論

南疆項目燃氣-蒸汽聯合循環機組工程裝機方案采用1套“二拖一”多軸機組，比2套“一拖一”多軸機組在抽凝運行時增加了抽汽量，既提高了機組的供熱能力，又提高了機組的熱效率。

汽輪機高中壓模塊和低壓模塊之間通過SSS離合器連接，在脫開SSS離合器時可實現汽輪機背壓供熱，此時因沒有低壓缸最小冷卻蒸汽流量的限制，中壓缸排汽與低壓主汽全部用于熱網加熱，使汽輪機供熱量達到了最大化。機組除了可通過脫開SSS離合器實現背壓機方案外，同時實施了余熱鍋爐尾部擴大低壓省煤器方案，背壓網機+煙氣熱加熱器的組合方案，進一步提高了機組的供熱能力。

蒸汽余熱鍋爐減溫減壓供熱方案，可作為汽輪機事故情況下的應急方案實施，保證機組供熱可靠性。