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，通過技術經濟對比選出較好方案。

關鍵詞：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，應優先考慮采用背壓式汽輪機實現熱電聯產供熱。這是由于當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能減排的前提下“以熱定電”，用較少的發電量供應更多的熱量，避免窩電現象，更加符合國家政策及社會發展情況。。本文針對小型供熱電廠的主設備背壓式汽輪機，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，通過技術經濟對比選出較好方案。

一、汽輪機工作原理比選

（一）概述

根據工作原理分類，目前國內的小型背壓式汽輪機以反動度區分主要有兩種技術流派：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：國內絕大多數廠家如南京汽輪電機（集團）有限責任公司（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，此技術是在上世紀五六十年代原蘇聯援助中國進行工業建設時的技術體系基礎上自行開發的，整體技術成熟，實際應用較多，各個廠家技術原理、主體結構上基本相同。

2.反動式汽輪機：引進西門子三系列汽輪機技術、國內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，其技術體系成熟，設計思路是較為先進的“積木塊”原理。國內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與制造，已有應用實例。

（二）沖動、反動式技術比較

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換為機械功，同時改變氣流方向。動葉片出入口側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。動葉在轉化蒸汽動能的同時，也將蒸汽的部分內能轉換成機械功。動葉片出、入口側的橫截面不對稱，葉型入口較肥大，而出口側較薄，汽流通道從入口到出口呈漸縮狀，見圖2。

2.汽輪機主要結構、部件不同

（1）葉片

沖動式葉片為無整體圍帶，需調頻，需考慮臨界轉速限制；反動式葉片與圍帶為整體式結構，為不調頻葉片，無需考慮臨界轉速限制，故反動式汽輪機多為高轉速設計。

（2）轉子

沖動式轉子為套裝結構，通常為細直軸，轉子為輪盤結構；反動式采用整鍛轉鼓型轉子，轉子剛性較好。

沖動式轉子級數較少，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構特點，反動式汽輪機相對可靠性高、大修周期和無故障連續運轉時間長、維護便利。

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

（三）技術經濟對比

根據機爐配備，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更低，反動式汽輪機優勢將加大。

二、汽輪機布置類型比選

根據布置情況分類，目前國內的小型背壓式汽輪機主要有兩種：

1.常規島式汽輪機：國內汽輪機特別是大中型汽輪機一般均采用運轉層島式布置。

汽輪機采用地腳螺栓固定在汽機基座運轉層上，汽輪機本體的油系統、加熱器系統、軸封系統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澆鋼筋混凝土框架結構，一般分為運轉層、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，管路設計、安裝復雜，由于設備分散，維護也不方便。

2.快裝集成式汽輪機：對于小型汽輪機，尤其是結構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電機。

這種機組將汽輪機、供油系統、減速箱、發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安裝好，并完成整個快裝機組的組裝和試驗，全部零部件設計得以互相匹配，使得汽輪機組性能優化的同時還可以減小設備占用空間。

三、結論

（一）從技術經濟對比表可看出，12MW、25MW的反動式背壓汽輪機雖然設備價格較高，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，反動式可發電功率更高，對以供熱流量計價的熱電廠而言，其超發售電收入基本上均是超額收益。

（二）從技術經濟對比表可看出，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。

參考文獻：

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[2]段彥明，盧耀紅.試論背壓機在熱電聯產中的應用[J].電力科技與環保，2013，29（2）：59-60.

（作者單位：中國能源建設集團陜西省電力設計院有限公司）