超臨界350MW機組中聯門隔級參調供熱方案研究

宋萍，鄧凌宇

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000）

針對日益嚴峻的市場競爭及嚴格的排放標準，該公司氧化鋁三期重新規劃設計40萬噸電解鋁項目，規劃建設3×350MW超臨界熱電聯產機組，氧化鋁生產需要不低于6．0MPa的高壓蒸汽及0．6MPa的低壓蒸汽，且高壓蒸汽的量最大230t/h。這一高壓供熱參數的提出，對鍋爐及汽輪機都是一個全新的設計課題。

1 供熱方案可行性論證

根據該鋁業公司的產品介紹，原氧化鋁高壓蒸汽部分主要由背壓機及高壓鍋爐減溫減壓后提供。由于電解鋁生產對電量要求大，電價高且高壓鍋爐運行效率低成本高等因素，通過采用高參數大容量機組實現熱電供應，可大大降低生產成本，為公司帶來可觀的利益。通過對氧化鋁生產制造工藝的了解，其所需的高低壓蒸汽用量穩定且生產設備用電量大的特點，我廠對汽輪機實現高低壓抽汽供熱方案做了詳細的分析論證。

1.1 項目要求

汽輪機設計邊界條件：超臨界雙抽供熱機組，高壓抽汽壓力不小于7．0MPa，最大抽汽量230t/h，低壓0．9MPa，大抽汽量110t/h。鑒于氧化鋁項目的特殊性，機組要求額定抽汽工況下機組出力330MW，最大抽汽工況下機組出力300MW。VWO工況主汽流量為最大抽汽工況流量的1．03倍。

1.2 供熱方案

根據本項目工業用汽參數及用電量的特殊要求，機組常年運行的電負荷在80%以上，且供熱需求穩定。機組的創新設計思路如下。

（1）機組采用高中壓合缸、兩缸兩排汽型式，縮短機組跨距，節約廠房布置。并在此常規機型上將高壓通流放大以同時滿足供熱和功率需求。 （2）高壓抽汽：將1抽在傳統設計基礎上前移1級，提高1抽抽汽點運行壓力；同時結合項目供熱時負荷要求也高，使機組在額定抽汽工況時中聯門即使不參與調節1抽抽汽壓力也還略高于額定供熱壓力，最大抽汽工況時中聯門微調便可滿足供熱壓力要求；使機組供熱可靠性和運行經濟性得到兼顧。高壓抽汽抽汽點通過中調門隔級調節，屬創新應用。（3）低壓抽汽：抽汽點通過連通管蝶閥調節，運行調節方式成熟可靠。 （4）創新額定工況定義：將額定抽汽工況作為設計基準工況，巧妙解決了傳統定義時抽汽工況與設計點偏離，可減小中調門調節幅度，同時使機組正常抽汽運行時也具有很高的經濟性。（5）除高參數供熱蒸汽外，其余的輔機系統及控制系統可借用已有成熟機型模塊，運行安全可靠。

2 高壓供熱可靠性分析

低壓供熱抽汽作為常規的供熱方式，通過連通管蝶閥調節，這種運行方式是成熟可靠的。本項目的難點在于如何有效保障氧化鋁制造工藝所需的高壓蒸汽。

目前國內超臨界機組實行雙抽的機組已有投運業績。這些電廠高壓抽汽均利用中聯門調節再熱熱段進行抽汽。某350MW超臨界及600MW超臨界機組雙抽可調整抽汽均有同時運行，據現場運行情況，反映良好，且具有較高的經濟收益。鑒于雙抽機組可獲得較高的經濟性，依據已有項目成功實施所積累的經驗，并從現場采集數據，對中調門參調機組，中聯門動作時，中聯門前壓力及高壓后幾級的壓力進行分析對比。

由于本項目高壓抽汽設置在一段抽汽，利用中聯門隔級參調。為確保機組供熱的安全穩定，我們對該電廠中調門參調數據進行了采集分析，見圖1。

從曲線的變化趨勢來看，中聯門參調時一抽壓力與中聯門參調呈線性關系變化。

中聯門參調機組在供熱調節時中聯門前至一抽的壓力響應速度基本同步（如圖2），通過對南熱機組的運行數據進行分析論證，本項目采用中聯門隔級參調的技術來實現高壓供熱是完全可行且可靠的。

圖1 一抽壓力隨中聯門參調幅度變化圖

圖2 中壓聯合汽閥壓損調節與一抽壓力關系曲線

3 中聯門隔級參調對比分析

通過設計工況創新定義、抽口前移1級，結合項目供熱時負荷高，使機組中調門在額定抽汽時不參調、最大供熱時僅微調，中調門開度大、前后壓差小，提高機組供熱可靠性和經濟性。與同類供熱機組比較如表1～3。

表1 同類型機組額定抽汽工況壓差比較 MPa

該鋁業項目額定抽汽工況作為設計點，電負荷高，中聯門不參與調節，故中聯門壓差較小，見表1。

表2 同類型機組最大抽汽工況壓差比較 MPa

該鋁業項目最大抽汽工況定義電負荷高，中聯門僅微調，故中聯門壓差較小，見表2。

表3 同類型機組最小投供熱工況時（額定抽汽量）壓差比較MPa

根據該鋁業項目大于80%負荷用電量的需求，最小投供熱工況時（額定抽汽量）出力大，進汽量大，中聯門前后壓力小于1．3MPa，見表3。根據已投運項目最大壓差為1．8MPa。經計算，該鋁業項目在滿足電負荷80%以上的情況下，中聯門壓損約19%，前后壓差0．9MPa左右，壓差遠小于已投運的超臨界350MW及600MW機組。中聯門前后壓差小，運行更可靠。

4 經濟性分析

本工程采用熱電聯產，三臺350MW機組既提供該公司40萬噸電解鋁、氧化鋁生產所需電量，又提供其氧化鋁生產所需熱量。根據全年向局域網購電、售電平衡的計算原則，機組發電設備年利用小時數約為6899h，機組年發電量約為72．4億kW·h，年供熱量約為1427．93GJ。機組平均發電標煤耗率為 269．7g/kW·h,供熱標煤耗率為37．5kg/GJ，相比熱電分產，年節約標煤約15．9萬噸，具有良好的經濟效益和社會效益。

5 結語

以大量的數據計算為依托、結合同類機組運行實際情況，該鋁業項目汽輪機組高壓供熱方案通過設計工況創新定義、抽口前移1級并結合項目供熱時出力大的特點，使機組中調門在額定抽汽時不參調、最大供熱時僅微調，中調門開度大、前后壓差小，供熱方案成熟可靠。

同時，為推進大氣污染防止及提高能源利用效率，國家發改委新印發的《熱電聯產管理辦法》中對新建熱電聯產機組的管控越來越嚴格，除背壓機供熱方案，采用這種超臨界熱電聯產方式將是電廠未來發展的一個重要方向。該鋁項目高壓抽汽，中聯門隔級參調方案的成功實施，可以在同類型的具有較高蒸汽壓力需求的企業中進行推廣應用，具有廣泛的市場前景。

[1]中國動力工程學會．火力發電設備技術手冊：第二卷汽輪機[M]．北京：機械工業出版社，1998．

[2]徐則林，蔣燕妮等 熱電聯產機組熱能深度梯級利用的研究[J]．華北電力大學學報：自然科學版，2014,41（5）：107-112．