350MW供熱機組采用背壓汽輪機供工業蒸汽方案探討

王國成

摘要：本文對350MW供熱機組的工業供熱方案進行分析和比較，提出最經濟合理的方案，即采用背壓汽輪發電機組（工頻）方案，該方案可以充分進行能源階梯利用，系統運行安全可靠、初投資少和運行經濟收益優。

Abstract： The article analyzes and compares industrial heating programme in 350MW combined heat and power plant， puts forward the economic and optimized programme， that is the programme of using back pressure steam-turbine（power frequency） to supply industrial steam. This programme can make the best of graded use of energy， safe and reliable system operation， less initial investment and good economic returns.

關鍵詞：供熱機組;背壓汽輪機;工業供汽

Key words： combined heat and power plant;back pressure steam-turbine;supplying of industrial steam

中圖分類號：TM621;TU995? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0156-02

0? 引言

目前，國內多數350MW等級火力發電機組都擔負著工業蒸汽熱負荷，根據工業用戶對工業蒸汽熱負荷參數要求的不同，供工業蒸汽的方案也不盡相同。根據理論計算和實際工程實踐經驗，供工業蒸汽方案的選擇對火力發電機組的初投資和運行經濟收益有直接的影響，本文通過對350MW等級供熱機不同的供工業蒸汽方案進行分析和比較，提出最經濟合理的方案，供同類型供熱機組參考。

1? 350MW供熱機組主機規范

鍋爐型式：超臨界參數變壓運行直流爐、單爐膛、一次中間再熱、切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、半露天布置（運轉層以下封閉）、全鋼懸吊結構π型鍋爐。BMCR工況鍋爐蒸發量1115t/h。

汽輪機：超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、單背壓、濕冷、抽汽凝汽式汽輪機，型號：CN350-24.6/569℃/569℃，額定功率350MW。

發電機：三相同步汽輪發電機，自并勵靜止勵磁，水氫氫冷。

2? 工業熱負荷

2臺350MW供熱機組承擔向外供工業蒸汽參數：壓力1.0MPa（g），溫度285℃，額定流量190t/h。

3? 供工業蒸汽方案比較

3.1 方案一：背壓汽輪發電機組（工頻）方案

全廠設置1臺20MW背壓發電機組（工頻），背壓汽輪機排汽供工業供熱蒸汽，同時還對廠用電系統提供廠用電。

工業供汽參數為1.0MPa（g）/285℃，單臺機組額定供汽量95t/h，最大供汽量190t/h。汽輪機采用背壓汽輪機，汽源由機組的一級再熱器出口和熱段引出，進入每一臺機組的供熱蒸汽分汽缸，蒸汽從分汽缸引出進入背壓汽輪機進汽母管，背壓汽輪機排汽至工業供熱母管對外供熱。

3.2 方案二：背壓汽輪發電機組（變頻）方案

全廠設置1臺20MW背壓發電機組（變頻），背壓汽輪機排汽供工業供熱蒸汽，同時還提供變頻廠用電，“變頻”發電機“孤島”運行，輸出變頻電源帶三大風機運行。

工業供汽參數為1.0MPa（a）/285℃，單臺機組額定供汽量95t/h，最大供汽量190t/h。汽輪機采用背壓汽輪機，汽源由機組的一級再熱器出口和熱段引出，進入每一臺機組的供熱蒸汽分汽缸，蒸汽從分汽缸引出進入背壓汽輪機進汽母管，背壓汽輪機排汽至工業供熱母管對外供熱。

3.3 方案三：鍋爐引風機采用汽電聯合驅動方案

引風機汽電聯合驅動技術是背壓汽輪機驅動和電機驅動技術的結合，實現了“汽”“電”兩種驅動模式下的互相切換，運行靈活性大大提高。機組啟動時，異步電動/發電機直接帶動引風機工作，背壓汽輪機和異步電動/發電機經變速離合器分離。系統連接順序為：背壓汽輪機——減速離合器（離合器+減速箱）——異步電動/發電機——引風機。小汽機采用定速運行，采用異步電動/發電機，不僅在啟動時作為電機模式，在TB/TRL工況也采用汽電雙驅。背壓汽輪機在驅動引風機后的富裕出力將通過發電機發電，發出的電并入廠用電系統。各種工況下，背壓汽輪機仍然處于高效區，排汽對外提供工業用汽。

汽電聯合驅動具體方案：工業供汽參數為1.0MPa（a），285℃，單臺機組額定供汽量95t/h，最大供汽量190t/h。汽動引風機汽輪機采用背壓汽輪機，汽源由機組的一級再熱器出口和熱段引出，進入每一臺機組的供熱蒸汽分汽缸，蒸汽從分汽缸引出進入引風機背壓小機，背壓汽輪機排汽至工業供熱母管對外供熱。

4? 工業供熱方案技術經濟比較

4.1 技術性比較

方案一：背壓汽輪發電機組（工頻）方案

優點：①背壓機組驅動發電機發電，發出的電并入廠用電系統，降低廠用電率;②背壓機排汽供熱，減少冷端損失，機組運行經濟性好;③初投資低。

缺點：背壓汽輪機發電機組需單設建筑物，系統復雜。

方案二：背壓汽輪發電機組（變頻）方案

優點：①設一臺高速小汽輪機，通過減速器來驅動發電機，輸出變頻電源帶三大風機。統調發電機可實現“變速+動調”的節能運行方式;②發電機6kV電源可實現并網、孤網多種運行方式相互切換，主機安全得到保障，風機運行方式更加靈活;③降低廠用電率;④背壓機排汽供熱，減少冷端損失，機組運行經濟性好。

缺點：①“變頻”發電機“孤島”運行時的暫態穩定性不容易控制;②電氣變頻段和“變頻”發電機的控制及保護的電流、電壓采樣轉換回路均按常規工頻工況下設計。國內目前缺少這類產品的經驗和業績，需要進行開發研制或利用現有設備檢測其在工頻以下較寬的范圍內的工作特性，投資成本高;③背壓汽輪機發電機組需單設建筑物;④系統復雜。

方案三：鍋爐引風機汽電雙驅方案

優點：①背壓機組驅動引風機，充分利用小汽輪機多余的功率進行發電，發出的電并入廠用電系統，降低廠用電率;②背壓機排汽供熱，減少冷端損失，機組運行經濟性好。③汽輪機約引風機一起布置，無需單設建筑物。

缺點：①背壓汽輪機定速運行，引風機采用動調風機，引風機高效區范圍較窄;②引風機軸系較長，運行時對軸系穩定性要求高;③初投資高。

4.2 投資和經濟效益比較

4.2.1 初投資比較（兩臺機組）（表1）

4.2.2 運行經濟性計算（表2）

4.2.3 投資及收益對比表（按全廠兩臺機組）（表3）

5? 結論

通過上述方案對比，相對于方案一：

①方案二初投資費用增加約980萬元，年增收費約136.4萬元;②方案三初投資費用增加約750萬元，年增收費用與方案一相同。

綜合上述比較結論，考慮到機組系統運行安全可靠性及經濟性，方案一（背壓汽輪發電機組（工頻）方案）可以充分進行能源階梯利用，系統運行安全可靠，初投資少，運行經濟收益優。

參考文獻：

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[2]沈維道，將智敏，童鈞耕合編.工程熱力學[M].

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