供熱系統中雙背壓運行經濟性分析

楊國強　劉巖　李軍錄　王海峰　杜未

摘 要：通過中低壓聯通管打孔抽汽改造實現抽凝供熱的煤電機組，普遍存在設計采暖抽汽壓力高于實際供熱需求壓力的情況，采暖抽汽壓力對于機組整體循環效率具有較大影響，而近期較為流行的低壓缸進汽全切靈活性調峰改造技術在一定條件下會引起中壓缸排汽壓力進一步上升，從而影響機組循環效率。為進一步提升機組運行經濟性，對低壓缸進汽全切與采暖抽汽余壓利用背壓機聯合運行的雙背壓運行方式進行了更深入的研究。

關鍵詞：低壓缸進汽全切;余壓利用背壓機;雙背壓運行;經濟性

中圖分類號：TK115? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）11-0010-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.003

0? ? 引言

熱電聯產機組通過高品質蒸汽的梯級利用，可提升機組總效率至60%～80%[1]，因此供熱改造作為節能減排、提質增效的主要手段被列入煤電機組升級改造實施計劃。大唐集團京津冀區域有供熱機組30臺，其中16臺為后改造供熱機組，供熱壓力設計值普遍為0.8 MPa，對于一般性供熱供回水溫度130/70 ℃的熱網系統，熱網加熱器壓力0.3 MPa基本滿足使用需求，因此對于后改造供熱機組，中低壓缸分缸壓力0.8 MPa機組進行供熱時，存在較大換熱（火用）損，造成抽汽能量利用不充分，熱電聯產機組熱效率也隨之降低，而采用余壓利用背壓機方式，約可提升（火用）效率16.9%[2]。當前，隨著碳達峰等目標的提出，北方燃煤供熱機組成為靈活性調峰任務的主力機，且負荷深度、調峰時長需求逐年增加，供熱期內較多機組采用了低壓缸進汽全切作為技術手段滿足電網及熱網的雙重需求，對于供熱抽汽壓力較高的機組開展切缸工作，采暖抽汽量的增加，將帶來更多的換熱（火用）損，因此研究汽輪機低壓缸進汽全切及采暖抽汽余壓利用背壓機的節能收益，實現雙重調峰節能改造[3]，可進一步提高機組盈利能力。

1? ? 案例機組介紹

某機組汽輪機為東方汽輪機有限公司改造的320 MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式發電機組（型號N320-16.7/537/537），該機組已于2013年供熱改造，采用中低壓聯通管打孔抽汽方式，改造后額定抽汽壓力0.8 MPa、抽汽流量330 t/h、最大抽汽工況流量400 t/h。設計熱網供水壓力2.5 MPa，供回水溫度130/70 ℃，實際運行熱網供水壓力1 MPa，供水溫度60～87 ℃，回水溫度45～58 ℃。實際運行中，采暖抽汽壓力微正壓即可滿足需求，而運行采暖抽汽壓力往往在0.4 MPa左右。為利用采暖抽汽多余壓力，減少換熱（火用）損，2018年改造完成余壓利用背壓機，背壓機采用杭州汽輪機股份有限公司制造的單缸、單軸、雙流、反動式背壓機，型號B25-0.726/0.13（WG80/71），配一臺額定功率25 MW的杭州杭發電機設備有限公司生產的發電機（型號QF-J25-2），采用高起始響應的自并勵靜態勵磁系統。2020年，為響應電網調峰需求及獲得京津冀地區靈活性調峰改造獎勵，該機組進行了低壓缸進汽全切靈活性調峰改造，改造后聯合余壓利用背壓機實現大小機雙背壓運行模式，如圖1所示。

2? ? 系統改造及熱力系統計算

為了解大小機雙背壓運行模式經濟性，利用Ebsilon軟件建立熱力系統模型（圖2）并結合實際運行工況參數變化特性進行經濟性分析。采用VWO設計工況數據進行模型構建，廠家提供VWO熱平衡圖功率為333.621 MW，熱耗率為7 985 kJ/kW·h，Ebsilon軟件模擬計算結果為332.403 MW，熱耗率為7 996.165 kJ/kW·h，分別偏差0.37%、0.14%。該模擬計算結果可以滿足數據趨勢對比分析要求。修改模型至低壓缸進汽全切工況，如圖3所示，采用定采暖抽汽流量及大發電功率為基準進行比較，模擬計算汽輪機低壓缸進汽全切及余壓利用背壓機聯合運行三組不同工況下的節能效果，參數如表1、表2、表3、圖4、圖5、圖6所示。

工況描述：1.切缸工況，假設中排壓力不提升，余壓背壓機不運行;2.切缸工況，假設中排壓力不提升，余壓背壓機運行（雙背壓運行工況）;3.切缸工況，中排壓力上升0.05 MPa，余壓背壓機不運行;4.切缸工況，中排壓力上升0.05 MPa，余壓背壓機運行（雙背壓運行工況）。

鍋爐最低穩燃負荷工況下，低壓缸進汽全切后，通過模擬計算發現，在切缸后，若中排壓力提升0.05 MPa，較中排壓力不上升時出現機組熱耗率上升現象[4]，證明供熱系統存在一定的節流損失，導致熱力循環效率降低，而利用余壓背壓發電機，在汽輪機低壓缸進汽全切后，可有效吸收切缸帶來的壓力上升，從而緩解切缸過程中的參數波動及提升機組節能效果。通過三組工況數據進行對比，熱耗率變化趨勢一致。

由圖4、圖5、圖6可以看出，在中排壓力一定的情況下，大機背壓運行后余壓利用背壓機運行將進一步降低機組熱耗率[3]，實現較大節能目標。根據案例機組運行經驗可知，汽輪機機組切缸運行時，若不增加供熱面積勢必引起中排壓力的上升（約0.05 MPa），中排壓力上升將會導致機組整體熱耗率出現較大的上升情況[4]，此時即使增加余壓利用背壓機，在大負荷供熱情況下也可出現熱耗率大于中排壓力不上升時熱耗率的現象。而根據案例機組改造后運行情況，汽輪機進行低壓缸進汽全切操作前投入余壓利用背壓機，切缸操作時中排壓力出現短暫上升后，在不調整熱網負荷時，可恢復至切缸前的狀態，余壓利用背壓機發揮了壓力吸收作用。通過三個工況模擬計算結果可以看出，余壓背壓機旁路流量增大時，出現余壓利用背壓機投運節能效果下滑現象。

3? ? 結論

本文對典型300 MW打孔抽汽改造汽輪機進行熱力系統模擬計算，尋找在汽輪機低壓缸進汽全切工況下，投入余壓利用背壓機的節能效果趨勢，同時對比了中壓缸排汽壓力上升對于機組熱耗率的影響，結合現場實際運行工況進行分析，得出以下結論：

（1）若低壓缸進汽全切機組供熱面積不增加，切缸后中排壓力上升將帶來較大的熱耗上升，低負荷時尤為明顯。

（2）雙背壓機運行模式可有效解決切缸后中排壓力上升問題，同時存在十分可觀的節能效果。

（3）低壓缸進汽全切系統雖然整體改造存在較大的節能效益，但粗略的調整可能損失一部分收益。

（4）余壓利用背壓機除吸收多余中排壓力進行做功，達到節能效果外，在當前深度調峰的環境下，通過采取背壓發電模式，可增加機組在供熱期的調峰能力約45 MW，實現企業節能、調峰雙收益。

[參考文獻]

[1] GE Z H，ZHANG F X，SUN S M，et al.Energy analysis of cascade heating with high back-pressure large-scale steam turbine[J].Energies，2018，11（1）：1-15.

[2] 王立功，許繼東，徐鋼，等.熱電聯產機組供熱抽汽余壓利用節能機理[J].熱力發電，2019，48（5）：8-13.

[3] 劉巖.純凝機組打孔抽汽改造及運行優化研究[J].應用能源技術，2018（12）：5-8.

[4] 王海峰，王勝，劉巖，等.供熱蝶閥開度對熱電聯產機組運行效率影響研究[J].電力設備管理，2020（12）：70-72.

收稿日期：2022-03-19

作者簡介：楊國強（1989—），男，內蒙古呼和浩特人，助理工程師，研究方向：汽機節能及輔機振動。