浅析F级燃气-蒸汽联合循环机组供热方式

浅析 F级燃气 -蒸汽联合循环机组供热方式

李雪倩

中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102

摘要：燃气-蒸汽联合循环机组具有效率高、排放清洁等特点，现今越来越多地被应用于区域供热。本文分析了适合燃气-蒸汽联合循环机组供热的几种方式，从中压缸抽汽、中低压连通管抽汽、冷段抽汽、背压供热、压力匹配器入手，分析其供热特点、使用条件及投运项目，最后总结了针对不同的热负荷特点可选用的供热方式。

关键词：F级燃气-蒸汽联合循环 供热机组

分类号：TM611.3

文献标识码：A

一、概述

燃气-蒸汽联合循环机组因具有效率高、排放清洁、调峰能力强等特点而得到广泛应用[1]。为了响应国家节能减排的基本国策，改善地区环境质量，满足供热片区集中供热和地区用电负荷需要，目前许多燃气-蒸汽联合循环机组都带热负荷，供热范围内热负荷中既有工业企业生产热负荷，又有民用热负荷，为保证工业和民用热负荷的蒸汽品质，至各用热区域的热力网主干管采用蒸汽供热系统。

二、供热系统方案分析

以往对于F级燃机联合循环热电联产机组，制造厂家一般不推荐采用单轴机组，这是由于单轴机组轴系较长，过多的抽汽及热负荷波动会影响机组轴系的稳定性。近年来随着市场需求的增加和主机技术开发的持续改进，目前主机厂都在提高单轴机组供热能力方面开展了大量的工作并取得了相当的成果。

联合循环热电联产机组的供热方式一般有缸体打孔抽汽供热、压力匹配器供热、冷段减压供热方案等，这几种供热改造方式都有实际运行业绩，且运行基本良好。

(一)汽机中压缸抽汽

汽轮机中压缸级间打孔抽汽一般较为常用，常用于工业用汽。制造厂家认为，若抽汽量较小可采用直接打孔抽汽（约小于70t/h）；若抽汽量较大（约200t/h左右），多采用在汽轮机的中压缸内部设置旋转隔板来实现调整抽汽。中压缸抽汽方案一般多用于联合循环多轴布置，如联合循环采用单轴布置时，因受轴系稳定性、通流效率、叶片及隔板强度等的影响，单轴机组只能抽部分供热蒸汽，蒸汽量需根据主机厂整体核算后确定。目前东方电气和哈尔滨电气均推荐采用此供热方案。

(二)汽机中低压连通管抽汽

中低压连通管上加装液控蝶阀的供热方式一般用于采暖抽汽或供汽压力较低的工业抽汽。从蝶阀前抽汽对外供热，抽汽的调整由蝶阀实现，适用于供热量较大的机组（对300MW煤电机组汽轮机最大抽汽量可达500t/h）工业抽汽或采暖抽汽供热。燃机电厂汽轮机中低压连通管压力（即低压蒸汽压力)一般在0.3～0.5MPa，可供采暖用汽。

(三)冷段抽汽减压

相对于传统的中压缸抽汽方案，冷段蒸汽属于乏汽，具有高压、低温、低焓值的特点，对于工业抽汽压力相对较高而温度居中的项目采用冷段抽汽方案可以很好的解决传统中压缸抽汽焓值过高、能源浪费的问题。同时传统中压缸抽汽方案由于设置旋转隔板来实现调整抽汽，这样不可避免的出现了节流损失，并且随着抽汽量的增加导致内效率的损失增大。另一方面设置旋转隔板，往往需要抬高汽轮机高压段的根径来提高转子刚度，从而导致高压缸叶片变短，通流内效率降低。通过与主机厂的沟通，设置旋转隔板和不设置旋转隔板的机型在纯凝式工况下对联合循环效率的影响相差约0.2~0.3百分点。

上海电气在粤电黄埔、中电四会项目也均推荐并采用了冷段抽汽减压供热方案。哈尔滨电气在国外已有冷段抽汽供热的实际运行业绩，据了解冷段可供200t/h左右的蒸汽。

(四)背压供热

采用在汽轮机中低压缸间设置SSS离合器的方案，通过SSS离合器，使低压缸与高中压缸解列，汽轮机可以实现高中压缸背压运行[2-3]。此种机组配置没有低压缸最小冷却蒸汽流量的要求，可使汽轮机供热量能达到最大化。此方案适用于以采暖为主的燃机机组供热，单机供热量可达350t/h以上。供热工况时，汽轮机可采用抽凝方式运行，也可采用低压缸解列，高中压缸背压运行，其排汽及低压主汽全部用于加热热网加热器。非供热工况时，高中低压缸通过离合器连成一个轴，汽轮机纯凝运行。由于中压缸排汽压力（即低压蒸汽压力）一般在0.3～0.5MPa，此供热方案一般供采暖用汽。

(五)压力匹配器供热

采用压力匹配器能够提供与汽轮机抽汽口压力参数不匹配的供热蒸汽，与采用高压蒸汽节流相比，避免了大量的能量损失，经济性提高。

压力匹配器是利用高压蒸汽的能量来提高低压蒸汽的压力的设备，高压蒸汽一般为热段或冷段蒸汽，低压蒸汽为中压缸排汽。考虑供热的可靠性，匹配器入口高压蒸汽和低压蒸汽多采用母管制。

目前有部分项目安装了压力匹配器，如华润板桥、南通天生港、国电宿迁等。根据业主的应用反馈，由于匹配器特性的限制，制约了匹配器低压抽汽的流量，使高压抽汽量比例偏高。变工况运行时，汽轮机允许的抽汽量下降较为明显，大大降低了机组调峰的适应性，且实际运行时噪声很大，在有降噪措施的情况下也难以接受，因此已有部分用户逐步拆除了压力匹配器，重新使用高压蒸汽减压对外供热。

(六)锅炉直接对外供热

即蒸汽余热锅炉减温减压供热方案。由于锅炉中压蒸汽量和低压蒸汽量均在50～60t/h左右，低压蒸汽只能提供采暖负荷，中压蒸汽对外供热量少。从主汽减温减压供热能量损失较大，不符合能量梯级利用的原则，且对锅炉受热面设计带来很大问题，因而选择从锅炉热段抽汽减温减压供热。

为了保证机组安全运行，抽凝机组供热时必须保证有一部分冷却蒸汽进入汽机低压缸，其最小冷却蒸汽量与低压缸末级叶片长度有关，末级叶片长度越长需要的冷却蒸汽量越大，相应可抽去供热的蒸汽量越少。为尽可能多抽汽，希望低压缸末级叶片越短越好，但为保证纯凝工况热效率，低压缸末级叶片又不能太短。

“一拖一”西门子机型的低压缸冷却蒸汽量约为60t/h，热段蒸汽流量为310t/h，则理论上从热段可以抽取250t/h左右。本方案优点：供热能力大，对锅炉运行无影响。缺点：热效率低，运行不经济，需设置事故减温减压器，增加设备初始投资。考虑到经济性的因素，锅炉直接对外供热方案不作为供热首选方案。

三、结束语

根据以上分析，对于F级燃气-蒸汽联合循环机组，民用热负荷量大参数低，可采用中低压连通管抽汽和背压供热方式。工业热负荷参数高，可采用中压抽汽和冷段减压供热方式。锅炉直供仅作为供热备用应急用。

参考文献

[1] 徐进峰.M701F4燃气轮机“二拖一”联合循环热电联供系统的热电特性[J].燃气轮机技术. 2013,26(4)

[2] 刘慧珍,李明忆,周作春,张学镭.F级燃气-蒸汽联合循环机组供热性能分析[J].汽轮机技术. 2013,55(6)

[3] 张波,邢培杰.NCB供热机组的应用前景分析[J].吉林电力. 2014,42(1).