1000MW超超临界凝汽式燃煤机组对外供热的探讨

上海外高桥第三发电有限责任公司 董维德

1 概述

上海外高桥第三发电有限责任公司共有1000MW超超临界凝汽式燃煤火力发电机组2台。

由上海汽轮机有限公司和德国SIEMENS公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机N1000-27/600/600（TC4F），设计额定主汽压力27MPa、主汽温度600℃、设计额定再热汽压力5.756MPa再热蒸汽温度600℃，末级叶片高度1146mm。该汽轮机的整个流通部分由四个汽缸组成，即一个高压缸、一个双流中压缸和两个双流低压缸。对应四个汽缸的转子由五个径向轴承支承，并通过刚性联轴器将四个转子连为一体，汽轮机低压转子B通过刚性联轴器与发电机转子相连，组成的汽轮发电机总长度约为49m,高度约为9.25m，宽度约为16m。 汽轮发电机组设计额定输出功率为1000MW，汽轮机THA工况热耗率(正偏差为零)保证值7320 kJ/kW.h。TMCR功率为1040.586MW；VWO功率1059.974MW。

由上海锅炉厂有限公司在引进德国ALSTOM公司1000MW 超超临界塔式锅炉技术的基础上，结合上海锅炉厂有限公司燃用神府东胜煤的经验进行设计和制造的2×1000MW 超超临界机组锅炉为2955t/h超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、全钢架悬吊结构、露天布置、采用机械刮板捞渣机固态排渣的锅炉。

整套机组由国家电力公司华东电力设计院设计、分别由上海电力安装第一工程公司、上海电力安装第二工程公司施工安装。

2 技术上可行，运行稳定

上海外高桥第三发电有限责任公司2台超超临界凝汽式燃煤发电机组抽汽200t/h，在技术上是可行的，安全是有保障的。

上海外高桥第三发电有限责任公司2台超超临界凝汽式燃煤发电机组锅炉的BMCR为2955t/h，汽轮机的TMCR为2869t/h，根据上海外高桥第三发电有限责任公司7号汽轮机热力性能考核试验报告，当发电负荷在1000MW该汽轮机在THA工况时，主蒸汽压力为25.919MPa、主蒸汽温度为599.7℃、主蒸汽流量为752.982kg/s即2710.73t/h、主蒸汽焓为3484.27kJ/kg、再热冷段压力5.825MPa、再热冷段温度为362.2℃、再热冷段焓为3082.20kJ/kg。由此计算可得：高压缸与中、低压缸的做功比例为：高压缸占30%、中、低压缸占70%。当再热冷段进汽母管段抽汽200t/h时，高压缸进汽流量增加140t/h，则此时汽轮机的进汽流量为2850.73t/h，小于汽轮机在TMCR工况时的流量（2869t/h），同时也小于锅炉的BMCR工况时的流量（2955t/h）。由此可见，上海外高桥第三发电有限责任公司超超临界凝汽式燃煤发电机组从再热冷段进汽母管段抽汽200t/h时在技术上是可行的。

上海外高桥第三发电有限责任公司1000MW发电机组对外供热是在不改动汽轮机本体设备的核心部件情况下进行。只是从再热冷段进汽母管抽汽至三期辅汽母管经减温减压系统后并入外供蒸汽母管。因此，可减少设备安全风险，而且可缩短改造工期和降低改造费用。机组通过供热改造后，在机组不供热时，仍为原设计纯凝汽工况。在对外供热时，此时机组的高压缸、中压缸、低压缸，仍以原纯凝汽工况运行，而中、低压缸则视供热量的大小，以某个较低负荷的设计纯凝汽工况运行。这种分缸变工况运行原理与我国现有普遍采用的同类型供热发电机组的运行原理完全一样，已是运行成熟、安全可靠的运行方式，且运行方式灵活。在不供热时，机组仍可立即恢复原凝汽运行方式，性能不变。

抽汽供热机组将背压式汽轮机和凝汽式汽轮机的优点结合起来，能适应热负荷变化的要求。大量的实际运行经验均验证了抽汽供热机组在热负荷峰谷差较大、负荷变化较多情况下的良好适应性。当热负荷变化时，只需调整抽汽量与凝汽量，就可以达到调整对外供热量的目的。抽汽供热机组的运行灵活性缓解了因热负荷波动而产生的锅炉负荷大幅度波动，使其维持相对较高的负荷稳定性和设备效率，从这个意义上说，也是确保安全稳定供热的重要措施。抽汽供热机组的优点是在一定范围内，供热量和发电量能独立调节，负荷适应性强，当热负荷低于设计值时，能比背压机发挥更好的经济效益。

热电联产与热电分产相比热效率高30%，集中供热比分散小锅炉供热效率高50%。所以要用热电联产集中供热为主的方式替代分散的燃煤小锅炉，提高热电联产在供热中的比例，扩大供热范围。其核心就是热电联产热效率比其他供热方式要高。

3 经济上合理，环保效益显著

上海外高桥第三发电有限责任公司1000MW发电机组对外供热在经济上是合理的，环保效益也相当显著。

上海外高桥第三发电有限责任公司2台1000MM超超临界凝汽式燃煤发电机组高压缸出口处设计时就都预留了四个口子。除供机组起动用汽、小汽机用汽和三期用汽外，还留有专门供热的口子，因此对外供汽无需对机组进行改造。蒸汽在高压缸作功后再经过减温减压后通过￠300连通管向外供热，由上海外高桥热力公司负责调配、计量，供到各热用户处。

上海外高桥第三发电有限责任公司1000MW发电机组对外供热后参照上海外高桥第二发电有限责任公司900MW发电机组对外供热的实际数据计算，在额定工况下：年供热量为25.79万t时，发电煤耗下降了2.68g/kWh，如以平均供热量50t/h计算，全年节煤量可达2万余t，相应减少SO2排放423.98t，CO2排放4万多t。与此同时，热用户比较自备热源能够得到更大的减排效果，所以，环保效益也很好。

4 安全可靠

上海外高桥第三发电有限责任公司自第一台机组2008年3月、第二台机组2008年6月投产商业运行至今始终保持连续的安全运行、均可达到连续的满负荷状态。因此从上海外高桥第三发电有限责任公司作为热源点向外供热是非常安全、可靠的。

5 科学管理，行之有效

上海外高桥第三发电有限责任公司有完整的生产管理和经营管理班子，技术力量雄厚，管理制度齐全。已在机组投产前就先后订立了汽轮机运行规程、锅炉运行规程、电气运行规程、安全规程、事故处理规程和巡回检查制度。并在以后二年的商业运行过程中严格执行，行之有效。

6 集中供热的市场正在扩展中

上海外高桥发电有限责任公司四台300MW发电机组高再冷段抽汽量每台20t/h，共计最高外供蒸汽量为80t/h。坐落浦东外高桥区域的上海外高桥发电厂（一、二、三厂）是上海市三大（外高桥、石洞口、吴泾）能源基地之一。体现现代化国际大都市内的开发区都配备集中供热设施。位于外高桥区域的外高桥保税区（10km2），高东工业园区（12.5km2）及杨园、曹路镇沿江区域，内有许多国际、国内大型企业已经使用蒸汽（外高桥造船厂、英特尔、飞利浦、GE、嘉里粮油、中粮外高桥基地等）。随着国家对城市环保要求的提高及国家对节能减排工作的强化，该区域原有企业及新落户企业都将逐步纳入电厂的集中供热网络。

离外高桥第三发电厂一路之隔的上海竹园污水处理厂是上海区域二大（白龙港、竹园）污水处理厂之一。2008年成立的上海竹园污泥处理厂是污水处理厂的后继深化配套设施，该厂在污水、污泥处理过程中，需使用集中供热的蒸汽，合同已于2009年签订。在考虑供热的经济性、可靠性、安全性后，我们认为外高桥第三发电有限责任公司是此项目最合适、最理想、最经济供汽企业。

用热企业离供热企业距离近（2km），如从上海外高桥发电有限责任公司或上海外高桥第二发电有限责任公司向污水处理厂供热，管道长度只增加1~2.5km，管道投资相对少，管道在运行中热损也小，供热经济性比较好。另外距离短的管道，日常运行的安全可靠性更好。

随着城市化的扩大，城市污水排量也会不断增加。作为上海市二大污水集中处理点之一，竹园污水处理厂也将会承担城市排污水的增量部分，按目前竹园污泥处理厂的预留场地也将验证以上发展趋势，故此点的用汽量也有可能不断增加，这对外高桥第三发电厂供汽的经济性，也将是趋势性利好。

但根据对外高桥地区热用户用热量的调查，现已签约热用户61户，常用量已达60t/h左右，目前正在商谈或接触过程中的热用户的用热量约达100t/h左右（热用户中较大的热用户有：中粮、嘉里粮油二期、豹驰二期、港区等）。根据外高桥保税区、港区、高东工业区等周边区域的经济发展状况看，上海外高桥发电有限责任公司四台300MW发电机组现有供汽能力已远远不能满足经济发展的要求，急需由上海外高桥第三发电有限责任公司对外供汽。

7 科学计量，合理结算

上海外高桥热力公司的贸易结算计量仪表定期进行强检，仪表正确度符合集中供热系统计量要求。

上海外高桥热力公司现有用汽热用户38家，每家热用户都独立安装了蒸汽计量仪表，并能按照蒸汽贸易结算的要求每年对热用户的计量仪表进行强检。上海外高桥热力公司供热管理制度完整，合同齐全，符合供热规范。

8 结语

上海外高桥第三发电有限责任公司对外供热是非常合理的。热电联产项目，既发电又供热，发电后的蒸汽再送到热用户使用，实现了热能的梯级利用，与热电分产相比，避免了常规火力发电中的余热损失，提高了能源利用率，因而相比纯凝汽式发电可降低发电煤耗。

建议：因上海外高桥第三发电有限责任公司1000MW发电机组再热冷段压力5.825MPa、再热冷段温度为362.2℃、再热冷段焓为3082.20kJ/kg。从再热冷段抽汽经过减温减压后再供到热用户处使用（热用户正常的用汽参数一般是1.5MPa以下、300℃左右），这一段热能损耗很大。如能实现热能的梯级利用，将进一步提高能源利用率。希望能对抽汽供热作进一步优化，以争取更大的节能减排效果。