9F级燃气-蒸汽联合循环机组供热改造

刘忠源

(江苏华电昆山热电有限公司，江苏 昆山 215333)

0 引言

目前节能环保方面的政策要求日益严格，优化机组节能调度、提高机组效率、减少资源消耗、增加经济效益、加强行业竞争力已成为各电厂的目标。电厂应积极地对经济性或安全性较差的设备进行技术改造，努力挖掘设备内部潜力，提高机组的可靠性和经济性，进一步适应电网深度调峰的要求。

目前，燃气-蒸汽联合循环机组的发电容量约占国内装机总容量的4.3%[1]。该机组具有部分负荷时热耗下降少、启动速度快、自动化程度高等优点外，在纯凝运行工况下能够快速跟踪负荷，增强了供电的可靠性、提高了火电机组的发电效率、承担了电网的调峰和紧急事故备用容量的角色。相较于纯凝式发电机组，经过供热改造的燃气蒸汽联合循环机组可实现对能源进一步的梯级利用。

1 项目概况

某项目建设有2套9FB燃气-蒸汽多轴联合循环热电联产机组。机组采用二次循环冷却水系统，出线电压拟按220 kV电压等级，年利用小时数按5 500设计。机组于2017年10月投产。

PG9371FB型燃气轮机采用GE技术制造，由1个18级轴流式压气机、18个低NOx燃烧器和1个三级透平压缩机组成。

汽轮机采用哈尔滨电气集团有限公司生产的LC112/N156-11.20/3.42/1.50型三压、再热、两缸、冲动、抽凝式汽轮机。汽轮机带两级抽汽：其中一级抽汽位于高压缸排汽管道上，为非调整抽汽；二级抽汽位于中压缸第5级后，为可调整抽汽(用转动隔板控制)，用于对外供热。

余热锅炉采用杭州锅炉有限公司生产的三压、再热、卧式、无补燃、自身除氧、带锅炉雨棚、自然循环余热锅炉，型号为NG-S109FB-R。

表1 供热改造方案对比Tab.1 Comparison of reform scheme

本项目自2018年3月开始正常供热后，每天供热流量保持在低压供热抽气1 100 t、中压供热抽气500 t左右。供热系统的投运既保证了机组连续运行，又提高了机组各项经济技术指标和盈利能力，但目前的供热量还未达到热电比40%的要求。由于外部中压供热市场热负荷的增加，需2台机组连续运行才能满足后续的供热需求，但当前的天然气供应情况无法保证机组的连续运行。因此需对现有的2台机组进行增容改造，提高中压抽汽能力。

2 供热改造技术方案

原中压抽汽从低温再热蒸汽系统抽出，通过减温减压装置后达到需要的参数,每台机组额定供热蒸汽流量为55 t/h(2.5 MPa/290 ℃)。2台机组的供热管道出主厂房后合并成1路至厂外热用户，中压蒸汽总供热流量为110 t/h。由于外部热负荷需求的增加，需要将单台机组的中压供热流量提高到110 t/h，改造现有中压抽汽供热系统。

2.1 改造方案比选

改造方案主要有以下3种，各方案对比见表1。

方案1，将原#1机组中压抽汽管道拆除并安装到#2机组，同时在#1机组原管道位置安装新的抽汽管道，额定供热流量110 t/h。增加抽汽量后，低温再热蒸汽的压力将进一步降低，导致原管道的供热能力降低。根据主机厂提供的热平衡图和性能保证，机组在75%负荷时低温再热蒸汽的压力为2.7 MPa。经减温减压器厂家核算，此时原管道的供热流量约为40 t/h。

方案2，#1机组原中压抽汽管道不改，同时增加1路抽汽管道，其额定供热量70 t/h，#2机组改造方案与#1机组的相同(由于低温再热蒸汽压力降低，原管道的供热流量也降到约40 t/h)。

方案3，将原#1机组中压抽汽管道拆除并安装新的抽汽管道，额定供热量110 t/h。#2机组改造方案与#1机组的方案相同。

由表1可知，方案2的单机供热灵活性较高，既能满足供热可靠性的要求，同时造价适中，为推荐改造方案。此外，由于中压抽汽量增加，回余热锅炉的低温再热蒸汽量减小，满足110 t/h的供热流量时余热锅炉再热器易超温，因此需在余热锅炉入口前的低温再热蒸汽管道上增加减温器，通过喷水降温保护锅炉受热面。

2.2 改造方案描述

新增的中压抽汽供热管道额定供热量70 t/h，抽汽管道从低温再热蒸汽管道上接出，经止回阀和快关阀后接入减温减压器，之后连接到供热蒸汽母管。新增2路减温水管道，均来自余热锅炉中压给水，分别接至抽汽减温减压器和低温再热蒸汽减温器。减温水管道包含必需的隔离阀和调节阀。

3 改造效果分析

为了准确了解机组的供热情况，在2018年4月对改造前的#1机组进行了供热性能试验，随后在2019年1月15日对改造后的#1机组再次进行了供热性能试验。试验中供热流量根据热用户最大的供热需求进行调节，燃气轮机在温度控制模式下带基本负荷运行，汽机和余热锅炉根据燃机负荷以及供热量运行。

机组供热改造后，中压供热流量和低压供热流量需根据热用户确定，故无法准确计算出最大供热工况下的发电气耗和供热气耗。燃气-蒸汽联合循环机组根据机组的供热量来推算出机组最大供热工况下的发电气耗和供热气耗，其中供热气耗根据热量法进行计算[2]。

中压供热改造前、后单台机组的数据对比见表2。通过对比可知，在天然气热值为47 625.70 kJ/kg的条件下，机组的供热气耗约为29 m3/GJ，单台机组增加55 t/h的中压供热流量后，机组的供热能量增加到156.09 GJ/h，如果按照电厂全厂年有效利用小时数为5 500 h，年累计增加中压供热流量为3.025×105t，年累计增加中压供热负荷为7.652 11×105GJ，改造后的热电比约为49.94%，机组发电气耗减少0.011 3 m3/(kW·h)[3]。

表2 中压供热改造前、后的数据Tab.2 Data after medium-pressure heat-supply modification

4 结论

燃气-蒸汽联合循环机组气耗随负荷的升高而降低，机组热经济性和全厂经济性均得到提高。增加机组的供热负荷，机组的发电出力会相应的减少，但是机组供热利用效率远远高于发电效率。整体来说，随着机组的供热负荷和热电比增加，机组的综合热效率增加。