背压式供热机组非满负荷工况经济运行分析

(铂瑞能源环境工程有限公司，杭州 310013)

0 引 言

背压式汽轮机发电机组发出的电功率由热负荷决定，因而不能同时满足热、电负荷的需要。通常是以热负荷的变化来调整电负荷，汽轮机进、排汽量大，发电量就多，无冷源损失，所以背压式汽轮机的经济性较好。我司铂瑞能源(新干)热电是B18-13.2/0.981/566 型18MW双超背压式汽轮机组，在额定工况下运行(汽轮机对应工况点下的热、电负荷设计出力值)，经济效益十分显著。实际情况是自2018年12月4日投运以来，热、电负荷基本没有到达设计值，其主要原因是受设备、系统、热负荷及特殊情况下调试经验的影响。根据已统计60天运行报表，并选取供汽负荷接近的11天数据作为对比分析对象(按供汽量降序排列)，见表1。

表1 铂瑞(新干)热电厂 热、电日负荷小时平均值

从数据比较可得：汽轮机供汽量接近的前提下，进汽压力相近，进汽温度越高发电量越多；供汽量相近，自用汽越多，进汽量越大，从而发电量越多。由此可见，在一定的热负荷下，增加自用汽回热循环，从而扩大机组进汽量，达到多发电的效果。那么，汽轮机的进汽压力和温度哪个对机组发电量影响更大呢？见下表为进汽量相同，进汽温度、压力不同情况下，发电负荷受到的影响情况。

表2 铂瑞(新干)热电厂 瞬时热、电负荷参数

续表2

表2分别对汽机进汽量75%、50%、30%HTA工况(98/73/52吨)三个工况点不同时段进行数据比较，标黄部分为该工况下额定电负荷值及相关参数。通过各个参数对比可得，实际运行的各个时点的发电量，都没有达到或者接近该负荷工况点下应有的发电量，但进汽温度提高后，发电量也相应增加。

凝汽式汽轮机组的终参数是基本不变的，所以发电负荷多少主要取决于初参数，初参数压力、温度高发电量相应就增加；对于背压机组，虽然排汽压力变化不大，但排汽量不断变化，不同的排汽量，对应不同的排汽温度，从而终参数也是不断变化的，给分析汽轮机发电量带来一定的困难。汽轮机是将热能转化为机械能的设备，焓值的变化具有一定的代表性。

从表2可知：75%HTA工况焓值差544 kJ/kg，负荷13 550 kW；50%HTA工况焓值差496 kJ/kg，负荷9 170 kW；30%HTA工况焓值差419 kJ/kg，负荷5 460 kW。针对每个工况选取4～7组数据参考。从以上数据检索可知，汽轮机进、排汽压力、温度、焓值都没有达到设计值，电负荷也和该工况点设计值有较大差距，这说明蒸汽品位的高低，其做功能力显著不同，即使相同进汽量，也发不出相同的电量。提高蒸汽品位的方法是提高蒸汽压力和温度。进汽压力受排汽压力、流量和进汽调阀的局限，操作调整空间有限。表2中的主汽实际运行温度和额定温度有很大差距，提高蒸汽温度能让单位质量的蒸汽携带更多的热能用于做功，也就是提高了蒸汽的做功能力，改善了蒸汽品位。焓是热力学中表征物质系统能量的一个重要参数。焓值不等同于蒸汽做功的有用能，但焓值差能代表蒸汽做功前、后携带能量变化的趋势。“与标准焓值差偏离”这列就是实际运行时单位质量的蒸汽比额定蒸汽少携带的能量值，表最后一列就是运行实际发电量与该工况额定发电量的差值，经对比可见发电量增长还有很大空间。

背压机组特性是终参数压力和温度较高，高温高压蒸汽携带很多的热量，其蒸汽焓值受温度影响比较明显。详见汽轮机排汽压力温度焓值对应表，见表3。

表3 汽轮机排汽压力温度焓值对应表

从表3可见，压力低，温度高，焓值高；压力高，温度低，焓值低。从表3数据比较可知，温度降低，焓值下降明显,压力下降，焓值下降不明显。因此现场可以充分利用供热蒸汽母管的减温器到达到合理的供热温度。

通过以上对现场实际运行参数的枚举，对比，分析，总结，并由此可探讨出背压式汽轮机组在非满负荷工况下各个运行参数的控制策略。如下：

2 汽轮机经济运行的压力、温度控制

2.1 背压机组的排汽压力控制

排汽压力降低，机组经济性增强；排汽压力提高，一般热用户感觉经济性受益，口碑好。背压汽轮机排汽压力随负荷变化而变化，需要及时调整。在机组性能范围之内，个人觉得要充分考虑用户的口碑和利益，满足热用户对蒸汽压力的需求，热网供热压力没有必要保持在参数下限运行，应以额定压力0.98 MPa(a)排汽为宜。

2.2 汽轮机排汽温度的控制

以满足机组性能要求并可控为原则,温度控制值是以热用户不需要自己喷水减温，减少操做麻烦，为热用户操作人员带来更大的便利，且满足生产工艺需求为原则，建议供热温度220 ℃即可。正常供汽期间，我司侧的供热管道无特殊操作时严禁开启疏水阀，减少热网管损，也有利于企业管理形象。

2.3 汽轮机进汽压力控制

汽轮机进汽压力以排汽压力充分满足热用户需求为原则，因为汽轮机进汽压力对电负荷的影响弱于进汽温度对电负荷的影响，所以非满负荷运行期间汽轮机进汽压力不必一定要额定压力，可采取复合滑压运行方式。在当日负荷变化期间，汽轮机最大进汽量运行时调门开度80%～90%左右为合适，在短时用汽量有波动时，调门开度可保持在70%左右，此时汽机能基本满足供汽负荷波动的变化。汽轮机调门开度越大，节流损失越小。这里要改变始终保持汽轮机进汽压力在额定压力的惯性思维，因为只要汽轮机未接近满负荷运行，对汽轮机叶片做功的蒸汽压力，即调阀后的实际压力就不可能是额定压力。

2.4 汽轮机进汽温度的控制

如果汽轮机进汽调节阀未全开，对蒸汽有节流时，主汽温度可以按照额定温度控制。当进汽调节阀全开，对蒸汽未节流时，应遵循主汽压力、温度一一对应的原则，详细请见汽轮机进汽压力/温度对应表，见表4。

表4 汽轮机进汽压力/温度

表4为汽轮机进汽压力温度对应表，Δt±5 ℃调节都没有问题，但不要高出该压力下对应的上限温度，避免引起机组超温。运行时以重点监视汽缸调节级后温度不高于500 ℃，亦或排汽温度不能高于315 ℃为基准，否则降低汽轮机进汽温度；机组汽缸温度高于上述要求长期运行，会对机组安全有一定的影响。进汽温度的提高，只需减少锅炉过热器减温水投用量即可，即减少降低锅炉高品位蒸汽，将更多的有用能用于汽轮机做功发电。汽轮机进汽温度提高后，排汽温度也相应提高，排汽温度的提高将影响热用户需求，可通过我厂供热主汽管道上的喷水减温器来保证，进一步降低低品位蒸汽，且能满足热用户需要。

综上所述，汽轮机排汽压力以满足热用户需要方式来控制，排汽温度可以通过供热蒸汽管道上的减温水来调节；进汽压力和温度按照表4一一对应值来控制，即复合滑压运行。双超背压机组在非满负荷工况下运行，采取复合滑压运行方式，更能将汽轮机组的负荷利用率最大化。

3 关于锅炉给水压力控制

前文已述，相对过高的汽轮机进汽压力对机组发电量正影响并不大，而相对较低的汽轮机进汽压力确有利于降低厂用电量。因为这样，锅炉给水压力不必过高，相对低的给水压力会减少给水泵电耗。我司运行人员在运行中正是充分利用给水泵变频调节，合理降低给水泵压力。详见汽给水流量/压力/出力比较表，表5。从表5比较可知，在给水量接近的情况下，给水压力降低，节电效果是显著的。而且，锅炉给水调节阀还有开大的余量，给水压力还有进一步降低的余量。总之，给水泵电流降低就是降低厂用电量，提高上网电量，增加企业效益。锅炉给水调节阀开度适当增大的同时，也要充分满足给水调节要求，比如主给水阀开度。

表5 给水流量/压力/出力比较表

60%～80%，用给水旁路阀参与调节(增加调节阀开度就是减少节流损失)。并及时和给水泵监盘人员充分沟通，不能影响机组安全运行。给水泵监盘人员必须及时调整变频器，保证锅炉给水压力的需要，特别是外网供汽流量发生大幅波动时更要注意及时调整给水压力。不同的锅炉负荷，对应不同的给水压力。合理的给水压力都是运行人员在工作中勤于沟通，慢慢总结出来的，不可呆板规定。

4 结束语

时下，无论是国际贸易战的影响，还是节能减排的要求，多数化工园区供热总量大多没达到计划值，各背压供热机组更是很难以达到满负荷运行。所以力求在机组非满负荷状态下采用复合滑压运行，保持接近额定进汽温度，即时降低汽轮机进汽压力，从而降低锅炉给水压力，降低给水泵电耗，节约厂用电量，提高机组运行经济性，增加企业效益。