一种基于中调门参调的汽轮机宽负荷高参数供热方式研究

米 斌，曾 娅，黄 彪，韦龙飞，马骕骋

（东方汽轮机有限公司，四川 德阳618000）

近年来可再生能源发电快速发展，而新能源如太阳能、风能等都具有不稳定性，为了促进可再生能源的消纳，传统的水电和火电需要更多地参与调峰，特别是中国发电量占比最大的火力发电。而低于某些提供较高参数的供热汽轮机组，其调峰能力将受到较大的限制，本文将对此展开研究，提供一种较宽负荷内的高参数供热方式。

1 供热方式简述

以某电厂350 MW 亚临界机组为例，该机组现有供热需求为：4.5 MPa，400 ℃，额定供热量100 t/h。该机组年平均发电负荷率为70%左右。根据上述需求，选择70%电负荷工况作为供热设计分界点。找出在70%电负荷时满足供热参数要求的位置，比如此工况下高压第6 级后正好满足要求（不做任何压力调节），即选择此处作为抽汽出口位置。如此，在机组电负荷高于70%时，可直接抽取供热蒸汽而不采取压力调节措施；在70%负荷以下时，通过中调门由后向前憋压，调整抽汽口处压力满足供热要求，此时需要优化设计中调门，使其具备良好的调节性能。

供热系统如图1 所示。

图1 供热系统示意图

供热方式说明：新蒸汽首先进入汽轮机高压缸，做功后从供热抽汽口处抽出一部分蒸汽去供热，供热管道上依次设置有抽汽止回阀、抽汽调节阀、抽汽关断阀。机组负荷高于设计分界负荷时，中调门全开，直接抽取供热蒸汽；机组负荷低于设计分界负荷时，抽汽压力不满足要求，此时利用中调门进行调节，关小其开度，可提高供热抽汽口处压力至需求范围。纯凝工况时，机组设计为正推力，此时推力轴承定位面受力；供热工况时，机组会出现负推力，此时推力轴承非定位面受力。

2 此种供热方式的优势分析

该供热方式最主要的特点是以年平均负荷作为抽汽工况的设计分界点，其主要优势在于：机组在一年中经常运行的负荷范围供热时不需要进行中调门参调，如此可大大减少因中调门参与调节造成的节流损失，提高机组的综合效率；抽汽口位于参数较高部位，机组在低负荷时通过适当调节中调门，即可满足供热需求，解决机组参与深度调峰时的供热能力问题。

以上述350 MW 亚临界机组为例，在满足4.5 MPa，400 ℃，额定供热量100 t/h 的抽汽参数和抽汽量要求的情况下，机组最低的电负荷可达40%以下。

目前业内比较常用的高参数供热方式有如下几种：利用大汽轮机主蒸汽带小背压机发电，利用小背压机排汽供热；采用热压机提压方式，高压汽源取自主蒸汽，低压汽源取自再热蒸汽，利用高压蒸汽引射低压蒸汽，汇流后供热；中调门参调，从再热冷段或热段直接供汽。

与上述三种方式相比较，本文研究的供热方式具有独特的优势。与小背压机供热方式相比较，该供热方式投资成本相对较低；大汽轮机做功效率高于小背压机，机组在设计工况附近运行时，从大汽轮机抽汽经济性更好。与热压机供热方式相比较，该供热方式抽汽部位更少，控制系统相对简便，易于操作；同时，蒸汽经过汽轮机做功再抽出，减少了直接抽取主蒸汽的能量损失，经济性更好。与中调门参调的再热段抽汽相比较，该供热方式可以满足更低的调峰负荷要求；另外，在同样的进汽量下，保证同样的供热参数，该供热方式中调门开度更大，节流损失更小，经济性更好。

将最为相似的中调门参调再热段抽汽方式进行详细比较，可以看出该供热方式的主要特点。由于再热段供热压力受限较多，选取作为对比的供热参数为3.0 MPa，抽汽量100 t/h，机组为350 MW 亚临界机组。主要对比结果如表1所示。

表1 相似的中调门参调再热段抽汽方式比较

通过上述对比，可以明显看出在高压6 级后抽汽的优势如下：在70%负荷时，从高压6 级抽汽不需中调门参与调节也能满足供热压力需求，甚至还可以满足更高压力需求（4.5 MPa 以上），而从再热段抽汽则必须中调门参与调节才能满足要求，此时中压缸效率已大幅下降；从高压6 级后抽汽，满足抽汽要求的最低供热电负荷为8.9 万左右，相对再热热段抽汽的13.3 万，调峰优势明显。

3 实现此种供热方式需要解决的问题

对于供热机组，影响其安全性最主要的问题为抽汽口前叶片强度问题何抽汽工况推力问题；而要实现供热功能，调节手段也是必须具备的条件。

该供热方式抽口位置在高压靠前部分，通常该部位叶片高度较低，刚性好，只需设计时按极限工况进行考虑，即可解决叶片强度问题。

通常供热机组推力比较难解决，特别是供热参数较高、抽汽量较大时，需要兼顾纯凝工况和供热工况汽轮机的推力均不超限。本文中，此种供热方式决定了机组供热工况较纯凝工况负向推力会增大，可以考虑将机组纯凝工况下的正向推力在允许范围内适当放大，以降低供热时负向推力水平。必要时也可以增大推力轴承面积，解决推力过大的问题。

在该供热方式下，为保证机组低负荷时供热参数满足要求，需要利用中调门参与供热压力调节，需对中调门进行优化设计，保证其具备良好的调节性能。

4 此种供热方式相关拓展

基于上述供热方式，还可以对该供热方式进行拓展。当供热抽汽温度需求较高时（压力满足而温度不足时），或者因抽汽量过大再热器出现干烧时，可以采取抽汽再加热的方式来解决。即在锅炉炉膛内增设独立的2 号再热器，将供热蒸汽引入进行再次加热，然后再送出供热。系统如图2 所示。

图2 系统示意图

流程说明：供热时，供热蒸汽从供热抽汽口抽出后，进入2 号再热器，供热蒸汽经加热后再送出供热；机组不供热时，依然由抽汽口部位抽出少量蒸汽，进入2 号再热器（用于冷却），蒸汽加热后再减温减压送入原再热汽，以此解决2 号再热器非供热工况下干烧问题。采用此方式可以解决机组再热器干烧或者供热温度不高的问题。

5 结语

本文提出了一种新的宽负荷高参数供热方式，其主要特点如下：以年平均负荷作为设计分界点，可保证机组全年的综合效率；抽汽位置取自高压通流中参数较高部位，可有效保证机组在低负荷时的供热能力。此种供热方式系统较为简单，易于实施，无论是新机设计还是老机改造，均可借鉴。