抽凝机组提高供热方式的研究

王 敏 王庆明 赵广川 黄支明

国家电投集团荆门绿动能源有限公司

0 概述

某天然气多联供能源项目一期工程为2×77 MW天然气循环机组，现场布置采用燃机、汽轮机一拖一布置；燃气轮机为德国西门子公司生产的SGT800机型，燃机由启动变频装置SFC、负荷齿轮箱、15级轴流式压气机、30个燃烧器组成的燃烧系统和3级轴流式透平转子等组成，额定负荷为55 MW；余热锅炉为东方凌日锅炉有限公司生产的MHDB-SGT800-Q1型锅炉，锅炉蒸汽出口分两路，第一路高压主蒸汽额定蒸发量为66 t/h，通过高压调门调节直接供汽轮机高压缸做功，高压缸排汽一部分经抽汽管道接至工业供汽供热，另一部分蒸汽经汽轮机低压调门调节进入低压缸做功；第二路低压主蒸汽额定蒸发量为10 t/h，直接经过低压补汽接至汽轮机低压缸做功。汽轮机采用杭州中能汽轮动力股份有限公司生产的C25-7.8/1.3型汽轮机，额定纯凝功率为22 MW，额定抽凝抽汽量为53 t/h，工况负荷10.5 MW。为更好地保障园区供热，主蒸汽设置一路高压旁路，通过减温减压后配合供热，可满足事故情况下工业园区企业用热需求。为保障园区供热可靠性，另配备了两台25 t/h调峰锅炉可满足机组停机期间供热和补充供热。

针对该厂投产以来，工业区热用户需求进一步提升，为提高机组供热能力，且进一步提高对外供热的安全性和稳定性，结合机组现运行过程中设备存在的问题进行讨论，提出相应的措施和改造方案，以高背压运行方案为基础，达到降低机组能耗，提高效率的目的。

1 系统简介

能源站主要生产流程是利用天然气带动燃气轮机发电，燃气轮机排放的尾气加热余热锅炉，余热锅炉将给水加热后产生蒸汽输送至汽轮机做功，经汽轮机高压缸做功后的蒸汽一部分输入工业供汽供热，另一部分进入低压缸做功，做完功的蒸汽直接进入凝汽器。发电及供热流程详见图1，汽轮机设备参数见表1，余热锅炉参数见表2。

图1 发电及供热流程图

表1 汽轮机设备参数

表2 余热锅炉参数

2 机组现行运行方式存在问题

2.1 机组低负荷下供热能力降低

机组设计抽凝工况满负荷最大供热量为53 t/h，受机组运行条件限制，实际测试抽凝最大供热能力为47 t/h，受电网调度及上游天然气量影响，燃机负荷下降，机组供热能力下降，机组整体热效率降低，无法满足工业园区正常供热。

2.2 机组排汽温度偏高影响供热能力

机组抽凝工况运行，工业抽汽流量随低压调门开度的变化而变化，当低压调门开大时，大部分蒸汽进入低压缸做功，抽汽流量减少；反之，低压调门关小，抽汽流量增大。低压调门全关时抽汽量最大。根据设计，机组正常运行时，为避免鼓风摩擦导致排汽温度升高，进入低压缸的蒸汽应≥18 t/h。当低压调门开度过小时，进入低压缸的蒸汽过少，汽轮机低压转子鼓风摩擦导致排汽温度升高，当排汽温度超过厂家设计值后，对机组运行的安全性和经济性有较大的影响。

2.3 机组补汽做功能力差

余热锅炉低压蒸汽作为补汽进入汽轮机低压缸做功，设计低压补偿做功能力为2 MW，实际做功能力为0.8 MW，且低压补汽进入低压缸的位置是低压转子末四级位置，低压补汽存在一定的过热度。当低负荷时，因低压补汽过热度过高，正常运行时导致排汽温度也会进一步升高。

3 机组运行方式调整

机组为热电联产项目，受电网下达的发电计划和燃气公司天然气量限制影响，大部分时间为单套机组运行，园区供热量低于40 t/h时，单套机组抽凝运行方式能满足供热运行。自今年3月，园区用热量持续上升，至5月末供热量达70 t/h，至9月末供热量达80 t/h以上，必须不断调整运行方式以满足园区供热需求。本文主要以园区供热持续增加单套机组运行方式的不断变化进行讨论和数据对比。

自2022年4月，开始采用抽汽与主汽减温减压联合供热方式运行，经试验确定运行方式为：通过汽机高压调门和主蒸汽减温减压控制主汽压力和汽机负荷，通过低压调门控制机组抽汽量，从而控制机组联合供热总量，汽机负荷按不低于8 MW控制，该方式可提高供热量10 t/h，经济对比见表3（电价按0.53元/kWh计算）。

表3 经济对比

9月份开始园区供热持续上升，且天然气量供应紧张，因厂家要求投入抽汽供热汽机负荷需要大于8 MW，采用主汽减温减压配合机组抽凝供热方式已不能满足供热需求，为提高机组供热量，采用以主汽减温减压供热为主，退出抽汽和低压补汽降低汽机负荷的运行方式，该方式可再次调高供热量13 t/h，经济对比见表4（电价按0.53元/kWh计算）。

表4 经济对比

通过经济对比，可以看出机组供热量增加有利于提高全厂效益，选取不同季节实际日生产指标对比，见表5。

表5 不同季节实际日生产指标对比

通过数据对比，得出结论：机组供热能力提升，联合循环总效率明显提高，发电气耗率下降，机组经济性更好，在燃机负荷率提高时机组经济性同样会得到提升。在天然气旺季，特别是在冬季保民生季节，燃气公司批准的天然气量更少，生产企业必须多思考，采取多种灵活可行的运行方式应对，该运行方式虽然减少了部分发电量，但最大程度缓解了燃气紧张对园区供热的影响，更好地体现了企业的社会责任担当。

以上为单套机组运行数据，适用于供热量不大于60 t/h时，当供热量持续增加时，单机运行方式已无法满足需求，需启动调峰锅炉补充供热。调峰锅炉直接供热总效率会提升，但效益会下降，该工况的经济性主要由燃气价格决定，如调峰锅炉蒸汽供热能抵消成本，则可提高供热可靠性。一般情况下，在天然气淡季燃机价格较低时，调峰锅炉供热可以抵消成本；在天然气旺季燃机价格较高时调峰锅炉供热是亏损的，应尽量减少调峰锅炉运行。但为了稳定供热，更好地体现社会责任，则需要舍弃一部分经济效益。

两套机组运行时，机组供热能力在100 t/h以上，按目前园区规模可以满足供热需要，机组在最大限度释放供热能力时经济效率也会得到一定提升。

园区工业迅速发展，供热量将持续攀升，作为园区唯一的供能企业必须不断创新，制定有效措施保证安全生产的同时不断提高供热能力，企业将不断探索，总结更加可靠高效的运行方式提高机组效率，为企业创造效益，促进园区经济发展。