联合循环蒸汽轮机不同工况供热经济性分析

联合循环蒸汽轮机不同工况供热经济性分析

钱小军

（北京京西燃气热电有限公司北京100041）

摘要：SSS离合器是燃气-蒸汽联合循环蒸汽轮机的重要设备之一。本文主要从以下三方面做了介绍：首先介绍了SSS离合器技术特点，其次说明了设备运行情况，最后分析了不同负荷下的经济性。

关键词：联合循环SSS离合器抽凝供热背压供热

0引言

SSS离合器（Synchro-Self-Shifting），全称同步自换档离合器，是纯机械的装置。燃气-蒸汽联合循环机组的蒸汽轮机通过SSS离合器将汽轮机高中压转子与低压转子连接为一根转子，根据不同需求实现不同的运行方式，可实现经济、节能、降耗、低碳、环保、清洁等目标。

1SSS离合器技术特点

本论文源于北京京西燃气热电有限公司，该公司安装有上海电气/西门子SGT5-4000F(4+)型燃机组成的一套“二拖一”和一套“一拖一”燃气-蒸汽联合循环发电供热机组,总装机容量1307MW，年发电量58.85亿kWh，供热负荷880.6MW(3170GJ/h),折合供热面积约1800万m2（可满足20万户居民供热）。

SSS离合器（Synchro-Self-Shifting），全称同步自换档离合器，是纯机械的装置，当输入侧的转速倾向超过输出侧时，离合器啮合，输出侧被驱动；当输入侧转速倾向相对于输出侧减少时，产生反向力矩，离合器脱开。

蒸汽轮机为双缸双排汽，蒸汽轮机的布置为发电机-高/中压缸-SSS离合器-低压缸-盘车装置，汽轮机组可以带基本负荷运行，也可调峰运行，可在纯凝、抽凝供热、背压供热、汽轮机全切等方式下运行。冬季供热工况时，SSS离合器可脱开，汽机低压缸解列，高中压缸背压运行，其排汽及低压主汽全部用于加热热网加热器；非供热工况时，高中压缸和低压缸通过SSS离合器连成一个轴，机组纯凝运行。

2联合循环工况说明

燃气-蒸汽联合循环的蒸汽轮机运行工况较多，主要包括纯凝运行、抽凝运行、背压运行和全切运行。

蒸汽轮机纯凝运行时，来自于凝汽器的凝结水由凝结水泵前置泵升压，经过除铁过滤器、轴封加热器升温，再由凝结水泵主泵升压，再经过锅炉尾部低温区的低压省煤器，最终进入余热锅炉低压汽包兼除氧器。在余热锅炉侧，一部分除氧后的给水经过低压蒸发器和低压过热器升温升压生成低压过热蒸汽，另一部分除氧后的给水经过高、中压给水泵，分别经过余热锅炉高温区的高、中压省煤器、蒸发器和过热器升温升压后分别生成高、中压过热蒸汽。来自蒸汽轮机高压缸的排汽与中压过热汽混合后送入再热器生成再热蒸汽。余热锅炉产生的高压、再热和低压过热蒸汽分别进入蒸汽轮机的高压、中压和低压缸作功，最终乏汽排入凝汽器，完成整套汽水循环。

蒸汽轮机抽凝运行时，热网蒸汽来自于余热锅炉的低压主蒸汽和蒸汽轮机的中压缸排气，热网蒸汽经换热后，经疏水泵与凝结水前置泵出口凝结水混合，再经过凝结水泵送入锅炉尾部低压省煤器，并进入低压汽包兼除氧器。余热锅炉产生的高压、再热过热蒸汽分别进入蒸汽轮机的高压、中压缸作功，一部分中压缸排气进入低压缸作功，一部分中压缸排气和低压主蒸汽直接进入热网供热，从而完成整套汽水循环。

蒸汽轮机背压运行时，热网蒸汽来依然自于余热锅炉的低压主蒸汽和蒸汽轮机的中压缸排气，热网蒸汽经换热后，经疏水泵与凝结水前置泵出口凝结水混合，再经过凝结水泵送入锅炉尾部低压省煤器，并进入低压汽包兼除氧器。余热锅炉产生的高压、再热过热蒸汽分别进入蒸汽轮机的高压、中压缸作功，低压缸无蒸汽进入而随转，中压缸排气和低压主蒸汽直接进入热网供热，从而完成整套汽水循环。

3设备运行情况介绍

3.1运行操作情况

当需要SSS离合器啮合与脱离时，通过远方DCS指令控制就地电磁阀实现SSS离合器自动脱开；当高中压和低压转子转速差小于50rpm时开始预啮合，转速同步后进入啮合状态。

汽轮机在高低压转子啮合的过程中，虽然整个轴系的转速很高，但是之间的相对转速差却很小，啮合中功率传递很平稳，不会产生较大的冲击。

汽轮机在高低压转子脱离的过程中，虽然汽轮机高、低压转子出现了转差，但它们之间的相对转速差很小，不会发生较大的冲击。

3.2运行参数情况

SSS离合器在啮合状态运行时，低压缸侧轴承温度较高，可达到84℃，轴承回油温度63℃，振动值达到80μm左右；高中压缸侧轴承温度也达到71℃，回油温度63℃，振动值达到60μm左右。当SSS离合器脱离后，低压缸侧轴承温度可下降至56℃，回油温度降至52℃，振动值降至10μm左右；高中压缸侧轴承温度可下降至67℃，回油温度受转速差影响，会上升至70℃，振动值会达到80μm左右。SSS离合器的啮合与脱离，汽轮机整个轴系振动值均在合格范围之内，总体运行情况稳定，能够很好地满足机组运行需要。

4经济性分析

4.1计算分析说明

（1）计算数据选取冬季运行数据。

（2）计算均以实际运行数据为依据，由于机组背压运行工况点较少，数据采集有一定局限性。

（3）环境温度、湿度、负荷率、排烟温度对机组热效率均有一定影响。

（4）一拖一机组在40%负荷左右，高压主汽调门开度100%；二拖一机组负荷近70%负荷时才能全开，二拖一机组效率曲线与一拖一存在一定差异。

（5）机组毛收益时按天然气价格2.51元/Nm3、电价0.707元/KWh、热价87元/GJ来计算。

（6）计算时因供热参数低于设计参数，实际供热量略大于设计供热量。

4.2计算分析对比曲线

（1）一拖一机组供热能力

一拖一机组最大抽凝工况供热量约828GJ/h，背压工况下最大供热量1134GJ/h。

一拖一机组最大抽凝工况，电负荷从226MW升至356MW，电负荷增加130MW，供热量增加282GJ；背压工况下，电负荷从280MW升至360MW，电负荷增加80MW，供热量增加171GJ。

（2）一拖一机组抽凝与背压机组热效率对比

一拖一机组抽凝工况下，随着机组供热量增加，机组效率升高。一拖一机组背压工况运行较最大抽凝工况机组热效率提高9%。背压工况下，机组热电比越大机组热效率越高。

（3）一拖一抽凝与背压气耗对比

一拖一机组背压工况气耗比最大抽凝工况气耗下降0.02Nm3/kwh。

（4）一拖一机组抽凝与背压厂用电率对比

一拖一机组最大抽凝工况，电负荷从226MW升至356MW，电负荷增加130MW，供热量增加282GJ，厂用电率下降0.75%。

背压工况下，电负荷从280MW升至360MW，电负荷增加80MW，供热量增加171GJ，厂用电率下降0.38%。

（5）一拖一机组不同负荷下机组热效率对比

一拖一机组纯凝工况效率在55%左右；不同电负荷下的最大抽凝工况效率在75%—80%之间；背压工况下效率在89%左右。

（6）一拖一机组不同负荷下发电气耗对比

发电气耗（Nm3/kwh）

一拖一机组同一电负荷下，背压工况气耗比最大抽凝工况气耗低0.02-0.024Nm3/kwh左右

（7）一拖一机组不同负荷下机组厂用电率对比

发电厂用电率背压工况和最大抽凝工况均随机组热电负荷升高呈下降趋势。负荷相同时，三种状态厂用电率差异不大

（8）一拖一机相同电负荷下收益对比

收益增量（元/小时）

一拖一机组相同电负荷281MW条件下，背压工况收益比最大抽凝工况毛收益增加19421元/小时。

相同电负荷361MW条件下，背压工况收益比最大抽凝工况毛收益增加20917元/小时。

5分析小结

一拖一机组电负荷保持不变，机组由抽凝切成背压运行后，一拖一机组的热电比增加，气耗下降0.02Nm3/kwh左右，机组热效率提高9%左右，背压运行后机组的毛收益也随着热负荷增加而增加。

参考文献：

[1]王军.350MW级燃气蒸汽联合循环机组汽轮机抽凝与背压供热工况切换方法与经济性分析[J].中国电业(技术版).2015(03)

[2]刘鑫.联合循环汽轮机背压试验分析[J]山东工业技术No.122017[21－22]

[3]叶冬挺.联合循环抽凝背机组工况切换运行研究[J].热力透平.2015(03)

[4]刘鑫.燃气-蒸汽联合循环汽轮机控制系统设计优化:[硕士学位论文].北京：北方工业大学，2016年

作者简介：钱小军，1980年10月，男，本科，从事发电技术及发电管理工作。