高背压供热技术在分布式燃气—蒸汽联合循环项目中的应用

高背压供热技术在分布式燃气—蒸汽联合循环项目中的应用

高绪栋苗井泉苏伟高岩

（山东电力工程咨询院有限公司山东济南250016）

摘要：随着分布式燃气-蒸汽联合循环项目的推广，分布式采暖供热项目增多，本文提出分布式的高背压供热方式，通过对抽凝机组和高背压供热机组的供热、发电及综合经济性的比较，换转子或不换转子的高背压供热方案均具有明显的经济优势。

关键词：高背压供热；循环水供热；联合循环

1.前言

随着环保形势的日益严峻和相关政策的要求，北方地区小型燃煤供热机组正在被逐步淘汰，取而代之的是大量的燃气锅炉。与此同时，部分发电和供热企业也开始探索采用燃气-蒸汽联合循环的分布式能源站项目，对周边的地区进行冬季采暖的供热，必要时也可以提供制冷。

北方供热地区，已经投运的联合循环机组大多数是E级或F级燃机，机组供热量大，大多采用抽凝或凝抽背的汽轮机供热方案。对于分布式燃气-蒸汽联合循环项目来说，机组的容量较小，为充分挖掘机组的供热能力，有必要采用更先进的供热技术。

本文以山东地区某分布式能源项目为例，研究分布式燃气-蒸汽联合循环项目在北方地区供热方案的经济性。本项目主机拟采用2台GE的6F.01型燃气轮机，主要参数如下：

2.高背压供热技术简介

抽凝供热技术广泛应用于大多数供热机组中，其具有抽汽调整灵活，机组运行受热负荷影响小的优点。除了抽凝供热外，常见的还有背压机供热方式，背压机由于没有冷端损失，运转经济性极高，一般热效率均在85%以上。但背压机运行受热负荷的限制比较大，在一定程度上限制了其发展。

除以上两种技术，高背压供热技术是近几年来逐渐推广应用的一种供热技术。高背压供热是将凝汽器中乏汽的压力提高，即降低凝汽器的真空度，提高冷却水温，将凝汽器改为供热系统的热网加热器，而冷却水直接用作热网的循环水，充分利用凝汽式机组排汽的汽化潜热加热循环水，将冷源损失降低为0，从而提高机组的循环热效率。

高背压供热技术兼具抽凝机和背压机的优点，既没有冷端损失、供热量较大，同时也能在非采暖期通过更换低背压转子，维持在非采暖期的纯凝正常运行。

循环水供热机组是近些年为适应北方采暖供热而出现的改造型机组，大都是由纯凝或抽凝式机组经改造而成。从20世纪80年代起，东北地区如沈阳发电厂、长春发电厂等供热企业就开始进行低真空循环水供热技术的尝试，取得了良好的效果，机组运行情况稳定。迄今为止，国内在低真空供热改造方面包括汽轮机本体、凝汽器和系统的改造设计及工程实施方面都积累了比较丰富的经验。

2009年，烟台电厂与哈尔滨汽轮机厂合作，首次在容量为150MW机组上进行了低真空循环水供热改造，并取得了一些成功的经验。2016年华能济南黄台电厂300MW机组也进行了高背压改造，满足济南市不断扩大的供热需求。

在北方地区，高背压供热从小机组到300MW级机组已经具有相当的经验，技术已经比较成熟。

3.本项目高背压供热方案描述

本项目暂定高背压汽轮机背压为54KPa，排汽温度~85℃，可以将55℃的热网循环水加热到~80℃，热网循环水量可以达到~1900t/h。为了进一步提高热网循环水温度，需要另一台机组为抽凝运行，提供0.5MPa，220℃的供热抽汽64t/h，此蒸汽在热网首站内将上述80℃的热水进一步加热到~100℃，对外供热。

4.主机方案比较

4.1方案一：抽凝方案

两台汽轮机采用抽凝式，在供热期2台汽轮机最大抽凝运行，抽汽参数为0.5MPa，温度220℃，每台机抽汽量64t/h。

抽凝方案系统成熟、可靠、稳定，成本也较低。汽轮发电机组价格约为1500万元。

此方案汽轮机主要参数如下（其中一台）：

4.2方案二：高背压供热方案（换转子）

高背压供热工况，一台汽轮机背压升高到54KPa，循环水用于供热，另一台机提供尖峰加热用汽，将热网供水温度提高到100℃左右。

本方案汽轮机主要参数如下：

本方案的汽轮机除包括常规的汽轮发电机组1500万元外，还需要备用转子（200万元）及保存更换所需的工具及配件、末几级隔板等，除此之外，凝汽器也需要进行重新设计，初步估计价格约为2000万元。

4.3方案三：高背压供热（不换转子）

汽轮机更换转子过程较为复杂，且费用高，对汽轮机的寿命和严密性等均有影响。为便于运行也可以设计特殊的转子，同时兼顾发电和供热需求，但供热期和非供热期的效率均有所牺牲。

汽轮发电机组价格预计为1800万元。

无需更换转子的高背压供热汽轮机主要参数如下：

5经济性比较

5.1比较基准

（1）电价按照0.6元/kwh；

（2）热价按照40元/GJ；

（3）本工程年发电利用小时数4500小时，实际运行小时数约4800小时，暂按机组年运行小时按照采暖季3120小时，非采暖季按照1680小时；

（4）各方案燃机耗天然气相同。

（5）贷款利率为0.05。

5.2投资及设备费用差异

（1）主机及其配套设备费

详见本专题第4部分。

（2）热网循环水管道

厂内热网循环水管道需要进入凝汽器被加热，然后进入换热首站，需增加DN600供回水总管约400m，但高背压供热后，汽水加热器容量降低，首站投资较原方案有所降低，综合以上进行初步估算，厂内供热系统较原方案增加投资约180万元。

（3）更换转子费用

对于方案二，为保证非采暖期的正常运行，需每年进行两次转子更换。机组检修方式，建议外聘专业检修队伍完成，每次费用暂按40万元，另外，转子保持期间需要定期保养及转动，另外考虑紧固件等更换过程中的耗材，更换转子总费用按照每次50万元。

（4）主机折旧费

汽轮机长期稳定运行，在非事故情况下，可以做到长期不揭缸。而采用方案二的情况下，每年需要揭缸两次，每次更换转子需重新找中心和汽缸中分面密封性验证。

经常性的开缸对于汽轮机的严密性和寿命都会有影响。这种折旧情况除和汽轮机制造水平有关系外，还跟操作运行水平、设备安装水平关系较大。机组原来设计寿命为30年，暂按汽轮机本体部分按照寿命折旧到10年考虑。

方案二汽机本体部分费用750万元，考虑5%的净残值，年折旧费用为71.25元，相比于30年寿命，年费用增加47.5万元。

5.3机组运行收益比较

根据第4部分的计算，各方案的供热量及发电量如下：

暂按机组年运行小时按照采暖季3120小时，非采暖季按照1680小时。

可以看出方案二比方案一年收入增加1120万元，方案三比方案一年收入增加859万元。

5.4汇总比较

将上面的投资、运行费用、收入汇总如下（单位：万元）：

根据5.1节比较基准，将方案二、三比方案一多增加的投资，折算到寿命期30年的年费用中，方案二、三仍比方案一每年多收入928.5万元和828.1万元。

6.总结

综合来看，方案二、三的经济性相比于方案一明显要好，无论是采用换转子或不换转子的方案，在冬季供热期，高背压供热方案在提高供热量的同时，也能增加机组的发电出力。因此分布式燃气-蒸汽联合循环机组，在热负荷充分的地区，建议尽量采用高背压供热方案，实现能源的充分梯级利用，提高项目的综合能源利用效率较高。

参考文献：

1.秦渊，李勇.循环水供热在分布式能源站的应用[J].能源与环境，2014（1）.

作者简介：

高绪栋（1984年），男（汉族），山东省济南市，山东电力工程咨询院有限公司工程师，硕士（学历），主要从事电力设计行业。