压力匹配器在某9E燃气-蒸汽联合循环机组供热提升改造中的应用

压力匹配器在某9E燃气-蒸汽联合循环机组

供热提升改造中的应用

费玉东 ，崔强 ，徐荣 ，贾天翔 ，殷春宏 ，朱晨明 ，金鑫 ，卢刚 ，孙健 ，

徐燚滨2，张星星2

（1. 江苏华电吴江热电有限公司，江苏吴江215200；

2. 华电郑州机械设计研究院有限公司，河南 郑州 450000）

摘 要：为提升某电厂9E燃气-蒸汽联合循环机组供热能力，以国家节能降碳相关政策为前提，结合机组特性及热用户参数要求，针对9E燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉高低压主蒸汽运用了压力匹配器方案供汽。本文着重从供热改造系统方案、压力匹配器配汽、实施后运行方式等进行了分析和探讨，可为同类型机组提高单机供热改造提供实践和指导依据，为压力匹配器在同类型机组供热改造中提供更广泛的工程应用。

关键字：供热；燃气-蒸汽联合循环机组；压力匹配器；工程应用

中图分类号：TK115文献标识码：B 文章编号：

Applicationofpressure adapter in heating upgrading of a 9E gas-steam combined cycle unit

YINChunhong1，XXX2

(1.Jiangsu Huadian Wujiang Thermoelectric Co., Ltd, Wujiang 215200, Jiangsu Province, China；

2. Huadian Zhengzhou Machinery Design & Research Institute Co., Ltd, Zhengzhou 450011, Henan Province, China)

Abstract:In order to improve the heating capacity of the 9E gas-steam combined cycle unit in a power plant, based on the relevant national policies on energy conservation and carbon reduction, combined with the unit characteristics and thermal user parameter requirements, the pressure adapter scheme is applied for the high and low pressure main steam of the waste heat boiler of the 9E gas-steam combined cycle unit. This paper focuses on the analysis and discussion from the heating reform system scheme, the pressure adapter steam distribution, the operation mode after implementation, which can provide practical and guidance for other units of the same type to improve the single unit heating transformation, and provide more extensive engineering application of the pressure adapter in the heating transformation of the same type units.

Keywords：heating；gas-steam combined cycle unit；pressure adapter；engineering application

收稿日期：

科研项目：中国华电集团有限公司科技项目(9E燃气-蒸汽联合循环机组供热能力和灵活性提升研究与应用XXXXXX)

作者简介：殷春宏(1979—),男，XXXX人，工程师，主要从事XXXX方面研究.

近些年来，随着国家和地方政府对环境保护及节能减排的重视，电厂面临着节能降碳的压力巨大[1-2]。南方某些地区随着区外来电持续增加，区内各发电机组的利用小时数不断压减。从长远来看，对于燃气-蒸汽联合循环供热机组，唯有不断拓展供热市场，提高机组热电比，才能保证电厂经营收益[3]。

各大城市大力推进工业园区和产业集聚区的建设和发展，园区用热用汽快速增长，但多数供热依然采用分散小锅炉，效率低且污染严重，在环保政策背景下，充分考虑电厂及周边热用户的特点，对工业产业园区实现集中供热，以达到电厂及热用户经济与环境效益共赢[4-5]。

本文以某电厂9E燃气-蒸汽联合循环机组为例，该电厂现有供热与周边园区热用户存在很大供热缺口，

当前的形势已影响到电厂的供热安全和供热质量，制约了电厂供热市场的健康发展，提升单机供热能力已迫在眉睫。通过对9E燃气-蒸汽联合循环机组提升供热能力的研究与应用，提高了单台机组的热能转化率，满足了供热旺季热用户的需求，旨在通过压力匹配器在9E燃气-蒸汽联合循环机组中有效实施应用，为其他同类型机组提高单机供热改造提供参考依据。

1机组概况

某电厂9E燃气-蒸汽联合循环机组采用PG9171E型燃气轮机和LCZ60-5.8/0.98/0.58型蒸汽轮机分轴布置方式，燃料为天然气。燃气轮机设备采用的是GE公司生产的PG9171E型燃气轮机。汽轮机设备采用的是南京汽轮机厂生产的LCZ60-5.8/0.98/0.58型，次高压、单缸、双压、无再热、下排汽、单轴、抽汽凝汽式汽轮机。余热锅炉采用哈尔滨703所生产Q1153/526-173.6(33.3)-5.9(0.67)/500(257)型双压无补燃、悬吊卧式、正压运行、自然循环锅炉。

2 供热改造方案

燃气-蒸汽联合循环机组的常规配置方式为燃气轮机、余热锅炉、配置背压式汽轮机供热或抽凝式汽轮机对外供热。在设计及选择合适的供热能力提升方案时需要结合以下几个方面考虑：

（1）对于现有抽凝机组，在考虑提升单机供热的情况下，将抽凝机组改为背压机组，投资成本高，且电负荷受热负荷波动的影响。

（2）燃气-蒸汽联合循环电厂针对单机供热能力不足，会考虑建设燃气锅炉，但燃气锅炉的效率不高，经济差。

（3）利用主蒸汽减温减压供汽的紧急备用作为常规供热，从安全性考虑，切除汽轮机运行，存在一定的风险，且需要有稳定的热用户，即热网负荷稳定，但作为工业热用户，大部分按自己的生产流程，整个热网会跟电网一样存在峰谷，同时对于双压锅炉（汽轮机补汽）的机组，锅炉产生的低压蒸汽无法利用，存在浪费。

表1余热锅炉高低压主蒸汽参数

根据电厂实际运行数据显示，余热锅炉蒸汽参数与机组的额定工况存在一定的偏差，高低压主蒸汽参数如表1所示。电厂供汽参数按照1.0MPa.g，300℃对外供热，机组可以实现供热的合适汽源有余热锅炉高压主蒸汽和低压主蒸汽。根据蒸汽运行参数可知，可不对汽轮机本体进行改造，实现提升工业供汽能力的对外供热技术有两种方式：一是通过高压主蒸汽减温减压方式对外供热，二是通过高低压蒸汽压力匹配方式对外供热。

相对于利用减温减压器供热，双压锅炉产生的低压蒸汽无法有效利用，不能最大限度提升供热能力。采用压力匹配器方式供热，机组供汽调节性和灵活性更高，同时又能有效利用余热锅炉产生的低压蒸汽，经济运行。

3 压力匹配器供汽

3.1压力匹配器的结构及原理

压力匹配是应用拉瓦尔气体喷射原理，满足各种不同蒸汽压力用户需要的一种高效节能设备。压力匹配器本体的结构一般由电动执行器、填料函、高压室、工作蒸汽入口、调节组件、低压蒸汽吸入口、接受室、混合段、扩散段、混合蒸汽出口和支撑座等组成，详见图1三喷嘴压力匹配器结构示意图。

1.电动执行器 2.填料函 3.高压室 4.工作蒸汽入口 5.调节组件6.低压蒸汽吸入口 7.接受室 8.本体 9.混合蒸汽出口

图1三喷嘴压力匹配器结构示意图

压力匹配器配汽原理：压力匹配器的配汽工作是由工作蒸汽、吸入蒸汽和混合蒸汽所组成，其混合蒸汽出口的总蒸汽量=工作入口蒸汽量＋吸入口蒸汽量。吸入口蒸汽量是由：工作入口蒸汽量与吸入口蒸汽流量的比例关系、混合出口蒸汽压力与吸入口蒸汽压力的比例关系、工作入口蒸汽压力与吸入口蒸汽压力的压比等多因素决定。在设计配汽的过程中尽量提高工作入口蒸汽与吸入口蒸汽的压差、尽量降低吸入口蒸汽与混合出口蒸汽的压差，可以提高压力匹配器吸入口蒸汽量，增加低压蒸汽的利用率，从而提高系统的经济效益。

3.2压力匹配器供汽系统

通过综合以上的分析该电厂最终供汽方案采用压力匹配器方案。余热锅炉高压主蒸汽压力温度高，需先对高压主蒸汽减温，可以降低压力匹配器驱动蒸汽侧管道温度，减温前管道材质12Cr1MoVG，减温后管道材质20G，可节省工程成本。同时先减温可在满足供热参数前提下使压力匹配器在驱动蒸汽侧在较低参数下运行更安全，降低设备成本。压力匹配供汽系统如图2所示。

表2压力匹配计算参数

根据主机要求，汽轮机最小运行蒸汽流量为50t/h可保证安全运行。按扣除50t/h蒸汽后，高压蒸汽剩余133t/h进行压力匹配计算结果如表2所示。由表可知，通过压力匹配器，可以极大地提高供热能力，同时可以将低压主蒸汽充分利用，机组供汽调节性和灵活性更高，适合热网负荷波动下的经济运行，保证汽轮机最低进汽量，提升机组最大供热能力。经核算，高压蒸汽管道抽汽最大为133t/h，减温后为158t/h，与47t/h低压蒸汽进行匹配，经匹配器后输出为200t/h的工业蒸汽，燃机单机运行可在绝大部分时段内满足当前的供热需求，在供热旺季的尖峰时段还可以考虑将汽轮机停机，将50t/h主蒸汽利用现有的减温减压设备进行供热，极限供热能力可提高到240t/h以上。

图2 压力匹配器供汽系统图

4改造方案实施

4.1供热主要管道及阀门设置

供热提升改造方案从2号余热锅炉φ325×28（12Cr1MoVG）高压蒸汽管道抽汽，经减温装置后，再与2号余压锅炉φ356×9（20#）低压蒸汽管道抽汽经压力匹配器匹配，接至厂内原DN600供热母管。

高压蒸汽抽汽管道依次设有快关阀（预留位置）、电动闸阀，经减温器后分为两路进入压力匹配器作为驱动蒸汽，低压蒸汽抽汽管道依次设有电动闸阀、手动闸阀，随后分为两路进入压力匹配器作为引射蒸汽，压力匹配器后设有电动闸阀，汇合后接入厂内原有供热管网。

4.2供热改造后机组单机供热运行方式

改造后单机供热运行方式见表3。

（1）根据热负荷确定机组运行方式，在对外负荷≤140t/h时，优先采用汽轮机抽汽向外供热；

（2）在热负荷为140t/h至200t/h之间时，可保证汽轮机在最小运行负荷50t/h，剩余的主蒸汽作为驱动汽源，引射低压主蒸汽。如果供热负荷不足200t/h，在保证汽机安全的情况下优先采用汽轮机抽汽供热，不足部分由压力匹配器供给；

（3）在热负荷为200t/h至240t/h之间时，可将汽轮机完全切除，采用高、低压主蒸汽进行压力匹配，在供热旺季的尖峰时段还可以考虑将汽轮机停机，将50t/h主蒸汽利用现有的减温减压设备进行减温减压，极限供热能力可提高到240t/h以上。

表3改造后单机供热运行方式

5结语

本文结合实际工程案例，通过对压力匹配器在9E燃气-蒸汽联合循环机组供热能力提升改造中的具体应用，对供热改造系统方案、压力匹配器配汽及实施后运行方式等进行了综述。

1)采用压力匹配器可以极大地提高供热能力，供汽调节性和灵活性更高，同时又能有效利用余热锅炉产生的低压蒸汽，最大限度提升供热能力，经济运行。

2)提高供热安全性、可靠性，可通过燃机启动后直接供热，缩短紧急备用启动供热时间。

3)可为其他同类型机组提高单机供热改造提供实践和指导依据，为同类型机组在供热改造实施中发挥更广泛的工程应用。

参考文献:

[1]欧国海.浅谈600MW超临界纯凝机组供热改造[J].中国设备工程,2021(13):144-146.

[2] 李小龙.压力匹配器在某百万供热机组中的运用[J].热力透平,2017,46(03):184-189.

[3] 陈利民,吴海华.9E机组供热多级能源利用[J].吉林电力,2017,45(05):51-53.

[4] 苏永涛.S109 E型燃气轮机发电厂的供热改造[J].能源研究与利用,2017(03):43-46+50.

[5] 刘网扣.超超临界机组几种典型供汽方案[J].电力与能源,2019,40(06):756-758.