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火电机组离心式压缩供汽技术适用性分析

［摘要］：以某３３０ＭＷ亚临界凝汽式机组为例，对热再抽汽供汽不足时，采用中排抽汽压缩补充供汽的能耗进行热力计算分析，依据计算结果提出离心式压缩供汽技术，更适用于一些供汽需求量较大、供汽压力种类较多的机组，仅依靠热再供汽无法满足用户需求的场景；并指出用新能源发电和电化学储能设备驱动压缩机对离心式压缩供汽技术应用推广的意义。

［关键词］：离心式压缩供汽技术；热再抽汽供汽；电化学储能

１、引言

近些年，随着国家低碳政策的执行，越来越多分散的小锅炉被取缔，城市发展集中供热使得火电厂周边蒸汽用户的用汽需求持续增加。另一方面由于电力供求矛盾逐步减缓，新能源电源点不断投运，燃煤发电企业的生产和发展却受到限制，其经营形势变得非常严峻，将面临激烈的竞争；发电小时数下降，机组灵活性调峰需求迫切，从而影响了机组的供汽量。因此，火电机组需要从热力系统的供热可靠性和机组灵活性运行能力的提升出发，规划新的供热改造方案，挖掘机组的供热潜力，便于在低负荷时满足工业供汽需求，以适应灵活性调峰的需要。承担工业供汽任务的机组，在深度调峰期间会存在供汽压力低、无法满足客户需求的情况。解决供汽压力低的常规手段为通过关小汽轮机进汽调节阀，即“憋压”的方式实现，其优点是系统简单、易于实现，缺点是压力调节能力有限、锅炉热力平衡困难、汽轮机轴向推力易超标、蒸汽高能低用经济性差等。对亚临界凝汽式机组而言，０.８ＭＰａ及以下压力的供汽适宜采用中排抽汽的方式；对１.０ＭＰａ以上至２.６ＭＰａ左右压力的供汽通常采用从再热蒸汽热段供汽的方式居多，但由于受高压缸末几级隔板、叶片的安全性，以及机组轴向推力等因素的影响，热再蒸汽的抽汽量不宜过大，且低负荷工况热再供汽能力受限。采用离心式蒸汽压缩机，在低负荷工况下对低参数蒸汽进行提质增压以补充较高参数的工业供汽，是解决该问题的有效手段。离心式压缩机是涡轮机的一种，离心式压缩供汽技术主要是采用成熟的离心压缩机对低压蒸汽进行增压，拖动方式根据实际情况可采用电拖或汽拖，优点是变工况范围宽、投资回收期适中、可靠性高，缺点是系统略显复杂。本文以某３３０ＭＷ亚临界凝汽式机组为例，对热再抽汽供汽不足时，采用中排抽汽经蒸汽压缩机压缩补充供汽的能耗和适用性进行分析。

２、两种供汽方式热力系统建模分析

以某电厂３３０ＭＷ亚临界凝汽式机组为例，汽轮机为上海汽轮机厂生产的Ｎ３３０－１６.７／５３８／５３８型亚临界、一次中间再热、单轴、凝汽式、湿冷汽轮机，高压主汽门前主蒸汽额定压力为１６.７ＭＰａ，额定温度为５３８℃；再热蒸汽额定压力为３.１５４ＭＰａ，额定温度为５３８℃；额定排汽压力为４.９ｋＰａ。单机热再设计抽汽最大供热能力为２.６ＭＰａ、３６０℃、２５０ｔ／ｈ。本文拟以供汽参数１.５ＭＰａ，３２０℃为例，对不同主蒸汽流量工况下热再抽汽与中排抽汽压缩供汽两种方式的供汽能力和能效进行分析对比。

２.１热再抽汽供热方式工况分析

热再抽汽供热方案如图１所示，考虑受高压缸末几级隔板、叶片的安全性，以及机组轴向推力等因素的影响，采用中联门参调方式，确保各运行工况下中压缸阀前压力保持在１.６ＭＰａ，以热再蒸汽最大抽汽量２５０ｔ／ｈ为限进行热力分析。根据热力系统计算分析可知（表１），机组在７０％ＴＨＡ工况以下，由于低压缸排汽温度高，热再抽汽无法达到最大供汽流量２５０ｔ／ｈ，５０％ＴＨＡ工况以下热再无法抽汽。７０％ＴＨＡ工况及以上，机组的发电煤耗率低于３００ｇ／ｋＷｈ。

２.２中排抽汽压缩供汽方式工况分析

中排抽汽压缩供汽方案如图２所示，中压排汽经压缩机升压后喷水减温对外供应１.５ＭＰａ，３２０℃的蒸汽。通过低压缸进汽前阀门调节中排压力，确保各运行工况下中排压力保持在０.５ＭＰａ以上，配置压缩比为２～３的离心式蒸汽压缩机对中排抽汽进行增压供汽。通过热力系统计算分析可知（表２），在对外供应相同参数１.５ＭＰａ，３２０℃的蒸汽时，采用中排抽汽压缩供汽方式的最大供汽流量较热再抽汽供热方式大，也即通过中排抽汽经压缩机供汽比机组热再抽汽供汽的供汽能力强；由于供汽能力略大，在相同主蒸汽进汽流量工况下，采用中排抽汽压缩机最大供汽流量时，机组的发电煤耗比热再抽汽时小；同时，压缩机最大流量工况时的耗功也较大，如果用机组厂用电为压缩机提供驱动电力，则机组发电功率除去压缩机耗功后的净发电功率较小。现拟定中排抽汽经压缩机供汽流量按与表１各主汽流量工况下热再抽汽相同的供汽流量，对中排抽汽压缩机供汽方式进行热力分析可知（表２），保持供汽流量与表１中热再抽汽供汽流量相同时，随着主汽流量降低，中排抽汽经压缩机提质升压供汽的机组发电煤耗有增加趋势，发电煤耗与热再抽汽供汽方式的发电煤耗接近，总体略高一些；如果用机组厂用电为压缩机提供驱动电力，则机组发电功率除去压缩机耗功后的净发电