王建偉

（華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100160）

燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)中汽輪機(jī)的選型

王建偉

（華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100160）

通過理論分析，論證了汽輪機(jī)選型在燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)中的重要性，根據(jù)具體案例闡述了燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)中汽輪機(jī)的選型原則和方法，保證了項(xiàng)目的技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性良好。

分布式能源系統(tǒng)；汽輪機(jī)；選型

0 引言

分布式能源系統(tǒng)是以能源有效利用為原則的新型供能方式，是靠近用戶端直接向用戶提供各種形式能量的終端供能系統(tǒng)。與集中式能源供應(yīng)方式相比，分布式能源系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)［1］，因此，分布式能源在我國已經(jīng)不僅僅是一種能源利用方式，更是一項(xiàng)新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的著力點(diǎn)［2］。分布式能源的核心技術(shù)在于冷、熱、電三聯(lián)供，以此提高整個(gè)系統(tǒng)的能源綜合利用效率，真正實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用。

1 燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的典型配置形式

對于同樣的冷、熱、電負(fù)荷需求，燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)有多種配置和運(yùn)行策略［3］。燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的核心發(fā)電設(shè)備為燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)［4］。

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電效率高、系統(tǒng)占地面積?。傻叵陆ㄕ荆酂岱稚?、品位不高，一般配置各種形式的溴化鋰機(jī)作為余熱利用設(shè)備。這種以內(nèi)燃機(jī)為核心的分布式能源系統(tǒng)一般不提供蒸汽負(fù)荷，主要為各類建筑提供冷、熱負(fù)荷，統(tǒng)稱為樓宇式分布式能源系統(tǒng)。

燃?xì)廨啓C(jī)余熱排放較為集中，可以拖動(dòng)各種形式的余熱鍋爐和汽輪機(jī)，適合于以蒸汽需求為主的區(qū)域式分布式能源系統(tǒng)。蒸汽負(fù)荷一般由多壓余熱鍋爐或汽輪機(jī)排汽、抽汽提供。分布式能源系統(tǒng)流程如圖1所示。

2 燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的主機(jī)選型

由于內(nèi)燃機(jī)和余熱溴化鋰機(jī)產(chǎn)品都實(shí)現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，所以樓宇式分布式能源系統(tǒng)主機(jī)選型較簡單。而區(qū)域式分布式能源系統(tǒng)主機(jī)選型就比較復(fù)雜，主要涉及燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和汽輪機(jī)的選型。

圖1 分布式能源系統(tǒng)流程

燃?xì)廨啓C(jī)包括重型或輕型燃?xì)廨啓C(jī)。重型燃?xì)廨啓C(jī)檢修周期長，啟停速度慢，并且頻繁啟停會(huì)對設(shè)備造成很大損耗，所以在滿足負(fù)荷的基礎(chǔ)上一般優(yōu)先選擇輕型燃?xì)廨啓C(jī)。輕型燃?xì)廨啓C(jī)由航空燃?xì)廨啓C(jī)派生，具有體積小、質(zhì)量小、設(shè)備部件精度高、啟停迅速（10min快速啟停）、變負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。另外，中國華電集團(tuán)與美國通用電氣（GE）公司宣布成立航改型燃?xì)廨啓C(jī)合資企業(yè)，從2014年上半年開始逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)將順利實(shí)現(xiàn)一、二級維護(hù)，售后服務(wù)將更加及時(shí)、快捷、低廉，所以本文以航改型燃?xì)廨啓C(jī)為研究對象。

余熱鍋爐汽水系統(tǒng)一般分為三壓、雙壓和單壓系統(tǒng)，某些情況下還會(huì)補(bǔ)燃。三壓余熱鍋爐能夠回收更多的熱能，適用于排氣溫度較高、單機(jī)功率較大的燃?xì)廨啓C(jī)，而分布式能源系統(tǒng)配套的汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力較低，所以余熱鍋爐一般采用雙壓或單壓系統(tǒng)［5］。補(bǔ)燃會(huì)提高余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，但燃料利用效率較低、系統(tǒng)阻力增加，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率也會(huì)降低，所以是否補(bǔ)燃要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

在國外，分布式能源系統(tǒng)配套汽輪機(jī)的技術(shù)非常成熟，但價(jià)格太高，國內(nèi)一般傾向于使用國產(chǎn)汽輪機(jī)，但適用于燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的中小型汽輪機(jī)在國內(nèi)尚處于起步階段，還無法實(shí)現(xiàn)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化［6］。目前，國內(nèi)很多分布式能源工程配套的汽輪機(jī)都是非標(biāo)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)成本和制造成本很高，導(dǎo)致整個(gè)工程的初始投資很大。另外，多個(gè)用戶對蒸汽的需求存在多樣性、變動(dòng)性，需要不斷調(diào)整主機(jī)的運(yùn)行模式。如果調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)，則燃?xì)廨啓C(jī)效率會(huì)降低很多，氣耗也會(huì)增加很多，余熱鍋爐和汽輪機(jī)也要隨之調(diào)整。為了適應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)，一般會(huì)保持燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐的運(yùn)行工況不變，而是通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)來滿足用戶需求，因此，汽輪機(jī)的選型已經(jīng)成為分布式能源系統(tǒng)的一個(gè)難題。

3 燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)中汽輪機(jī)的選型

分布式能源系統(tǒng)中汽輪機(jī)的選型一般根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)來確定。以蒸汽負(fù)荷為例：如果蒸汽負(fù)荷穩(wěn)定、單一，則可選用背壓式汽輪機(jī)；如果既有工業(yè)蒸汽負(fù)荷，又有采暖蒸汽負(fù)荷，可以根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)選用雙抽冷凝式供熱汽輪機(jī)或抽汽背壓式汽輪機(jī)；如果系統(tǒng)運(yùn)行過程中有多余蒸汽，則可選用補(bǔ)汽式汽輪機(jī)。抽汽機(jī)組運(yùn)行靈活，當(dāng)熱負(fù)荷小或無熱負(fù)荷時(shí)，可以多發(fā)電；背壓機(jī)組無汽輪機(jī)冷端損失，熱效率較高，但無熱負(fù)荷時(shí)，背壓機(jī)不能發(fā)電運(yùn)行［7］，下面以實(shí)際案例進(jìn)行說明。

某區(qū)域分布式能源站分3期建設(shè)，主要為工業(yè)園區(qū)內(nèi)的輪胎廠和其他用戶提供蒸汽負(fù)荷。一期裝機(jī)方案為1臺(tái)LM2500+G4型燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)雙壓余熱鍋爐、1臺(tái)背壓式汽輪機(jī)。背壓機(jī)42 t／h的排汽主要為輪胎廠提供2.2MPa（表壓）、250℃的中壓蒸汽33 t／h，為其他2個(gè)用戶提供1.2MPa（表壓）、230℃的低壓蒸汽18 t／h。輪胎廠全年生產(chǎn)能力變化不大，中壓蒸汽需求穩(wěn)定，但整個(gè)機(jī)組對低壓蒸汽負(fù)荷變動(dòng)的適應(yīng)性很差，低壓蒸汽負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)如果不調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)的出力，則會(huì)造成蒸汽的浪費(fèi)，所以二期擴(kuò)建工程的汽輪機(jī)選型對整個(gè)能源站的運(yùn)行方式和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。

隨著輪胎廠產(chǎn)能的提高，中壓蒸汽平均負(fù)荷增加到了64 t／h，低壓蒸汽平均負(fù)荷維持18 t／h不變，而兩期余熱鍋爐的低壓蒸汽共計(jì)10 t／h，無法滿足最大工況下的負(fù)荷要求，但在某些時(shí)段又有多余。如果想做到兩期工程在運(yùn)行過程中相互配合，以使能源利用效率達(dá)到最高，二期擴(kuò)建工程的汽輪機(jī)選型需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）如果二期擴(kuò)建工程選擇背壓機(jī)或純凝機(jī)，在負(fù)荷頻繁變動(dòng)的工況下，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式需要做出調(diào)整，但汽輪機(jī)不起任何作用，所以汽輪機(jī)應(yīng)該選擇抽凝機(jī)。

（2）由于低壓蒸汽會(huì)在某些時(shí)段有剩余，如果選用不補(bǔ)汽式汽輪機(jī)則低壓蒸汽只能浪費(fèi)，這不符合分布式能源系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，所以根據(jù)該工程的負(fù)荷特點(diǎn)，應(yīng)該選擇補(bǔ)汽式汽輪機(jī)。

（3）汽輪機(jī)設(shè)置2個(gè)抽汽口，分別為低壓抽汽口和中壓抽汽口。此種機(jī)型對用戶負(fù)荷的適應(yīng)性比較高，在中壓蒸汽負(fù)荷達(dá)到64 t／h時(shí)，一期背壓機(jī)提供42 t／h的蒸汽，二期抽凝機(jī)需要抽中壓蒸汽22 t／h、低壓蒸汽8 t／h。經(jīng)過與設(shè)備廠家論證，如果中、低壓抽汽口同時(shí)向外抽汽，在滿足中壓蒸汽參數(shù)的情況下，將無法滿足低壓蒸汽參數(shù)要求。因?yàn)橹?、低壓蒸汽參?shù)相差較大，2個(gè)抽汽口之間的級數(shù)較多，低壓抽汽口處的低壓蒸汽參數(shù)可能會(huì)低于1.2MPa（表壓）、230℃，所以選擇單抽汽式汽輪機(jī)。

結(jié)合項(xiàng)目的負(fù)荷特點(diǎn)，通過與設(shè)備廠家論證，二期擴(kuò)建工程選擇單抽補(bǔ)汽式凝汽機(jī)，正常工況下抽汽28 t／h，22 t／h的抽汽提供中壓蒸汽負(fù)荷，剩余6 t／h通過減溫減壓與余熱鍋爐低壓蒸汽一起提供低壓蒸汽負(fù)荷，最大補(bǔ)汽量約為2臺(tái)余熱鍋爐的低壓蒸汽之和（10 t／h），汽輪機(jī)參數(shù)見表1。

表1 汽輪機(jī)參數(shù)

選用此種形式的汽輪機(jī)能夠適應(yīng)負(fù)荷的變動(dòng)且不會(huì)造成工質(zhì)的浪費(fèi)，所以二期擴(kuò)建工程的裝機(jī)方案確定為1臺(tái)LM2500+G4型燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)雙壓余熱鍋爐、1臺(tái)抽凝補(bǔ)汽式汽輪機(jī)。通過測算，二期擴(kuò)建工程的綜合能源利用效率達(dá)到75%，投資回收期為11.22年，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為10%，項(xiàng)目的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性都較好。

4 結(jié)論

（1）分布式能源系統(tǒng)中汽輪機(jī)選型的依據(jù)是負(fù)荷特點(diǎn)尤其是蒸汽負(fù)荷特點(diǎn)。在汽輪機(jī)選型前需要對負(fù)荷參數(shù)、使用特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

（2）由于分布式能源系統(tǒng)中配套的汽輪機(jī)沒有標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，所以在選型過程中需要及時(shí)與專業(yè)設(shè)備廠家溝通，論證所選機(jī)型的可操作性。

［1］楊威，劉欣.天然氣分布式能源站主機(jī)方案選擇［J］.山西建筑，2012，38（30）：158-160.

［2］王振銘.分布式能源大小當(dāng)因地制宜［N］.中國能源報(bào)，2010-08-30（14）.

［3］ITO K，YOKOYAMA R，SHIBA T.Optimal operation of a diesel engine cogeneration plant including a heat storage tank［J］.Journal of Engineering for Gas Turbines and Power，1992，114（4）：687-694.

［4］左政，華賁.燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的比較［J］.煤氣與熱力，2005，25（1）：39-42.

［5］吳波，王立.航改型燃機(jī)分布式能源系統(tǒng)蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化［J］.可再生能源，2012，30（2）：107-110.

［6］王心寬，王芳遠(yuǎn).熱電廠供熱汽輪機(jī)組的選型［J］.河南電力，1990（3）：16-24.

［7］祝平.中等城市熱電廠供熱機(jī)組的選型［J］.山西能源與節(jié)能，2005，19（2）：18-20.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 611.3

：B

：1674-1951（2015）05-0030-02

王建偉（1983—），男，河北保定人，工程師，工學(xué)碩士，從事分布式能源設(shè)計(jì)方面的工作（E-mail：wjw8341867＠163. com）。

2014-12-05；

2015-04-12