熊 春，尹華劼，吳凱豪

（東方汽輪機有限公司，四川德陽 618000）

1 小型再熱發(fā)電汽輪機技術(shù)

再熱是指將在汽輪機高壓級次中做功過后的乏汽，引入鍋爐再熱器進行再次吸熱，提升蒸汽溫度，將高溫蒸汽通入汽輪機低壓級次中繼續(xù)做功。采用再熱技術(shù)是提高蒸汽循環(huán)效率的有效手段，大型火力發(fā)電站均采用了再熱技術(shù)，部分火力發(fā)電站甚至采用了二次再熱技術(shù)。隨著汽輪機技術(shù)的發(fā)展以及各方對汽輪機經(jīng)濟效率的不斷追求，近年來，越來越多的100 MW 以下機組也開始采用再熱技術(shù)。2013 年，國內(nèi)首臺65 MW 高溫超高壓再熱機組在唐山建龍鋼鐵成功投運；2017 年，國內(nèi)首臺50 MW 超高溫超高壓機組在津西鋼鐵成功投運。目前，小型再熱汽輪機已廣泛應用于鋼鐵行業(yè)煤氣回收發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電等領(lǐng)域，見表1。

表1 部分采用小型再熱發(fā)電汽輪機工程示例

小型再熱發(fā)電汽輪機結(jié)構(gòu)布置緊湊，多采用單缸單軸設(shè)計或者雙缸雙軸設(shè)計。50 MW 以下高溫超高壓參數(shù)等級機組通常采用高轉(zhuǎn)速設(shè)計；50 MW 以上高溫超高壓參數(shù)等級機組通常采用常規(guī)轉(zhuǎn)速設(shè)計。

2 垃圾發(fā)電再熱技術(shù)應用優(yōu)勢

垃圾焚燒發(fā)電是垃圾處理的主要方式，垃圾發(fā)電汽輪機是垃圾焚燒發(fā)電廠的主要設(shè)備。對于汽輪機，提升主蒸汽參數(shù)可以明顯提升汽輪機效率。但是針對垃圾發(fā)電汽輪機，其主蒸汽溫度受制于鍋爐，由于垃圾焚燒煙氣對于鍋爐管道有腐蝕作用，通常認為鍋爐蒸汽出口溫度不能超過485。在溫度受限的前提下，若單純提升主蒸汽壓力，將降低蒸汽過熱度，對汽輪機末幾級葉片產(chǎn)生不利影響。因此，國內(nèi)垃圾發(fā)電汽輪機參數(shù)主要為中溫中壓（例如，3.8 MPa/390）或者中溫次高壓（例如，6.2 MPa/445）參數(shù)。同時，增加回熱系統(tǒng)、降低汽輪機背壓等提升汽輪機效率的途徑，由于各種限制和具體條件，幾乎無法優(yōu)化。

基于此，采用再熱技術(shù)成為提升垃圾發(fā)電汽輪機效率的一個重要、可行的途徑。以25 MW 等級垃圾發(fā)電機組為例，采用6.2 MPa/445的主汽參數(shù)，采用再熱與不采用再熱技術(shù)的汽輪機相關(guān)參數(shù)對比見表2。

表2 25 MW 等級垃圾發(fā)電汽輪機再熱與非再熱參數(shù)對比

采用再熱技術(shù)后，汽輪機熱耗下降900 kJ/kW·h，噸垃圾發(fā)電量提高45 kW·h/t。按照1000 t/日垃圾處理能力，年運行8000 h 計算，增加發(fā)電量1500 萬度，增加收益750 萬元。汽輪機投資增加的成本，2 年內(nèi)即可收回，再熱技術(shù)優(yōu)勢十分明顯。

3 再熱技術(shù)應用國內(nèi)外案例

3.1 江陰三期垃圾發(fā)電

江陰三期垃圾焚燒發(fā)電項目設(shè)計總規(guī)模為日處理生活垃圾1000 t，配置2 臺500 t/日焚燒爐和一臺25 MW 汽輪機組。該項目汽輪機組采用東方汽輪機有限公司設(shè)計制造的N25-6.3/445/425 型垃圾發(fā)電汽輪機，機組采用單缸單軸、沖反結(jié)合、高轉(zhuǎn)速設(shè)計，主要參數(shù)見表3。

表3 江陰三期汽輪機參數(shù)

江陰三期項目原則性熱力系統(tǒng)圖如圖1 所示，該項目采用爐內(nèi)再熱方式，將汽輪機高壓缸排汽引入鍋爐，在鍋爐中完成煙氣再熱。為防止再熱器高溫腐蝕，再熱器設(shè)置噴涂層。采用再熱級數(shù)后，該項目全廠發(fā)電效率能提升至27%，同時爐內(nèi)再熱技術(shù)原理上與其他小型再熱機組類似，廠房布置、汽輪機設(shè)計等難度較低。

圖1 江陰三期項目原則性熱力系統(tǒng)

3.2 蘇州市垃圾焚燒發(fā)電廠提標改造項目

蘇州市垃圾焚燒發(fā)電廠提標改造項目一期裝設(shè)3 臺中溫超高壓再熱蒸汽鍋爐和2 臺40 MW 汽輪機組。該項目汽輪機組采用東方汽輪機有限公司設(shè)計制造的N40-12.6/425/405 型垃圾發(fā)電汽輪機，機組采用雙缸雙軸、沖反結(jié)合、高轉(zhuǎn)速設(shè)計，主要參數(shù)見表4。

蘇州項目原則性熱力系統(tǒng)圖如圖2 所示。由于采用了再熱技術(shù)，主蒸汽參數(shù)可以在溫度保持425前提下，提升壓力至超高壓等級，從而提高汽輪機效率但不會引起末幾級濕度大的問題。同時，該系統(tǒng)采用更多的回熱級數(shù)，相比于垃圾發(fā)電常用的1 除氧+2 低加的回熱系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)采用2 高加+1 除氧+3 低加的回熱系統(tǒng)，進一步提升了蒸汽循環(huán)效率。相比于江陰三期項目，蘇州項目汽輪機熱耗下降10%。蘇州項目再熱系統(tǒng)原理上仍屬于爐內(nèi)再熱，需要對再熱器設(shè)置噴涂層或者采用特殊材料制造。

表4 蘇州項目汽輪機參數(shù)

4 再熱技術(shù)應用發(fā)展展望

在垃圾焚燒發(fā)電領(lǐng)域，再熱技術(shù)的使用極大提升了垃圾焚燒發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，因而越來越受到業(yè)主方的關(guān)注。但是爐內(nèi)再熱煙氣腐蝕問題始終是制約再熱技術(shù)推廣發(fā)展的一大障礙，解決該問題的有效途徑是避免煙氣與再熱器直接接觸，采用其他熱源對乏汽進行再熱。采用汽包再熱和外置再熱的方式，可以有效避免這些問題。

圖2 蘇州項目原則性熱力系統(tǒng)

5 結(jié)論

隨著垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升電廠運行經(jīng)濟質(zhì)量將成為下一階段工程建設(shè)的主題，采用再熱技術(shù)是提升經(jīng)濟效益的有效手段。爐內(nèi)再熱技術(shù)路線成熟，系統(tǒng)設(shè)計簡單，管道布置簡潔，若通過特殊涂層或特殊材料解決煙氣腐蝕問題，爐內(nèi)再熱或?qū)⒊蔀橹髁骷夹g(shù)，相比于采用中溫次高壓設(shè)計參數(shù)，采用中溫超高壓設(shè)計參數(shù)更能提高汽輪機效率。汽包再熱與外置再熱完全避開了煙氣腐蝕問題，但是系統(tǒng)比較復雜，國內(nèi)對于整個系統(tǒng)的啟動運行尚未積累足夠的技術(shù)經(jīng)驗，工程實施存在一定技術(shù)風險。在不同的系統(tǒng)中，汽輪機的設(shè)計應根據(jù)具體的邊界條件，合理選擇汽輪機總體方案（單缸單軸、雙缸雙軸、雙缸雙轉(zhuǎn)速等），提升全廠經(jīng)濟效率。