王璟?吳莎?申娜

摘要：針對(duì)小型供熱電廠12MW、25MW、50MW等級(jí)背壓式汽輪機(jī)，從工作原理及布置類型方面進(jìn)行比較，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比選出較好方案。

關(guān)鍵詞：供熱電廠；背壓式汽輪機(jī)；反動(dòng)式背壓機(jī)；快裝集成

按照國家能源政策，應(yīng)優(yōu)先考慮采用背壓式汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱。這是由于當(dāng)前社會(huì)用電量增速放緩，但供熱需求卻與日俱增。而只在采暖季運(yùn)行的背壓式供熱電廠可在節(jié)能減排的前提下“以熱定電”，用較少的發(fā)電量供應(yīng)更多的熱量，避免窩電現(xiàn)象，更加符合國家政策及社會(huì)發(fā)展情況。。本文針對(duì)小型供熱電廠的主設(shè)備背壓式汽輪機(jī)，分12MW、25MW、50MW三個(gè)容量等級(jí)，從工作原理及布置類型方面進(jìn)行比選，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比選出較好方案。

一、汽輪機(jī)工作原理比選

（一）概述

根據(jù)工作原理分類，目前國內(nèi)的小型背壓式汽輪機(jī)以反動(dòng)度區(qū)分主要有兩種技術(shù)流派：沖動(dòng)式以及反動(dòng)式。反動(dòng)度是蒸汽在動(dòng)葉柵中的等熵焓降與級(jí)的等熵焓降之比，純沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度為0，反動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度約為0.5。

1.沖動(dòng)式汽輪機(jī)：國內(nèi)絕大多數(shù)廠家如南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“南汽”）、武漢汽輪機(jī)廠（簡(jiǎn)稱“武汽”）、東方汽輪機(jī)有限公司（簡(jiǎn)稱“東汽”）等汽輪機(jī)制造商共有技術(shù)，此技術(shù)是在上世紀(jì)五六十年代原蘇聯(lián)援助中國進(jìn)行工業(yè)建設(shè)時(shí)的技術(shù)體系基礎(chǔ)上自行開發(fā)的，整體技術(shù)成熟，實(shí)際應(yīng)用較多，各個(gè)廠家技術(shù)原理、主體結(jié)構(gòu)上基本相同。

2.反動(dòng)式汽輪機(jī)：引進(jìn)西門子三系列汽輪機(jī)技術(shù)、國內(nèi)制造商有杭州汽輪機(jī)股份有限公司（簡(jiǎn)稱“杭汽”）及上海汽輪機(jī)廠（簡(jiǎn)稱“上汽”）等，其技術(shù)體系成熟，設(shè)計(jì)思路是較為先進(jìn)的“積木塊”原理。國內(nèi)一些其他制造商如南汽、哈汽等也開始進(jìn)行反動(dòng)式背壓汽輪機(jī)的研發(fā)與制造，已有應(yīng)用實(shí)例。

（二）沖動(dòng)、反動(dòng)式技術(shù)比較

1.汽輪機(jī)的通流類型不同

（1）沖動(dòng)級(jí)，即蒸汽只在靜葉柵中膨脹加速，而在動(dòng)葉柵中不再膨脹的級(jí)，動(dòng)葉只將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，同時(shí)改變氣流方向。動(dòng)葉片出入口側(cè)的橫截面相對(duì)比較勻稱，汽流通道從入口到出口面積基本不變，見圖1。

（2）反動(dòng)級(jí)，同沖動(dòng)級(jí)相反，是指蒸汽在靜葉柵和動(dòng)葉柵中都膨脹加速的級(jí)。動(dòng)葉在轉(zhuǎn)化蒸汽動(dòng)能的同時(shí)，也將蒸汽的部分內(nèi)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。動(dòng)葉片出、入口側(cè)的橫截面不對(duì)稱，葉型入口較肥大，而出口側(cè)較薄，汽流通道從入口到出口呈漸縮狀，見圖2。

2.汽輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)、部件不同

（1）葉片

沖動(dòng)式葉片為無整體圍帶，需調(diào)頻，需考慮臨界轉(zhuǎn)速限制；反動(dòng)式葉片與圍帶為整體式結(jié)構(gòu)，為不調(diào)頻葉片，無需考慮臨界轉(zhuǎn)速限制，故反動(dòng)式汽輪機(jī)多為高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)。

（2）轉(zhuǎn)子

沖動(dòng)式轉(zhuǎn)子為套裝結(jié)構(gòu)，通常為細(xì)直軸，轉(zhuǎn)子為輪盤結(jié)構(gòu)；反動(dòng)式采用整鍛轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子剛性較好。

沖動(dòng)式轉(zhuǎn)子級(jí)數(shù)較少，通常是反動(dòng)式的1/3-1/2。

3.反動(dòng)式與沖動(dòng)式的運(yùn)行比較

（1）由于反動(dòng)式汽輪機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，反動(dòng)式汽輪機(jī)相對(duì)可靠性高、大修周期和無故障連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)、維護(hù)便利。

（2）由于反動(dòng)式效率曲線平滑，高效率區(qū)寬廣，而沖動(dòng)式相對(duì)高效區(qū)窄。經(jīng)計(jì)算及結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀況，在額定工況下，35MW以下反動(dòng)式背壓機(jī)汽耗較沖動(dòng)式常規(guī)產(chǎn)品低8～10%。對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組，供同樣的熱負(fù)荷，反動(dòng)式背壓機(jī)輸出的電功率要高8～12%。

（三）技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

根據(jù)機(jī)爐配備，對(duì)B12/B25/B50沖動(dòng)式、反動(dòng)式背壓汽輪機(jī)進(jìn)行對(duì)比，由于各個(gè)廠家采用的采暖供熱背壓機(jī)的排汽參數(shù)不一致，難以對(duì)比，故采用了各廠均有的排汽壓力0.98MPa背壓機(jī)型，采暖用背壓機(jī)的排汽參數(shù)更低，反動(dòng)式汽輪機(jī)優(yōu)勢(shì)將加大。

二、汽輪機(jī)布置類型比選

根據(jù)布置情況分類，目前國內(nèi)的小型背壓式汽輪機(jī)主要有兩種：

1.常規(guī)島式汽輪機(jī)：國內(nèi)汽輪機(jī)特別是大中型汽輪機(jī)一般均采用運(yùn)轉(zhuǎn)層島式布置。

汽輪機(jī)采用地腳螺栓固定在汽機(jī)基座運(yùn)轉(zhuǎn)層上，汽輪機(jī)本體的油系統(tǒng)、加熱器系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)的輔機(jī)分散布置在加熱器平臺(tái)上，基座與加熱器平臺(tái)均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，一般分為運(yùn)轉(zhuǎn)層、中間層、零米層。這種布置方式適用于大中型汽輪機(jī)組，占地較大，土建費(fèi)用較高，管路設(shè)計(jì)、安裝復(fù)雜，由于設(shè)備分散，維護(hù)也不方便。

2.快裝集成式汽輪機(jī)：對(duì)于小型汽輪機(jī)，尤其是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的背壓式汽輪機(jī)，25MW及以下均可采用快裝集成式汽輪發(fā)電機(jī)。

這種機(jī)組將汽輪機(jī)、供油系統(tǒng)、減速箱、發(fā)電機(jī)都安裝在公用底盤上，所有管道與線纜都可以在制造廠內(nèi)安裝好，并完成整個(gè)快裝機(jī)組的組裝和試驗(yàn)，全部零部件設(shè)計(jì)得以互相匹配，使得汽輪機(jī)組性能優(yōu)化的同時(shí)還可以減小設(shè)備占用空間。

三、結(jié)論

（一）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表可看出，12MW、25MW的反動(dòng)式背壓汽輪機(jī)雖然設(shè)備價(jià)格較高，但其汽耗低、效率高，在進(jìn)汽壓力、溫度，抽、排汽壓力相同的條件下，同樣供熱流量下，反動(dòng)式可發(fā)電功率更高，對(duì)以供熱流量計(jì)價(jià)的熱電廠而言，其超發(fā)售電收入基本上均是超額收益。

（二）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表可看出，快裝集成式汽輪機(jī)可取消汽機(jī)基座，降低汽機(jī)房高度，大大縮小汽機(jī)房體積，從而降低土建費(fèi)用。再考慮到快裝集成式汽輪機(jī)便于運(yùn)輸、安裝，有利于縮短工期，便于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，推薦采用快裝集成式汽輪機(jī)。

綜上所述，12MW、25MW機(jī)組推薦采用快裝集成式反動(dòng)式背壓汽輪機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鋼，卞曉東，何文潔，孫英，賈波.中小型供熱電廠建設(shè)方案[J].電力建設(shè)，2010，31（5）：99-102.

[2]段彥明，盧耀紅.試論背壓機(jī)在熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用[J].電力科技與環(huán)保，2013，29（2）：59-60.

（作者單位：中國能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司）