宋萍，鄧凌宇

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000）

針對日益嚴峻的市場競爭及嚴格的排放標準，該公司氧化鋁三期重新規(guī)劃設(shè)計40萬噸電解鋁項目，規(guī)劃建設(shè)3×350MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機組，氧化鋁生產(chǎn)需要不低于6．0MPa的高壓蒸汽及0．6MPa的低壓蒸汽，且高壓蒸汽的量最大230t/h。這一高壓供熱參數(shù)的提出，對鍋爐及汽輪機都是一個全新的設(shè)計課題。

1 供熱方案可行性論證

根據(jù)該鋁業(yè)公司的產(chǎn)品介紹，原氧化鋁高壓蒸汽部分主要由背壓機及高壓鍋爐減溫減壓后提供。由于電解鋁生產(chǎn)對電量要求大，電價高且高壓鍋爐運行效率低成本高等因素，通過采用高參數(shù)大容量機組實現(xiàn)熱電供應(yīng)，可大大降低生產(chǎn)成本，為公司帶來可觀的利益。通過對氧化鋁生產(chǎn)制造工藝的了解，其所需的高低壓蒸汽用量穩(wěn)定且生產(chǎn)設(shè)備用電量大的特點，我廠對汽輪機實現(xiàn)高低壓抽汽供熱方案做了詳細的分析論證。

1.1 項目要求

汽輪機設(shè)計邊界條件：超臨界雙抽供熱機組，高壓抽汽壓力不小于7．0MPa，最大抽汽量230t/h，低壓0．9MPa，大抽汽量110t/h。鑒于氧化鋁項目的特殊性，機組要求額定抽汽工況下機組出力330MW，最大抽汽工況下機組出力300MW。VWO工況主汽流量為最大抽汽工況流量的1．03倍。

1.2 供熱方案

根據(jù)本項目工業(yè)用汽參數(shù)及用電量的特殊要求，機組常年運行的電負荷在80%以上，且供熱需求穩(wěn)定。機組的創(chuàng)新設(shè)計思路如下。

（1）機組采用高中壓合缸、兩缸兩排汽型式，縮短機組跨距，節(jié)約廠房布置。并在此常規(guī)機型上將高壓通流放大以同時滿足供熱和功率需求。 （2）高壓抽汽：將1抽在傳統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上前移1級，提高1抽抽汽點運行壓力；同時結(jié)合項目供熱時負荷要求也高，使機組在額定抽汽工況時中聯(lián)門即使不參與調(diào)節(jié)1抽抽汽壓力也還略高于額定供熱壓力，最大抽汽工況時中聯(lián)門微調(diào)便可滿足供熱壓力要求；使機組供熱可靠性和運行經(jīng)濟性得到兼顧。高壓抽汽抽汽點通過中調(diào)門隔級調(diào)節(jié)，屬創(chuàng)新應(yīng)用。（3）低壓抽汽：抽汽點通過連通管蝶閥調(diào)節(jié)，運行調(diào)節(jié)方式成熟可靠。 （4）創(chuàng)新額定工況定義：將額定抽汽工況作為設(shè)計基準工況，巧妙解決了傳統(tǒng)定義時抽汽工況與設(shè)計點偏離，可減小中調(diào)門調(diào)節(jié)幅度，同時使機組正常抽汽運行時也具有很高的經(jīng)濟性。（5）除高參數(shù)供熱蒸汽外，其余的輔機系統(tǒng)及控制系統(tǒng)可借用已有成熟機型模塊，運行安全可靠。

2 高壓供熱可靠性分析

低壓供熱抽汽作為常規(guī)的供熱方式，通過連通管蝶閥調(diào)節(jié)，這種運行方式是成熟可靠的。本項目的難點在于如何有效保障氧化鋁制造工藝所需的高壓蒸汽。

目前國內(nèi)超臨界機組實行雙抽的機組已有投運業(yè)績。這些電廠高壓抽汽均利用中聯(lián)門調(diào)節(jié)再熱熱段進行抽汽。某350MW超臨界及600MW超臨界機組雙抽可調(diào)整抽汽均有同時運行，據(jù)現(xiàn)場運行情況，反映良好，且具有較高的經(jīng)濟收益。鑒于雙抽機組可獲得較高的經(jīng)濟性，依據(jù)已有項目成功實施所積累的經(jīng)驗，并從現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，對中調(diào)門參調(diào)機組，中聯(lián)門動作時，中聯(lián)門前壓力及高壓后幾級的壓力進行分析對比。

由于本項目高壓抽汽設(shè)置在一段抽汽，利用中聯(lián)門隔級參調(diào)。為確保機組供熱的安全穩(wěn)定，我們對該電廠中調(diào)門參調(diào)數(shù)據(jù)進行了采集分析，見圖1。

從曲線的變化趨勢來看，中聯(lián)門參調(diào)時一抽壓力與中聯(lián)門參調(diào)呈線性關(guān)系變化。

中聯(lián)門參調(diào)機組在供熱調(diào)節(jié)時中聯(lián)門前至一抽的壓力響應(yīng)速度基本同步（如圖2），通過對南熱機組的運行數(shù)據(jù)進行分析論證，本項目采用中聯(lián)門隔級參調(diào)的技術(shù)來實現(xiàn)高壓供熱是完全可行且可靠的。

圖1 一抽壓力隨中聯(lián)門參調(diào)幅度變化圖

圖2 中壓聯(lián)合汽閥壓損調(diào)節(jié)與一抽壓力關(guān)系曲線

3 中聯(lián)門隔級參調(diào)對比分析

通過設(shè)計工況創(chuàng)新定義、抽口前移1級，結(jié)合項目供熱時負荷高，使機組中調(diào)門在額定抽汽時不參調(diào)、最大供熱時僅微調(diào)，中調(diào)門開度大、前后壓差小，提高機組供熱可靠性和經(jīng)濟性。與同類供熱機組比較如表1～3。

表1 同類型機組額定抽汽工況壓差比較 MPa

該鋁業(yè)項目額定抽汽工況作為設(shè)計點，電負荷高，中聯(lián)門不參與調(diào)節(jié)，故中聯(lián)門壓差較小，見表1。

表2 同類型機組最大抽汽工況壓差比較 MPa

該鋁業(yè)項目最大抽汽工況定義電負荷高，中聯(lián)門僅微調(diào)，故中聯(lián)門壓差較小，見表2。

表3 同類型機組最小投供熱工況時（額定抽汽量）壓差比較MPa

根據(jù)該鋁業(yè)項目大于80%負荷用電量的需求，最小投供熱工況時（額定抽汽量）出力大，進汽量大，中聯(lián)門前后壓力小于1．3MPa，見表3。根據(jù)已投運項目最大壓差為1．8MPa。經(jīng)計算，該鋁業(yè)項目在滿足電負荷80%以上的情況下，中聯(lián)門壓損約19%，前后壓差0．9MPa左右，壓差遠小于已投運的超臨界350MW及600MW機組。中聯(lián)門前后壓差小，運行更可靠。

4 經(jīng)濟性分析

本工程采用熱電聯(lián)產(chǎn)，三臺350MW機組既提供該公司40萬噸電解鋁、氧化鋁生產(chǎn)所需電量，又提供其氧化鋁生產(chǎn)所需熱量。根據(jù)全年向局域網(wǎng)購電、售電平衡的計算原則，機組發(fā)電設(shè)備年利用小時數(shù)約為6899h，機組年發(fā)電量約為72．4億kW·h，年供熱量約為1427．93GJ。機組平均發(fā)電標煤耗率為 269．7g/kW·h,供熱標煤耗率為37．5kg/GJ，相比熱電分產(chǎn)，年節(jié)約標煤約15．9萬噸，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 結(jié)語

以大量的數(shù)據(jù)計算為依托、結(jié)合同類機組運行實際情況，該鋁業(yè)項目汽輪機組高壓供熱方案通過設(shè)計工況創(chuàng)新定義、抽口前移1級并結(jié)合項目供熱時出力大的特點，使機組中調(diào)門在額定抽汽時不參調(diào)、最大供熱時僅微調(diào)，中調(diào)門開度大、前后壓差小，供熱方案成熟可靠。

同時，為推進大氣污染防止及提高能源利用效率，國家發(fā)改委新印發(fā)的《熱電聯(lián)產(chǎn)管理辦法》中對新建熱電聯(lián)產(chǎn)機組的管控越來越嚴格，除背壓機供熱方案，采用這種超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)方式將是電廠未來發(fā)展的一個重要方向。該鋁項目高壓抽汽，中聯(lián)門隔級參調(diào)方案的成功實施，可以在同類型的具有較高蒸汽壓力需求的企業(yè)中進行推廣應(yīng)用，具有廣泛的市場前景。

[1]中國動力工程學會．火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊：第二卷汽輪機[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998．

[2]徐則林，蔣燕妮等 熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱能深度梯級利用的研究[J]．華北電力大學學報：自然科學版，2014,41（5）：107-112．