（山西省临汾市尧都区山西大唐国际临汾热电有限责任公司 041000）
摘要：为响应国家“十三五”节能减排规划，到2020年实现现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310g/KWh的要求，同时为满足临汾市集中供热面积的需求，增加供热面，临汾电厂对1号机组实施高背压供热技术改造。
关键词：高背压；小机排汽直排；供热；效果
1项目背景
山西大唐国际临汾热电有限责任公司现有2台300MW机组，汽轮机为上海汽轮机厂生产的CZK300-16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、直接空冷供热抽汽凝汽式。供热季为临汾市区的主要热源，机组设计供热能力1200万㎡，2016～2017供热季极寒期机组实际供热面积约1150万㎡，接近机组最大供热能力。为了积极响应国家节能降耗可持续发展战略、“十二五”节能减排规划和节能降耗相关政策要求，到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310g/kWh的要求；同时满足市区供热现状的需求，当年临汾热电公司通过对机组进行技术改造，采用高背压供热技术，实现机组冷端优化，降低机组煤耗，实现节能减排，同时提升机组的供热能力，推动清洁电力和热源，为临汾地方生态发展做出贡献。
2技术方案
本技术应用机组为300MW直接空冷机组，配一台100%容量汽动给水泵，且汽动给水泵小汽轮机的排汽同主机排汽一起进入空冷岛，当年汽动给水泵汽轮机排汽直排至主机空冷岛技术为国内首家。高背压供热技术成果以提高背压减少排汽损失为核心，摆脱要想采用高背压供热技术只有通过低压缸更换转子或高背压凝汽器与热泵机组串接使用的传统理念，在小汽轮机排汽进入主机排汽的基础上，不需要对汽轮机低压缸及转子进行改造，采用高背压供热技术，直接提高背压后，利用高背压凝汽器提取汽轮机乏汽对热网循环水进行一级加热，再用五段抽汽对热网循环水进行二级加热。
高背压凝汽器工作原理：基于高背压凝汽器不锈钢管束表面式换热原理，将汽轮机及小汽机的一部分排汽排入高背压凝汽器，高背压凝汽器吸收排汽放出的汽化潜热对热网循环水回水进行一级加热，自身凝结为凝结水汇集在凝汽器底部，自流至主机排汽装置，实现汽水平衡。
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图1 高背压凝汽器运行系统流程
3方案的试验结果及分析
3.1试验目的
（1）通过对高背压供热期实际运行工况及参数进行分析计算，验证节能效果是否达到了设计要求。
（2）对高背压供热系统运行方式进行优化，计算出不同工况下最佳运行经济背压，提高供热安全性。
3.2试验概况
现场试验分两次进行，试验期间任何与该热力循环无关的其它系统都进行了隔离，各级高低压加热器和除氧器投入运行。
试验时调整运行参数，并维持参数稳定，偏差及波动值未超过规程规定的范围。
3.3试验结果分析：
（1） 高背压运行工况与抽汽供热工况比较
假定抽汽供热工况下机组运行背压为10kPa，锅炉效率91%，管道效率98.5%，机组厂用电率为6%，将热网循环水流量折算到额定流量。机组背压为32kPa时，不同负荷下机组节煤量见下表1，机组背压为28kPa时，不同负荷下机组节煤量见下表2：
表1 高背压运行工况与抽汽供热工况比较（背压32kPa）
当机组背压为28kPa时，循环水回水温度在45～46℃时，试验时循环水流量为7500t/h左右，乏汽利用量为305t/h，循环水流量折算到额定流量（9260t/h）下，乏汽利用量约为370t/h，整个供热季乏汽供热量可达到237万GJ；若负荷率按75%计算，整个供热季可节约标煤约为2.44万吨。
当机组背压为32kPa时，循环水回水温度在45～46℃时，试验时循环水流量为7500t/h左右，乏汽利用量为318t/h，循环水流量折算到额定流量（9260t/h）下，乏汽利用量约为392/h，整个供热季乏汽供热量可达到251万GJ；若负荷率按75%计算，整个供热季可节约标煤约为2.52万吨。
（2） 供热工况变背压比较分析
从图2可以看出：在400t/h（乏汽量+抽汽量）热负荷下，当机组背压一定时，随着机组电负荷的增加，机组热耗率升高，这是由于随着负荷的升高，热电比降低，机组总热效率降低，随着机组背压的升高，各负荷下机组的热耗率降低。
从图3可以看出：在260MW电负荷，500t/h（乏汽量+抽汽量）热负荷下，机组的热耗率随着背压的升高而降低。当机组停供热抽汽后，只利用乏汽凝汽器供热时，机组的热耗率随着负荷的升高而降低。
图4 停供热抽汽下机组负荷与热耗率的关系
通过试验得出：当机组循环水流量大于其额定流量的80%时，在供热初期与极寒期，只要热负荷大于300t/h（乏汽量+抽汽量，其中乏汽量大于200t/h）下，机组背压一定时，随着机组电负荷的增加，机组热耗率升高，随着机组背压的升高，各负荷下机组的热耗率降低。
根据不同工况下的模拟计算得出：当热网循环水回水温度为45℃时，循环水流量达到额定量的40%时，机组各负荷下高背压运行比原抽汽供热要经济；当循环水流量达到额定量的75%时，机组运行背压越高，经济性越好。当热网循环水回水温度为50℃时，循环水流量达到额定量的50%时，机组各负荷下高背压运行比原抽汽供热要经济；当循环水流量达到额定量的80%时，机组运行背压越高，经济性越好。
因此，在目前热网循环水流量与回水温度的情况下，机组高背压下运行时，在保证汽轮机组安全的情况下，应尽可能提高机组运行背压，以提高其热经济性。
（3） 供热初期与极寒期乏汽利用量比较
试验期间，第一次试验时为供热初期，循环水流量约为额定流量的80%，循环水回水温度为45℃左右；第二次试验时为供热极寒期，循环水流量约为额定流量的90%，循环水回水温度为50℃左右。根据试验时不同背压下循环水能达到的温度，计算得出了循环水回水温度为45℃与50℃时不同背压下不同循环水流量的乏汽利用量，由数据可知：在供热初期循环水回水温度45℃时，机组乏汽利用量较大，在供热极寒期循环水回水温度50℃时，机组乏汽利用量在相同背压下较初期降低25%左右。因此，机组高背压运行时热网宜采用大流量、低回水温度的运行模式。
4结论与建议
（1）当机组背压为32kPa时，循环水回水温度在45～46℃时，试验时循环水流量为7500t/h左右，乏汽利用量为318t/h，循环水流量折算到额定流量（9260t/h）下，乏汽利用量约为392/h，整个供热季乏汽供热量可达到251万GJ；若负荷率按75%计算，整个供热季可节约标煤约为2.52万吨。
（2）当机组背压为28kPa时，循环水回水温度在45～46℃时，试验时循环水流量为7500t/h左右，乏汽利用量为305t/h，循环水流量折算到额定流量（9260t/h）下，乏汽利用量约为370t/h，整个供热季乏汽供热量可达到237万GJ；若负荷率按75%计算，整个供热季可节约标煤约为2.44万吨。
（3）在进行供热工况调整时，应加强供热蝶阀的调整，使抽汽压力不低于该供热工况主汽流量所对应的凝汽工况下的中排压力，以保证中压末两级动、静叶片的安全。
（4）当机组高背压运行时，应加强低压缸排汽温度的监视，为保证低压缸末级叶片的安全，不同背压下各负荷供热抽汽量应不大于最大供热抽汽量。
（5）当热负荷大于300t/h（乏汽量+抽汽量）下，机组背压一定时，随着机组电负荷的增加，机组热耗率升高，随着机组背压的升高，各负荷下机组的热耗率降低。
（6）在目前热网循环水流量与回水温度的情况下，机组高背压下运行时，在保证汽轮机组安全的情况下，应尽可能提高机组运行背压，以提高其热经济性。
（7）在供热初期循环水回水温度45℃时，机组乏汽利用量较大，在供热极寒期循环水回水温度50℃时，机组乏汽利用量在相同背压下较初期降低25%左右。因此，机组高背压运行时热网宜采用大流量、低回水温度的运行模式。
通过以上性能试验数据得出结论，高背压供热方案技术成熟，该项技术对小机直排空冷机组同样可行，实现了汽轮机冷端优化，降低机组供电煤耗，根据热力性能试验数据显示整个供热季可节约标煤2.52万吨，进而实现节能减排，而且随着城市集中供热面积的增加，该项改造工程的顺利实施及稳定投运，将会对北方地区的300MW等级机组供热改造起到很好的示范效应，具有广阔的应用前景和极高的推广价值。