张梦哲，王亚超，彭 珍，刘广于，李铁生

（1.北京首钢股份有限公司能源部，北京 100041；2.华北理工大学电气工程学院，河北 唐山 064400）

引言

近几年，低能耗供热、供热灵活性改造成为热电联产机组供热技术发展的重要课题[1]，某公司根据全厂蒸汽平衡及地区超低排放指标的要求，对现有的燃气—蒸汽联合循环发电（CCPP，以下简称CCPP）机组进行供热改造。

1 CCPP机组供热改造方案

某公司进行改造的原CCPP机组由2台29 MW燃气轮机及其发电机、2台余热锅炉及配套汽水系统和2台21 MW抽凝式汽轮机及其发电机构成，采取分轴式布置、母管制运行。

该CCPP机组以低热值的高炉煤气为主要燃料，燃烧形成膨胀高温燃气流推动燃机透平转动做功发电，做功后的高温烟气入余热锅炉热交换产生高、低压蒸汽分别进入抽凝式汽轮机的高压汽缸和低压汽缸做功发电[2]。

针对该机组进行供热改造，实施方案为：在上述基础上扩建1台3号背压式汽轮发电机组，功率为15 MW，并配备一套减温减压器和蒸汽引射器系统为辅助供汽设备。

2 改造后的多功能运行模式

2.1 新工艺流程

改造后，当需要CCPP机组执行对外供应蒸汽时，其工艺流程为：2台余热锅炉产生的高压蒸汽通过母管进入3号背压式汽轮机做功发电，做功后的中压蒸汽进入蒸汽管网对外供应蒸汽。

由于余热锅炉产生的低压蒸汽参数低于蒸汽热网运行参数，无法供出。因此，加设引射器进行改造，低压蒸汽可通过引射器由高压蒸汽母管分流出的高压蒸汽引射出，形成符合参数要求的中压蒸汽，供入蒸汽管网，实现了低压蒸汽的提级利用，避免了能量浪费。

2.2 多功能运行模式

改造后的CCPP机组可在不同生产需求下实现不同功能的运行模式，根据其使用功能可分为高效发电模式和蒸汽供应模式。

高效发电模式下，2台燃机余热锅炉分别带2台抽凝式汽轮机进行高效率发电。蒸汽供应模式下，2台燃机余热锅炉带3号背压式汽轮机组进行蒸汽保供。如表1所示。

表1 多功能运行模式机组使用方案

上述改造完成后，极大地提高了蒸汽供应能力，同时为公司提供自备电力。

3 多模式在线切换方法实践

3.1 在线切换的可行性分析

3.1.1 除盐水系统改造

2种模式下由燃机余热锅炉带不同汽轮机组，抽凝式汽轮机的乏汽除抽汽部分和轴封漏气外，全部进入凝汽器冷却成水，凝结泵将其抽出经过多级加热和除氧后，作为给水送往锅炉，形成汽水系统循环，系统只需补充循环过程中损失的少量除盐水。背压式汽轮机组的乏汽直接向蒸汽管网供出中压蒸汽，无上述凝结和汽水循环的过程，故需大量补充除盐水作为给水供往锅炉。可见二者的汽水循环系统存在较大的差异。

对除盐水系统进行改造，在原有2台除盐泵（1用1备）的基础上新增2台大流量除盐水泵（大流量工况下的1用1备），并改造供水管路，选用更大管径以保证供水流量。实现改造后的蒸汽供应模式下，背压式汽轮机组运行时采用大流量除盐水泵对锅炉进行补水。同时结合公司整体生产需求对除盐水生产系统进行了扩产改造，保障除盐水供应。

3.1.2 可行性分析

供热改造完成后，运行操作的重点和难点为2种功能模式的切换问题，如汽水循环系统和除盐水系统的切换。按稳妥谨慎、安全可靠的原则，应将CCPP机组整体停机，完成汽水系统切换后，CCPP机组燃机和汽机再依次启动，完成运行模式的切换。

但这种切换方式有以下缺点：

1）切换操作时间过长、操作量大。

2）燃机机组的频繁启停对机组本身有较大损害，易造成机组零部件疲劳损伤。

3）燃机停启阶段影响厂区发电量，且不利于厂区煤气平衡的整体调整。

经过运行技术团队深入研讨、比较和摸索，认为可实现燃机不停机状态下的模式在线切换，并形成了具体实施方案。

3.2 具体实施方案

CCPP机组多模式在线切换实施方案充分考虑了运行安全性、工艺合理性和操作便捷性，操作的基本原则为“先切水、再切汽，并网后、二拖一”。以高效发电模式切换为蒸汽供应模式的操作为例，按步骤进行布置。

3.2.1 准备工作

汽机启动前，盘车装置应投入2 h以上。检查汽轮机、发电机及附属设备各系统正常。汽机准备启动，除盐泵切换至大流量泵运行，靠压力再循环调节压力。

逐渐全开减温减压器、引射器和3号背压式汽轮机出口电动门，完成低压侧暖管。逐渐打开抽凝式汽轮机补汽母管分段门，暖管至引射器补汽电动门前。

确认3号背压式汽轮机组阀门、汽缸各疏水门处于开启状态，并按顺序开启至3号背压式汽轮机高压主蒸汽管道有关疏水，保证能有效疏水至疏水扩容器。开2号机组高压主蒸汽分断门旁路，开背压主汽电动门旁路门进行暖管。

3.2.2 停1号抽凝式汽轮机及水系统切换

燃机降负荷，燃机负荷15 MW时投入值班焦气保证稳定运行，抽凝式汽轮机按程序停机，最终燃机负荷控制在5～6 MW。

关抽凝式汽机主汽电动门及高压、低压旁路电动门并打开各门后疏水。按顺序关闭抽凝式汽轮机凝结水系统各手动阀门后，除氧给水泵解联锁后关备用泵出口门，确认除氧泵出入口再循环手动门关闭，打开除盐水至除氧泵出口补水门，关运行除氧泵出口电动门，停泵。上述操作即完成了1号抽凝式汽轮机的停机，并完成了从高效发电模式到蒸汽供应模式过程中最为关键的水系统切换。

抽凝式汽轮机停机后，进一步确认高、低压蒸汽母管至停运的抽凝式汽轮机的分断门关闭有效，并下电确保安全。

此时，燃机余热锅炉的高低压汽包蒸汽采取对空排放。

3.2.3 启动3号背压式汽轮机

暖管完成后，按程序启动3号背压式汽轮机组。打开高压蒸汽母管上主蒸汽分断门，打开启动对空排汽电动阀。

全开电动主闸门，机组挂闸并开始运行。按3号背压式汽轮机汽机操作方案进行冲转和暖机，升速至额定转速3 000 r/min。机组定速后逐渐关小排汽管道上的启动对空排汽电动阀，使背压逐渐升高。缓慢开启3号背压式汽轮机出口电动阀，向蒸汽管网供汽，并预热管网，关闭对空排汽电动阀，保持额定排汽压力。

背压建立后对机组进行全面检查，状态无异常及时并网带负荷。

机组并网后，按冷态额定参数启动曲线以0.5 MW/min升负荷率升负荷至10%额定负荷，并在该负荷下稳定运行20～30 min，进行低负荷暖机。

3.2.4 启用二拖一模式

3号背压式汽轮机顺利启动并网后，按3.2.2节操作方案停2号抽凝式汽轮机及其水系统，并确保分断门有效关闭。缓慢开启该燃机余热锅炉到至3号背压式汽轮机的高压蒸汽母管分断门，使高压蒸汽并入3号背压式汽轮机主蒸汽管道。

完成上述操作后，按程序投入蒸汽引射器，将余热锅炉低压蒸汽引射出并入蒸汽管网。然后以0.5 MW/min升负荷率按冷态额定参数启动曲线加负荷至额定负荷。

通过以上操作，完成了从高效发电模式到蒸汽供应模式的切换。在生产实际中对这种在线切换方法进行了实践检验，操作过程有序、切换过程平稳，达到了预期目的。

4 结语

通过新建背压式汽轮机组对CCPP机组进行供热改造，使其具有多种功能模式运行方式，并通过研究和摸索，形成了在线切换方法，保证切换平稳的同时提高了操作效率。这种对CCPP机组的改造及运行方式系国内外首创，具备技术先进性和创新性，提高了CCPP机组采暖季蒸汽供应能力，经济效益和节能效果十分可观。