背压汽轮机灵活性调整设计与应用

摘要：本文主要针对热电联产机组背压汽轮机基于其“ 以热定电”运行模式下如何将背压汽轮机进行优化设计，尽可能 提高背压汽轮机灵活性，为新建热电联产机组以及凝汽式汽轮机背压改造提供借鉴意义。

关键词：背压汽轮机；凝汽式汽轮机背压改造；灵活性

近年来，随着国家双碳政策的提出，各地区陆续出台了 关于电力行业节能降碳相关政策。山东省下发了《关于明确 30 万千瓦以下煤电机组关停并转有关事项的通知》鲁发改 能源〔2024〕30 号文，开展了低质低效产能退出行动。

热电联产背压机组作为高效能机组，在节能降碳方面较 凝汽式机组有着显著优势。面对当前经济形势影响，各用汽 单位产能不足，用汽负荷低、用汽稳定性差，严重影响了热 电联产背压机组运行稳定性。因此灵活性改造设计是背压机 组应对当前运行环境的迫切需求。

一、背压汽轮机灵活性改造

1.1 新建背压汽轮机灵活性设计

1.1.1 不同压力等级下的工业供汽以及工业抽汽、民用 供暖相结合的抽汽背压式机组设计

针对工业负荷不同压力等级的背压汽轮机，高参数蒸汽 负荷采取汽轮机抽汽、低参数蒸汽负荷采取汽轮机背压排 汽，抽汽口后采用座缸阀或旋转隔板调整抽排汽量，实现纯 抽汽和纯背压运行。民用供暖蒸汽热源取自背压排汽，实现 能量梯级利用，最大程度提高能源利用率。在汽轮机设计中 注意合理控制抽汽口后汽轮机叶片鼓风摩擦产生的热量，保 证最小冷却蒸汽量能够满足叶片连续稳定运行。同时应能保 证纯抽汽工况下最小蒸汽量能够利用回热设计全部吸收，实 现在低参数蒸汽用户全部停运状态或者非供暖季状态下机 组稳定运行并且实现蒸汽零溢流。

1.1.2 不同压力等级下的工业供汽以及工业抽汽、民用 供暖相结合的 3S 离合纯背压式汽轮机设计

汽轮机采用双汽缸，高参数蒸汽由前缸背压排汽提供， 低参数蒸汽由后缸背压排汽提供，前后汽缸采用 3S 离合器

实现连接，在低参数蒸汽投运或供暖季时 3S 离合器啮合前 后缸转子，在低参数蒸汽停运或非供暖季时，3S 离合器脱 开，后缸转速保持离合器内油流带动转速（约 100r/min）， 实现后缸脱缸运行。此设计与传统汽轮发电机连接方式稍有 不同，3S 离合纯背压汽轮机发电机与前缸硬连接，前缸与 后缸 3S 连接。

1.2 凝汽式汽轮机背压改造 1.2.1 高背压供热改造

高背压供热又称低位能供热技术，利用居民采暖对热能 参数的低品位需求，通过去除凝汽式汽轮机低压转子末级叶 片提升汽轮机排汽背压从而提升低压缸排汽温度，使之具有 对热网循环水进行基础加热的能力，从而将机组低品位的排 汽余热回收并转化为供热热量 ，以此达到规避机组冷源损 失、提升机组能量利用效率的目的。

1.2.2 抽背汽轮机改造

1.2.2.1 纯背压汽轮机改造

通过更换凝汽式汽轮机高中压缸，中压缸排汽实现工业 供汽至热用户，同时低压缸采取去除叶片和汽封的光轴技 术，将底部凝汽器拆除，切断低压缸供汽，将凝汽式低压部 分作为背压改造机组的连轴器。

1.2.2.2 双背压汽轮机改造

通过更换凝汽式汽轮机高中压缸，中压缸排汽作为工业 供汽实现供热，同时中压缸排汽至低压缸，将低压缸去除末 级叶片实现高背压供热，作为民生供暖热源。在非供暖季时， 将低压缸进汽全部切除 ，仅保留满足低压缸运行的冷却蒸 汽，冷却后加热除盐水，实现全部能量利用。

二、背压汽轮机灵活性改造应用

2.1 新建背压汽轮机设计

采取抽汽背压式汽轮机以适应园区工业用汽以及民生供暖需求。

如上图所示，在供暖季时，工业抽汽、背压采暖排汽同时运行，通过汽缸座缸阀调整工业抽汽和背压排汽的热负荷调整，实现工业蒸汽和采暖负荷的灵活性调整。

如上图所示，在非供暖季时，调整汽缸座缸阀保持汽缸 后半部分维持转子叶片所需的冷却蒸汽，实现工业抽汽模式 运行，其中在锅炉 40%负荷出力、工业抽汽 140t/h 供汽量 下，回热系统可完全消纳冷却蒸汽，实现蒸汽零溢流。

2.2 凝汽式汽轮机改造

2.2.1 对#2 纯凝汽轮机进行了高背压供热改造，新增加 一条低压供热转子，将低压缸末级、次末级隔板更换为导流 隔板，去除低压末级、次末级叶片，提高低压缸排汽压力， 降低真空至 50KPa，利用低压缸排汽加热热网循环水实现民 生供暖。如下图所示：

2.2.2 在原汽轮机基础上不做任何变动，以工业用汽为 基础进行中压缸排汽设计，低压缸采用脱叶光轴处理，拆除原凝汽器将低压缸全部隔离。供热首站采用工业抽汽减温减 压加热热网循环水实现民生供暖。

如上图所示，在原有凝汽式机组基础上，将机组改造为 背压机组。

2.3 背压机组灵活性设计改造存在的问题

2.3.1 背压机组虽然热经济性高，但因其“以热定电” 运行方式的限制，在工业用户蒸汽量需求不足情况下，存在  因最低用汽量不足导致机组无法启动的问题。在进行背压机  组改造设计选型时，应充分调研蒸汽用户实际用汽需求，合理选择机组容量参数。

2.3.2 在凝汽式机组背压改造时，存在因改造导致机组 经济运行指标较新建机组差的问题。在改造时，应充分发挥能量梯级利用的作用，在汽机旁路配合背压机组启动、低压 缸通流改造实现压差发电、非供暖季低压转子冷却蒸汽利用 方面多加考虑，进一步提高凝汽式机组背压改造的经济性。

三、结束语

随着双碳政策持续深入，电力行业作为碳排放的行业大 户，在实现国家双碳目标过程中起着至关重要的作用。背压 汽轮机作为经济性高、碳排放量少的电力设备，如何在未来 一段时间内实现灵活性、可靠性改造建设，开展低质低效机 组转型升级，才能在国家降碳政策下发挥重要作用，为建设 美丽中国，推动绿色发展积极贡献电力力量。