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周路索
中國聯合工程有限公司，浙江杭州310000
摘要：隨著我國經濟發展，能源需求和環境保護的挑戰性不斷增強，生物質能在全球已成為繼煤碳、石油、水能后的第四大能源資源。生物質氣化發電項目常采用的內燃機機組、CCPP等技術對燃氣要求高，運行不穩定，嚴重影響部分生物質氣化發電廠的日常生產。高溫高壓再熱鍋爐+汽輪發電機組具有對燃氣要求低、發電效率高、檢修周期長、機組運行穩定等特性。本文以某生物質氣化發電廠發電部分采用高溫高壓一次再熱鍋爐+汽輪發電機組技改升級為例，從技改方案到調試運行和運行效益等方面進行分析論述。
引言
隨著我國經濟發展，能源需求和環境保護的挑戰性不斷增強，生物質能在全球已成為繼煤碳、石油、水能后的第四大能源資源，開發生物質能綜合利用引起了各國政府的高度關注。生物質氣化發電受限于原材料收集范圍、氣化爐生產規模等因素，具有機組規模小、發電量少的特點。氣化氣發電站常采用內燃機機組、CCPP等技術。但是內燃機組和CCPP都對燃氣要求較高，生物質氣化氣成分復雜凈化難度大。國內目前生物質發電采用這兩項技術都深受運行不穩定的困擾。采用燃氣鍋爐+汽輪發電機組發電方式，是技術最成熟、運行穩定性最高的發電方式。但鍋爐容量和汽輪機的裝機容量較小，低參數的蒸汽輪機熱功轉換效率低，經濟性較差。
1項目狀況
為響應國家能源結構調整的號召，在某公司與國家發改委能源研究所、華東理工大學、某研究設計院合作于2008年開始建設年產1億方生物質燃氣發電示范工程。該秸稈氣化發電項目規劃建設規模為10MW，分兩期建設，一期為5MW。發電方式為10*500kW內燃機。一期建設于2010年實現首次并網發電，通過這幾年來不斷改進，氣化爐已能連續穩定運行，煙氣凈化系統也能達到設計性能要求。
但由于秸稈氣化后的煙氣熱值偏低，主要燃氣成分為CO、H2、CH4和少量烯烴，其燃氣中含有少量的焦油，內燃機的氣缸、噴嘴在運行過程中不可避免的產生積碳，導致運行不穩定(半個月之內功率下降40%)，維護周期短，難以實行持續運行，且現有技術還難以解決該類內燃機發電方式的缺陷。發電端設備的性能嚴重影響了正常生產運營。因此對原有發電系統進行技術改造。
2本項目國內外發展現狀及趨勢
常規高溫高壓機組使用規模為50MW機組，一次再熱技術常應用于高溫超高壓及更高參數機組。為了提高全廠發電效率，今年國內高參數技術應用于小型化發電機組中已經初具規模。2016年3月，由中能公司設計的30MW高溫高壓再熱機組已在羅源閩光鋼鐵廠已投運。這些都標志著采用高溫高壓再熱機組技術已經成為小型熱電廠、余熱電廠、生物質能電廠等小型發電廠的主要發展趨勢。
3項目主要設備特點
本工程在主機選型中大膽采用國內先進的高溫高壓再熱機組技術，新建國內第一臺10MW高溫高壓再熱機組。
（1）燃氣部分
一期建有3座秸稈氣化爐，每臺爐產燃氣量為4500Nm3/h，本工程擴建1座氣化爐。燃氣凈化裝置兩套，每套凈化裝置運行能力10000Nm3/h。恒壓式煤氣柜一座，容量5000m3。本工程增加燃氣加壓裝置1套，以滿足鍋爐高效低氮燃燒器燃燒要求。
（2）鍋爐部分
本工程建設一臺35t/h高溫高壓一次再熱燃氣鍋爐，鍋爐熱效率η≥90%。該種爐型在220t/h及以上的燃煤電站、燃氣電站已大量使用，技術成熟度高。近年來，隨著各行各業對發電效率的進一步關注，小功率再熱式汽輪機的開發，推動了小容量再熱式鍋爐的發展，小容量再熱鍋爐和大容量的設計計算方法相同、布置方式相似，制造要求一致。本項目采用該類型鍋爐技術非常成熟。為了滿足環保排放要求，減少爐后尾部煙氣處理的能量損失，本工程采用新型的多級分層高效燃燒的低氮燃燒器。
（3）汽機部分
本工程建設一臺10MW高溫高壓凝汽式再熱式汽輪機。汽輪機采用江蘇金通靈流體機械科技股份有限公司的產品。金通靈公司與國家“***”專家合作成立了高效汽輪機研究團隊，致力于提高小容量汽輪機的效率，適應新能源領域發電對汽輪機的需求，目前是國內唯一一家生產10MW高溫高壓再熱式汽輪機的制造單位。同時在借鑒國外高轉速汽輪機技術的基礎上金通靈大膽研發國產的新型高轉速汽輪機。高轉速汽輪機大大解決了小汽機內效率低下的問題，使常規小汽機內效率75%提高到內效率78～81%。本項目采用國產新型高轉速汽輪機提高了全廠發電效率?？紤]到秸稈燃氣氣量波動，汽輪機具備變負荷運行能力。汽機在布置結構上結合工業用小汽機的0m布置，相比于傳統電站的汽機島布置形式，使整個汽機間布置更加緊湊化合理化。同時本工程為國內第一臺運用于實際工程的10MW高溫高壓再熱式汽輪機。
4調試試驗與試運行
本工程于2015年9月立項可研，2015年9月至2016年10月設計研發。經過一年多的設計研發終于克服各種技術難題完成設計研發。2016年8月破土動工。歷時一年的施工建設于2017年7月底基本完成施工建設。2017年8月8日完成汽輪機5500轉定速。2017年9月6日機組首次并網發電成功。運行近半年來，全廠氣化、發電等各系統運行正常，達到預期效果。
5項目性能分析
從本工程技改完成后的運行情況與技改前內燃機發電、常規10MW發電機組對比分析。面對生物質氣化氣復雜的成分，國產內燃機無法達到穩定運行的基本要求。常規鍋爐+汽輪發電機組對燃氣成分適應能力強，能夠滿足年運行小時8000h，保證全廠穩定運行。常規10MW中溫中壓汽輪發電機組全廠熱效率為26.6%，新型高溫高壓一次再熱汽輪發電機組全廠熱效率為30.6%。比常規10MW機組效率高了15%。
6技改情況簡要評述
?。?）技改后經過近半年的運行，總體運行情況良好，負荷長期達到額定值。實際生產過程中反應的數據，全廠發電量還略高于理論設計值。
?。?）采用燃氣鍋爐+汽輪發電機組完全改善了內燃機組維修周期短，效率下降嚴重的問題，保證了全廠的穩定生產，提高了全廠年收益。
?。?）采用高溫高壓一次再熱技術的汽輪發電機組相比于常規技術的中溫中壓機組提高了全廠效率約15%。
（4）技改10MW高溫高壓一次再熱汽輪機采用0m布置形式，使整個汽機間的布置更加緊湊，大大減小了汽機間土建工程量，減少投資成本的同時又方便運行檢修人員工作。
?。?）汽機采用新型研發的國產新型高轉速汽輪機，提高了全廠發電效率。
7結語
生物質能源的發展符合我國能源結構調整方向，對增加農民收入、新農村建設、改善農村生態環境具有十分重要現實意義。該項目中生物質氣化發電中10MW高溫高壓再熱機組的技術改造優化和成功運行表明，鍋爐+汽輪發電機組在生物質電廠發展中是合理可行的，技改后的生物質氣化發電機組不僅運行非常穩定，還具有良好的經濟效益。在此項目中設計研發的高溫高壓再熱機組提高了小機組的發電效率，對改善類似小機組在選型中面對效率和穩定性之間的同時實現具有重要的意義。
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