1. 引言
背压发电机组，由于其没有冷端热量损失，机组热效率可以达到90%以上，发电标准煤耗仅有130 g/kW∙h，而同容量的抽凝式发电机组，其热效率不到50%，发电标准煤耗高于270 g/kW∙h [1] 。背压发电机组供热、发电的高效性近年来逐步为中小城市热电联产所青睐。但供热机组在建设过程中普遍存在热网建设滞后于机组建设的问题。对于背压机组来说，无热网对机组试运带来了更多的难题。
某电厂1号机组为670 t/h锅炉、50 MW背压供热发电机，2号机组为350 MW超临界燃煤抽凝式发电机组。2号机组正常投运后，由于热网不能和机组同步运行，1号背压机组的试运无法按照正常设计方式进行。本文以该厂为依托，对无热网背压发电机组试运进行了研究，提出了合理的试运方案。其研究成果对于同类型机组的试运具有借鉴意义。
2. 工程设计概况
热电厂1号机组(50 MW背压供热)锅炉为高压参数、单炉膛、无再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型布置燃煤自然循环汽包锅炉。锅炉主要参数如表1所示。
锅炉采用4台MPS150HP-II型中速磨煤机正压直吹式制粉系统，三运一备。A层燃烧器采用等离子点火装置。设置BC、CC两层油枪，点火启动及助燃燃油品种采用0号轻柴油。设置1台100%汽动给水泵和1台100%电动给水泵，电动给水泵同时作为#2机组启动用给水泵。
汽轮机采用高温高压单缸单排汽、1级调整抽汽、背压式汽轮机。进入汽轮机的蒸汽通过一个冲动式调节级和13个反动式高压级后，通过两根排汽管排入低压供热管道。
Table 1. Main date of 50 MW boiler
表1. 50 MW锅炉主要参数
汽轮机具有三级抽汽，一级抽汽分别向给水泵汽轮机、工业抽汽供汽，二级抽汽向1号高压加热器供汽，三级抽汽向2号高压加热器和除氧器加热供汽。机组两级工业抽汽4.05 MPa和1.3 MPa分别抽自一级抽汽和汽轮机背压排汽。4.05 MPa(a)工业抽汽管道上装设逆止阀、快速关断阀、调节阀、安全阀, 1.3 MPa(a)汽轮机背压排汽管道上装设逆止阀、快速关断阀、排汽阀、安全阀。机组的热力系统如图1所示。
辅助蒸汽系统为全厂提供公用汽源。本工程每台机设一根压力为0.65~1.3 MPa(a)，温度为260℃~350℃的辅助蒸汽联箱。1、2机组的辅助蒸汽联箱用一根辅助蒸汽母管连接。正常运行时由本机排汽向辅助蒸汽系统供汽，机组启动或低负荷时辅助蒸汽由启动锅炉或＃2机组提供辅助汽源。
机组热平衡参数如表2所示。
本工程水源采用城市再生水、湖水为备用水源。锅炉补给水处理系统流程如下：再生水(原水)预处理→清水箱→清水泵→自动反冲洗过滤器→超滤(UF)装置(4 × 214 m3/h)→超滤水箱→超滤水泵→一级保安过滤器—→一级高压泵→一级反渗透(RO)装置(4 × 161 m3/h)→一级淡水箱→淡水泵→阳床(5 × 190 m3/h)→阴床(5 × 190 m3/h)→混合离子交换器(5 × 190 m3/h)→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。
2号机组为350 MW超临界抽凝式供热机组，热力循环采用八级回热抽汽系统，设有3台高压加热器、1台除氧器和4台低压加热器。2号机组再热器向热网供4.0 MPa的蒸汽，4段抽汽向热网供1.3 MPa的蒸汽。
3. 无热网所产生的问题
设计工况下，背压机组排汽进入热网，经热网吸热以后回收回水。热网不具备条件主要要解决的问题是背压机组排汽的消纳问题。
Figure 1. 50 MW unite thermal system diagram
图1. 50 MW机组热力系统图
Table 2. Unit heat balance parameters of pure back-pressure condition table
表2. 50 MW机组纯背压工况热平衡参数表
背压机排汽消纳有以下几个途径，1) 本机吸收利用；2) 被2号机组吸收利用；3) 通过外接消音器排出；4) 排汽进入2号机组启动扩容器。
3.1. 本机吸收利用背压机排汽的可行性分析
1号机组本机使用排汽的主要设备有：除氧器、2号高加。这两个设备在满负荷工况下可以使用62 t/h蒸汽，在50%负荷下可以使用29 t/h蒸汽。而在满负荷和50%负荷汽轮机进汽量分别为441 t/h和348 t/h，仍有大量的排汽需要消纳。1号机组的汽泵使用的汽源是本机高压抽汽(4.0 MPa)。其它如吹灰、轴封、暖风器等需要的蒸汽量很小。因此本机只能吸收利用少量的背压机排汽。
3.2. 2号机组吸收利用1号机排汽的可行性分析
在1号机组试运期间，2号机组已经转入了商业运行。2号机组使用外部蒸汽的设备主要有汽泵、除氧器、轴封、吹灰、暖风器等。
1号机组在试运期间，蒸汽品质及稳定性都不能保证，而2号机组为1台100%容量的汽泵，如果全部使用1号机组的蒸汽，1号机组跳机或者负荷波动都将引起二号机组的跳闸。
2号机组的除氧器也需要比较稳定的汽源，除氧器的汽源波动，会引起给水温度及除氧器水位的大幅波动，同样也会危及2号机组的稳定运行。
2号机组轴封汽源的波动会引起真空的变化，同时也可能引起汽轮机的振动。
锅炉吹灰是间断进行的，这种间断性使得1号机组的排汽不能稳定，1号机组无法稳定运行。
暖风器只是在点火初期使用，2号机组带大负荷稳定运行后，暖风器已经切除。
由此可见，在1号机组运行稳定且蒸汽品质合格的情况下，2号机组只能使用少量1号机组的排汽，且1号机组运行不稳定，会给2号机组带来安全风险，另外尚有大量排汽无法消纳。
3.3. 通过外接消音器排出的可行性分析
背压机组排汽通过外接消音器排出主要要考虑以下几个因素：1) 排汽量的大小；2) 排汽压力的大小；3) 周围人群对排汽所产生噪音的可接受度；4) 排汽凝水的去向；5) 化学制水在满足2号机组运行条件下可供1号机组的使用量；6) 排汽运行方式的经济性。
排汽量的大小和排汽压力的大小直接取决于所带负荷的大小。图2为机组负荷与背压的曲线。由曲线可以查出，在排汽压力为0.5 MPa时，所带负荷不应超过25 MW，此时排气量约为250 t/h。
噪音的大小直接取决于排汽压力的大小和排汽量的多少。排汽压力越小，排汽量越小，所产生的噪音越小。由于在试运阶段，需要持续性排汽，排气压力应尽可能低，排气量应尽可能少。
从消音器排出的蒸汽，一部分飘散于周围空气中，飘散于空中的蒸汽很快会凝结落下，对周围建筑物会有一定的污染。在消音器中直接凝结的水温度有90℃以上，这些热水的去向也需要考虑。热水可以进入循环水，但这样会使循环水温度升高，降低了2号机组的效率，影响2号机组安全经济运行；热水也可进入雨水井，但这样对环境有一定的热污染，引起周边百姓注意，易发生群体事件。从凝水的去向来看，机组的负荷不宜太大。
本工程设计化学制水量为4 × 160 t/h，2号机组商运初期预留200 t/h供水，化学4列制水考虑一列备用(或者故障处理)，1号机组实际供水量按照280 t/h考虑。280 t/h的供水所带负荷不应超过25 MW。
1号机组所配锅炉为200 MW，汽机为50 MW。在没有热负荷的情况下，1号机组发电是不经济的。在满足冲转和并网试验目的的情况下，1号机组所带负荷越低越经济。
1号机组配备了1台磨煤机的等离子点火，1台磨煤机等离子运行比较稳定，2台磨煤机不宜长时间运行(投入第二台磨煤机的过程中是否需要投油还需要实际验证。如果不投油，投入2台磨煤机，由于热负荷不高，第二台磨煤机没有引燃明火，煤粉的燃烬率不能保证，易发生尾部烟道再燃烧)。投入3台磨煤机，锅炉的热负荷将达到150 MW以上，50 MW的汽轮机不能消纳锅炉所产生的蒸汽。所以在无热网
Figure 2. Curve of the load and back pressure
图2. 机组负荷与背压的曲线
的情况下，建议1号锅炉投入等离子1台磨煤机运行。考虑到等离子模式下煤粉的燃烬率，一台磨煤机运行机组负荷控制在25 MW以下。
综合考虑以上因素，在1号机组在热网不具备的条件下，在不超过25 MW的负荷进行短时间试运的情况下，可以采用外接消音器的方式排出背压机组的排汽。
外接消音器系统需要作如下改变：
在冷却塔入口处设置消音器，热网供汽管和热网回水管均接至消音器，消音器按照能承受1.5 MPa压力、300℃、300 t/h蒸汽设计，消音器的排汽至大气，排水至冷却塔塔池，要注意排汽对周围建筑物的污染问题，要考虑消音器的支固及膨胀问题。
将热网回水至冷却塔管道接至供热管道截止阀后，回水管在化学除铁器前断开并加封堵，封堵按照承受1.5 MPa、300℃设计。
电厂其余系统按照正式系统安装。
外接消音器后机组按照如下方案进行试运：
锅炉化学清洗及吹管按照常规锅炉化学清洗及吹管进行[2] 。炉前化学清洗应包括热网回收水的管道及化学除铁器、热网回水换热器、热网回收水集水箱等。
机组冲转、并网、带负荷过程按照设计工况进行启动，只是将供热网的排汽通过消音器排出即可。
在启动过程中通过排汽吹扫排汽管道、辅汽管道、锅炉旁路、2号机组四段抽汽管道、供热管道和回水管道。
在整个系统吹扫完成、系统洁净后，根据带负荷情况可以回收部分蒸汽。蒸汽回收的途径有：辅汽、疏水膨胀箱。在保证2号机组运行安全的前提下，2号机组可以通过辅汽联箱使用部分1号机组的蒸汽。
3.4. 排汽进入2号机组启动扩容器的可行性分析
在2号机组启动初期，2号机组启动疏水扩容器有大量启动疏水进入，1号机组背压排汽无法进入2号机组启动疏水扩容器。在2号机组带大负荷后，启动疏水扩容器用户较少 [3] ，1号机组背压排汽可以进入2号机组启动疏水扩容器。背压机组排汽进入2号机组启动疏水扩容器与外接消音器效果比较类似。排汽进入2号机组启动疏水扩容器后，在水质不合格时，扩容器疏水进入循环水，在水质合格后可以根据需要进入2号机凝汽器。进入循环水同样会引起循环水温度升高，降低2号机组的效率。进入凝汽器要考虑2号机组的水平衡问题。
排汽进入启动疏水扩容器需要接一根比较长的管道，其路由的选取比较困难，另外需要在启动疏水扩容器开口，其增加投资将会较大。
排汽进入启动扩容器后，厂内的供热及回水管道需要另外采取措施进行清洁。
4. 结论
在热网不具备投用条件时，2号机组完全消纳1号背压机组排汽进行1号机组的试运是不可行的。1号机组自身只能消纳少量自身排汽。1号机组排汽进入2号机组启动疏水扩容器所需增加的投资较大，还受到2号机组负荷限制，在2号机组低负荷时不可行的，另外供热及回水管道清洁还需要采取额外措施。
在不超过25 MW的负荷进行短时间试运的情况下，采用外接消音器的方式进行试运最佳选择。
5. 后记
按照该文的研究成果，该厂在热网不具备的情况下，采用外接消音器排放背压机组排汽的方式，完成了机组的试运，按期完成了上级单位所下达的基建工作任务。试运过程中，投用了1台带等离子的磨煤机，燃煤量为18 t/h；汽轮机背压排汽压力为3 bar；所带电负荷为10 MW，厂内供水可以满足2台机组运行的需求；在周围村庄测量噪音，其噪音为65分贝，居民对噪音的污染可接受；机组排汽飘散于空中，没有什么污染；机组排水加水冷却排放于循环水，对2号机组运行也没有影响。