与常规火电厂不同，垃圾焚烧发电厂以垃圾处理为主，发电为辅。受垃圾总产量及垃圾热值不高的限制(相对于标煤热量)，垃圾焚烧发电厂均配置小功率的汽轮机组，采用定压启动的运行方式，同时不参与调频。相配套的垃圾焚烧锅炉蒸汽参数均为中温中压工况(4.0MPa，400℃)[1-2]，仅有少数垃圾焚烧电厂采用了中温次高压工况(6.4MPa，450℃)[3]。由于垃圾焚烧发电厂汽轮机的主蒸汽温度不高易导致汽轮机低压段湿蒸汽区扩大，为了避免低压段的水蚀，汽轮机低压段叶片级数就必须增加。又因垃圾热值会随季节波动，导致锅炉主蒸汽流量和参数变化幅度也相当大，所以首选具有较强变工况运行能力的汽轮机组[4]。
本文结合垃圾焚烧发电厂汽轮机组及其热力系统的技术特点，对汽轮机的选型合理性进行了计算分析，同时针对国内典型垃圾焚烧发电厂汽轮机组热力系统方面存在的问题，给出了合理的优化措施，其分析结论适用于同类型机组。
1 宝安垃圾焚烧发电厂汽轮机及其相关热力系统特点分析
1.1 汽轮机技术特点
由以上分析得出，垃圾焚烧发电厂常选择低压段抗水蚀能力强、变工况能力强的中压或次高压凝汽式汽轮机。宝安垃圾焚烧发电厂二期工程配置4台比利时西格斯的焚烧炉，形式为多级倾斜式往复排炉，单台焚烧炉日处理垃圾量为750t，日处理能力可达4200t，垃圾低位热值设计值为7118kJ/kg。配套的2台汽轮机由南京汽轮电机有限责任公司制造，中压、单缸、抽汽、凝汽式汽轮机，型号为C30-3.8/1.7/395型，配套2×32MW的发电机组。采用定压启停方式。汽轮机相关技术数据见表1。
表1 宝安垃圾发电厂(二期)汽轮机技术参数
1.2汽轮机选型合理性分析
垃圾焚烧发电厂不同于火力发电机组，在以垃圾处理为主的情况下，需考虑如何降低发电成本。从汽轮机选型合理性的角度来分析，汽轮机的额定容量成为关键分析因素，既要选取额定功率较小的汽轮发电机组，同时也要避免汽轮发电机组的额定功率太小，导致与锅炉出力不相匹配的情况发生。以下对宝安垃圾焚烧发电厂的汽轮机选型情况进行校核计算。
以下结合宝安垃圾发电厂2台焚烧炉匹配1台汽轮机组的满负荷实际运行工况下的相关数据，应用以上计算公式，得出了机组满负荷运行所需汽轮机的最大输出功率，见表2。
表2 满负荷运行工况下汽轮机的功率计算结果
由表2计算结果可知，在满负荷运行工况下，也即2台焚烧炉达到最大出力工况时，汽轮机组的输出功率略高于31.64MW，才能与锅炉出力基本相匹配。该厂配置额定输出功率为30MW(最大功率32MW)的汽轮机组，满足垃圾焚烧电厂的正常运行，所以该厂汽轮机组的选型合理。
1.3 汽轮机组旁路系统特点分析
与常规火电厂不同，垃圾焚烧发电厂要求“停机不停炉”，年运行时间一般要求不低于8000h，即当汽轮发电机组因故障或检修停机时，焚烧炉能够保持正常连续运行。所以垃圾焚烧发电厂均设置为汽轮机旁路系统运行方式。汽轮机因故障停机时，主蒸汽经旁路系统减温减压后排至凝汽器。同时设置启动、低负荷减温减压器系统，旁路蒸汽经过减温减压后用于锅炉空气预热器和除氧器的加热蒸汽。目前旁路系统有两种设计方案: 一种是配备旁路减温减压器和高压旁路凝汽器的大旁路系统，另一种是仅具有旁路减温减压器的小旁路系统[5]。
宝安垃圾焚烧发电厂采用的是第一种配置方案(旁路系统额定流量为168t/h)，配套旁路高压凝汽器及其循环冷却水、旁路凝结水系统和旁路真空系统。当汽轮机停机时，焚烧炉燃烧产生的新蒸汽直接经过减温减压后进入旁路高压凝汽器冷凝为旁路凝结水，旁路凝结水通过旁路凝结水系统进入除氧器。同时开启启动、低负荷减温减压器系统，新蒸汽经过减温减压后分别进入除氧加热蒸汽和空气预热器母管，分别用于锅炉给水加热除氧和焚烧炉空气预热器，以保证焚烧炉、余热锅炉和除氧器的正常运行。此方案虽然相对于后一种增加了投资成本，但可以实现事故状况下的快速响应，同时有利于汽轮机降负荷的变工况运行，大大提高了运行的稳定性和灵活性[6]。
2 机组热力系统优化分析
2.1 除氧器加热蒸汽系统优化
宝安垃圾焚烧发电厂二期工程给水除氧采用压力式热力除氧，除氧器正常运行时加热汽源来自于汽轮机二段抽汽，调试启动期间由主蒸汽通过减温减压后的加热蒸汽作为启动备用汽源。该厂初期通过机械式弹簧减压阀将加热蒸汽减压来达到除氧器的压力范围，该阀门的工作原理是预先调整弹簧的预紧力，当阀门入口压力达到调整压力后，克服弹簧预紧力而开启阀门，但在实际运行过程中，由于启动初期主蒸汽压力不稳定，该阀门频繁开启和关闭，需频繁调整弹簧预紧力，造成了除氧器加热蒸汽压力也不稳定，除氧效果不佳。同时由于加热蒸汽至除氧器的供汽母管沿途未设置疏水管路，导致管路中大量积水，积水中杂质集聚到机械式弹簧减压阀前，使得该阀门常发生弹簧卡涩而无法正常开启，除氧器供汽量不足。通过改造减压阀和增设疏水管路解决了该问题。
2.2 轴封供汽管道改造
宝安垃圾焚烧发电厂汽轮机组加热蒸汽通过均压箱后供汽轮机前后汽封，均压箱上装有汽封压力调整分配阀，使均压箱保持2.94～29.4kPa的正常压力,当均压箱中压力低于2.94kPa时,二段抽汽作为备用轴封供汽通过该分配阀向均压箱供汽,当均压箱中压力高于29.4kPa 时,多余的蒸汽通过汽封压力调整分配阀排入凝汽器。该厂启动初期在汽轮机前后汽封正常投入时，均压箱压力却无法建立起来。初步分析为均压箱供汽不足，通过计算分析得出设计院给定的加热蒸汽至均压箱的供汽管道直径太小(直径为20cm)，同时存在轴封回汽不畅的问题，由于疏水系统设计未将无压和有压疏水分开，造成有压疏水通过无压疏水管道时因反串到轴封供汽管道内而积水，致使轴封供汽不畅。后通过将供汽管道直径改造为108cm，增加了轴封供汽量，通过隔离有压疏水管路，并通过均压箱内加热蒸汽对轴封管道充分暖管疏水来解决轴封管道积水问题(使表述清晰)，建议该厂需对疏水系统的有压和无压管道分别布置。
2.3 轴封供汽温度调整
该厂汽轮机组低压汽封供汽温度要求范围为：120～180℃(整定值为150℃)，如果轴封供汽温度过高，则易造成汽轮机组轴封体松动，而较大热应力作用会造成机组动静摩擦，影响转子寿命;轴封温度过低则易使轴封供汽带水进入汽轮机机组。由于该厂二段抽汽供均压箱和轴封供汽均未设计调温装置，运行期间会长时间出现供汽温度大于220℃的情况，目前只能通过调整均压箱进汽量来调整温度，这一方面增加了运行人员操作量，另一方面调整进汽量也会影响机组汽封压力的稳定，长期运行则对机组安全产生一定的影响，故建议该厂在均压箱处增设减温装置来解决此问题。
3 结 论
本文对宝安垃圾焚烧发电厂汽轮机选型的合理性和旁路系统的技术特点进行了分析，结合实际数据得出该厂配置的汽轮机组与锅炉出力基本相匹配，满足垃圾焚烧电厂的正常运行。尽管该厂汽轮机选型和旁路系统设计合理，但在调试期间发现该厂的除氧器加热蒸汽管道系统、疏水管道设计和轴封供汽方面均存在一定的问题，因此必须通过实际分析给出合理的解决方案。本文对于同类型垃圾焚烧发电厂具有一定的借鉴意义。
原标题：垃圾焚烧发电厂汽轮机特点及热力系统优化
