一、立项背景

发展热电联产是实现国家两个根本性转变，实施可持续发展战略的重要举措，是提高人民生活质量的公益性基础设施。当前发展热电联产主要面临两大问题：1）居民采暖需求急剧增加，使得传统热电机组及其传统设计方法面临着供热能力不足的问题；2）新能源电力快速发展，热电机组受“以热定电”模式运行而导致机组电力调峰能力十分低下。本项目主要针对国家能源利用快速发展所面临的技术瓶颈，开展热电机组冷端近零损失供热与高效调峰协同关键技术研发，致力于深度挖掘热电机组供热能力的同时，实现热电机组发电的高效、灵活调峰，提升热电机组运行的整体能效水平，达到节能减排的目的。

内涵和主要做（方）法

本项目围绕实现热电机组供热能力提升与电力调峰能力提升的协同，在总结国外先进经验的基础上，结合国内汽轮机组特定的设计路线，以“温度对口，梯级利用”为指导原则，开展关键技术的创新研发，提出了不同电、热负荷需求的冷端余热回收供热技术，并将吸收式热泵供热、新型凝抽背供热、全工况抽汽集成的梯级供热等供热方式耦合于热电机组系统，根据电、热负荷匹配进行不同供热方式的组合，制定耦合系统的经济性运行方法，实现全厂冷端余热的近零损失和机组的深度电力调峰，在满足热网供热需求的同时，达到热电机组的电热协同调度，促进电网对新能源电力的消纳。

三、原理或机理

本项目涉及的关键技术包括：新型凝抽背供热技术、热电联产与吸收式热泵耦合的梯级供热技术以及全工况抽汽集成的梯级供热技术，主要创新技术介绍如下：

图1 汽轮机新型凝抽背供热系统示意图

（1）适应国内汽轮机的新型凝抽背供热技术。开发了热电机组切除低压缸进汽及凝、抽、背工况在线实时切换的技术体系，利用高效的低压缸冷却蒸汽技术、低压缸胀差控制技术、辅机系统优化等技术，实现了热电机组在纯凝、抽汽与背压工况之间的在线切换和稳定运行，特别是在背压工况下，实现了汽轮机低压缸不进汽做功的长期稳定运行，在满足电力调峰需求的同时，达到机组冷端余热近零损失。

图2 汽轮机全工况抽汽集成的梯级供热系统示意图

（2）全工况抽汽集成的梯级供热技术。基于热电机组全工况运行的特性需求，开发了不同抽汽方式集成的梯级供热技术，对热电机组进行包含主蒸汽、再热蒸汽、工业抽汽、采暖抽汽等不同抽汽方式的高效集成，在满足供热与调峰的同时，优先选择低品位能来供热，实现热电机组的极深度电力调峰和经济性运行。

图3 热电联产与吸收式热泵耦合的梯级供热系统示意图

（3）热电联产与吸收式热泵耦合的梯级供热技术。针对热电厂的冷端余热损失，提出了一种利用正逆耦合循环实现热电联供的系统集成方法，并制定一种协同发电与供热的全工况优化运行方法，实现热电联产和吸收式热泵系统的高效耦合。同时，基于热电厂抽汽供热过程中高温差传热带来的做功能力损失的机理，提出了一种含吸收式热泵、热网加热器疏水换热和尖峰抽汽换热的热网水梯级加热方法，使得在相同供热量情况下，机组煤耗大幅降低。

图4 热电机组多种供热技术集成应用的经济性运行策略示意图

（4）以“温度对口，梯级利用”为指导原则，将新型凝抽背供热、全工况抽汽集成梯级供热、低温余热回收供热等供热方式耦合于热电机组系统，根据电、热负荷匹配进行不同供热方式的组合，制定适用于耦合系统的经济性运行方法，实现全厂冷端余热的近零损失和机组的深度电力调峰，在满足热网供热需求的同时，达到热电机组的电热协同调度，促进电网对新能源电力的消纳。

四、创新亮点和值得学习借鉴之处

本项目主要技术创新点如下：

（1）突破了汽轮机设计和常规运行工况下低压缸最小进汽流量限定的技术瓶颈，设计了低压缸冷却蒸汽和辅机优化系统，开发了用于热电机组切除低压缸进汽的新型凝抽背供热技术，实现了机组在纯凝、抽汽与背压工况之间的在线切换运行和背压工况下机组低压缸不做功的采暖期稳定运行，在满足电力调峰需求的同时，最大程度减少机组冷端损失。

（2）针对热电机组“电热冲突”的技术难题，开发了不同抽汽方式集成的梯级供热技术，对热电机组进行包含主蒸汽、再热蒸汽、采暖抽汽等不同抽汽方式的高效集成，并以能量梯级利用为原则，在满足供热与调峰的同时，优先选择低品位能来供热，实现热电机组的极深度电力调峰。

（3）针对热电机组复杂工况运行需求，将新型凝抽背供热技术、不同抽汽方式集成的供热技术、低温余热回收供热技术等耦合于热电机组系统，制定了基于电、热负荷协同调度的运行策略，实现了热电机组供热与电力调峰的经济运行。

五、实施应用前后效果（益）情况对比

目前，项目主要在华电北京热电有限公司、大唐哈尔滨第一热电厂、华电包头发电分公司、沈阳金山热电分公司、丹东金山热电有限公司等20余台125MW、200MW、300MW、600MW等级燃煤机组和254MW联合循环机组上进行推广应用，综合年节煤总量60.16万吨，产生了显著的效益。典型工程应用如下：

（1）沈阳金山热电分公司200MW热电机组新型凝抽背供热改造

新增对外供热能力97MW，相比于分散供热锅炉，一个采暖季节煤为5.05万吨，以煤价750元/吨计算，节煤收益达3787万元/年；在保证一定供热负荷时，还可使得机组电负荷率降低至25%，由此获得十分可观的调峰收益（参照丹东项目为9076万元）。

（2）华电包头发电分公司600MW热电机组吸收式热泵供热改造

新增对外供热能力148MW，满足了新增供热面积300万m2的热负荷需求，回收余热量折算成标煤为一个采暖季节约标煤7.13万吨，节煤收益5347万元。效益十分明显。

（3）丹东金山热电有限公司300MW热电机组不同供热技术集成应用改造

两台机组共新增对外供热能力达263MW，一个采暖季节约标煤6.92万吨，节煤收益达5190万元。同时在满足热网供热需求的情况下，使得机组电负荷率降至为零，实现热电机组的极深度电力调峰，2017-2018采暖季的调峰电量为1.87亿kWh，获得调峰收益9076万元，收益十分明显。

六、可推广应用范围

本项目以当前国家能源利用快速发展所面临的技术瓶颈为目标，进行热电联产先进供热技术的自主创新，取得了一系列具有自主知识产权的成果。本项目引领了我国热电联产领域的技术革新，有力促进了我国社会转型与产业结构升级的步伐。特别是新型凝抽背供热技术，突破了汽轮机设计需保证低压缸最小进汽流量的限制，为国内汽轮机改造与设计提供了新思路。同时从基于能量梯级利用先进理论的系统集成角度，进一步挖掘热电联产的能效水平，突破了传统单一流程循环效率进一步提高所受到的技术限制，为热电联产节能增效提供了新方法，也为国内热电机组的可持续发展及电网的负荷调峰提供了新的技术发展方向，具有显著的经济效益、社会效益和推广价值。