張明琪

（南通觀音山環(huán)保熱電有限公司，江蘇南通226014）

南通觀音山環(huán)保熱電有限公司建設(shè)規(guī)模為3×75 t/h+1×130 t/h循環(huán)流化床鍋爐，配置2×15MW抽凝式+1×12MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，對(duì)南通市觀音山鎮(zhèn)及先鋒鎮(zhèn)93家熱用戶集中供汽。其中1，2號(hào)機(jī)為南京汽輪電機(jī)集團(tuán)公司制造的C15-4.9/0.981型抽凝式機(jī)組。近幾年隨著國(guó)家加大了企業(yè)節(jié)能減排的政策支持力度與發(fā)電側(cè)節(jié)能調(diào)度辦法的試行,尤其是金融業(yè)次貸危機(jī)引發(fā)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)減緩，使得熱電企業(yè)生存空間進(jìn)一步縮小。為使熱電企業(yè)生存，一方面，從企業(yè)自身角度講必須擴(kuò)大供熱與降低供電煤耗，對(duì)于抽凝式供熱機(jī)組來(lái)講降低供電煤耗最有效的途徑就是減少或消除汽機(jī)冷源損失，也就是抽凝式改造成抽背式。另一方面，從社會(huì)角度來(lái)講江蘇省加大關(guān)停熱電公司供熱區(qū)域內(nèi)小鍋爐的力度，外部熱負(fù)荷將有一定量的增長(zhǎng)，且仍有2家較大熱用戶未接入我公司供熱管網(wǎng)。因此，進(jìn)行抽凝式供熱機(jī)組改造，提高供汽能力來(lái)滿足供熱市場(chǎng)與降低供電煤耗，提高熱電企業(yè)的熱效率，成為熱電公司改善經(jīng)營(yíng)狀況的重要舉措。

1 機(jī)組改造的整體要求與目標(biāo)

1.1 改造的整體要求

在保持原有汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備基礎(chǔ)的前提下，對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)子部分和汽缸部分進(jìn)行改造，盡量提高機(jī)組的供汽能力（不低于95 t/h），以適應(yīng)外部熱負(fù)荷快速增長(zhǎng)的要求，同時(shí)應(yīng)保證另2臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行；在保證改造后汽輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，要充分利用國(guó)內(nèi)較為成熟的先進(jìn)改造技術(shù)，盡可能把機(jī)組的熱效率提高到現(xiàn)有條件下的最高水平；拆除原有的凝汽器部分，停用循環(huán)冷卻水，減少對(duì)外排放的廢熱，降低二氧化碳與二氧化硫等有害氣體排放量，同時(shí)降低冷卻塔噪聲，進(jìn)一步改善周邊環(huán)境質(zhì)量；改造汽輪機(jī)原有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使之與改造后的汽機(jī)供熱特性相匹配，保證改造后機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.2 改造目標(biāo)

為達(dá)到節(jié)約投資與獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的目的，應(yīng)盡可能多地使用原有設(shè)備，并對(duì)原有的設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)，盡量不增加其他設(shè)備，保證改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；為減少有關(guān)疏水與廢汽等排放，盡可能回收有關(guān)汽水，力爭(zhēng)達(dá)到汽水零排放目標(biāo)；為降低機(jī)組自身廠用電消耗，達(dá)到節(jié)能減排目的，并考慮投資與運(yùn)行成本關(guān)系，停用原有大功率循環(huán)水泵，并安裝有關(guān)輔機(jī)變頻器以之作為調(diào)節(jié)使用。

2 機(jī)組改造方案

2.1 機(jī)組改造的原則性方案

根據(jù)機(jī)組改造的整體目標(biāo)與要求，利用南京汽輪電機(jī)集團(tuán)公司技術(shù)、生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)及多年來(lái)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行的節(jié)能改造經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)對(duì)幾種改造方案進(jìn)行計(jì)算分析比較，決定采用將抽凝式機(jī)組改造成抽汽背壓式機(jī)組的方案。即將汽輪機(jī)工業(yè)抽汽口后面的級(jí)組堵掉部分靜葉汽道，使之改造成為一個(gè)低通流能力的汽輪機(jī)級(jí)組，該級(jí)組的主要作用是既向本機(jī)抽汽回?zé)嵩O(shè)備提供低壓汽源，增加改造后機(jī)組發(fā)電量，提高熱電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可降低汽機(jī)的排汽溫度，避免發(fā)生汽機(jī)排汽缸嚴(yán)重超溫而引起的動(dòng)靜間隙減小產(chǎn)生的碰磨，從而保證改造后汽輪發(fā)電機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，為盡可能多地使用原有設(shè)備，必須對(duì)有關(guān)熱力系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)與完善，才可能達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

2.2 機(jī)組本體部分改造

2.2.1 葉型更換

更換汽機(jī)復(fù)速級(jí)第一列、第二列及第一壓力級(jí)葉片與葉型，以滿足改造后蒸汽通流量與效率要求；更換了新型子午面收縮葉片噴嘴組、導(dǎo)葉環(huán)以及第一級(jí)新型葉片隔板，以滿足機(jī)組改造后蒸汽通流量與效率要求。

2.2.2 壓力級(jí)和葉片拆除

拆除汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子第九至十一壓力級(jí)葉輪及葉片，以減少轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的巨大熱量，同時(shí)提高軸功率輸出，詳見(jiàn)圖1；對(duì)汽輪機(jī)第三級(jí)至第八級(jí)隔板進(jìn)行加堵板及擋汽板工作，以減少蒸汽通流面積與降低鼓風(fēng)損失，詳見(jiàn)圖2。

圖1 轉(zhuǎn)子改造后情況

圖2 隔板加堵板情況

2.2.3 汽封改造

拆除原后汽封，在原第十級(jí)隔板處設(shè)計(jì)制造安裝專(zhuān)用的中間軸封系統(tǒng)，并利用原有的軸封冷卻器進(jìn)行冷卻，以保證背壓排汽不會(huì)進(jìn)入后面的汽缸內(nèi)，同時(shí)對(duì)后面汽缸起到通風(fēng)冷卻的作用，保證后汽缸不發(fā)生超溫現(xiàn)象，詳見(jiàn)圖3。

圖3 中間軸封裝置

2.3 機(jī)組其他系統(tǒng)的相關(guān)改造

2.3.1 抽汽回?zé)峒皩?duì)外供熱系統(tǒng)改造

將高壓加熱器汽源由原可調(diào)工業(yè)抽汽改至原機(jī)組備用抽汽口位置，并經(jīng)核算原D159×4.5抽汽口能夠滿足髙加用汽通流量要求，這樣不僅改動(dòng)工作量較小，而且能增加對(duì)外供汽量，更能減少低通流汽輪機(jī)級(jí)組通過(guò)的蒸汽量；除氧器用汽全部采用汽輪機(jī)低通流級(jí)組抽汽的低壓汽源，設(shè)定壓力約為0.20 MPa，這樣既能保證低壓設(shè)備用汽需要，又能增加發(fā)電出力，避免出現(xiàn)在原熱力系統(tǒng)中，因?qū)ν夤┢难a(bǔ)水溫度低且量大時(shí)，而使用工業(yè)抽汽通過(guò)節(jié)流方式來(lái)加熱降低熱效率的現(xiàn)象；新增1臺(tái)換熱面積為120 m2的低壓加熱器，與原熱力系統(tǒng)中配置的1臺(tái)換熱面積為75 m2的低壓加熱器同時(shí)吸收與消化機(jī)組背壓排汽，改造后一部分補(bǔ)水約有35 t/h通過(guò)原有軸封冷卻器和低壓加熱器后而進(jìn)入除氧器，其他補(bǔ)水可直接通過(guò)新增低壓加熱器補(bǔ)入除氧器；將原機(jī)組2根D250工業(yè)抽汽供熱管道更換為2根D300工業(yè)抽汽供熱管道，同時(shí)將其匯集管由D350更換至D450供熱管道，并將原調(diào)整抽汽母管快關(guān)閥更換為YXKD743H型快速關(guān)閉閥，以適應(yīng)機(jī)組改造后對(duì)外供汽能力的增強(qiáng)，減少蒸汽流動(dòng)壓降；安裝了新增低壓加熱器的進(jìn)、出水及旁路管、進(jìn)汽管、疏水管、抽空氣管道及相關(guān)閥門(mén)，以及有關(guān)用于運(yùn)行監(jiān)視調(diào)整的水位、壓力、溫度等熱工儀表。

2.3.2 調(diào)速及水控系統(tǒng)改造

改造汽輪機(jī)的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要工作為在中壓油動(dòng)機(jī)活塞下加裝了一長(zhǎng)度為70mm銅質(zhì)套筒，使油動(dòng)機(jī)活動(dòng)行程由原來(lái)的94mm縮短為24mm，以減小工業(yè)抽汽的調(diào)節(jié)范圍，從而適應(yīng)機(jī)組改造后的供熱特性要求。該機(jī)組改造后，熱電負(fù)荷的變化特性已發(fā)生了重大變化，改后機(jī)組已同正規(guī)的背壓機(jī)組一樣，變?yōu)橐詿岫姷恼{(diào)節(jié)特性。因此，本改造需從原調(diào)節(jié)系統(tǒng)中解除旋轉(zhuǎn)隔板參與調(diào)壓的功能，僅依靠高壓油動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)來(lái)維持抽汽壓力不變，而旋轉(zhuǎn)隔板改為調(diào)節(jié)除氧器的進(jìn)水溫度。這種改造可避免高、中壓油動(dòng)機(jī)的相互干擾，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；新增1臺(tái)抽汽止回閥水控系統(tǒng)的管道泵，用以維持水控系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定，以減少抽汽止回閥因疏水壓力波動(dòng)而引起的閥門(mén)誤關(guān)。因機(jī)組改造后疏水量遠(yuǎn)小于原機(jī)組運(yùn)行時(shí)的凝結(jié)水量，且水壓也較低，有可能導(dǎo)致水控抽汽止回閥關(guān)閉。為減少此類(lèi)情況的發(fā)生，減少對(duì)外供汽壓力波動(dòng)及運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，實(shí)施了此項(xiàng)改造。

2.3.3 循環(huán)水真空系統(tǒng)及疏放水系統(tǒng)改造

拆除原有冷凝器及循環(huán)水系統(tǒng)管道，詳見(jiàn)圖4。為保證冷油器、冷風(fēng)器等輔機(jī)冷卻用水，在循環(huán)水泵房預(yù)留處新安裝1臺(tái)500 m3/h循環(huán)水泵，其泵出口加裝了一只緩閉碟式止回閥；保留原有機(jī)組冷凝器熱井，并將之改造為1號(hào)機(jī)疏水箱，其汽側(cè)接有抽氣器抽空氣、1、2號(hào)低加抽空氣、疏水泵抽空氣等；水側(cè)接有除鹽水補(bǔ)水、低位水箱回水、1、2號(hào)低加疏水、疏水管再循環(huán)、均壓箱疏水、疏水膨脹箱疏水等，用以最大程度地回收有關(guān)疏水與廢汽，減少對(duì)外排放；保留原熱力系統(tǒng)中甲、乙凝水泵，且更名為甲、乙疏水泵,并加裝了可調(diào)轉(zhuǎn)速的變頻器，其作用是將疏水箱疏水及部分補(bǔ)水經(jīng)軸加、1號(hào)低加加熱后送至原凝結(jié)水母管；保留原甲、乙射水泵及射水抽氣器，并加裝了可調(diào)轉(zhuǎn)速的變頻器，其作用是在相鄰抽凝機(jī)停役時(shí)建立和維持1、2號(hào)低加汽側(cè)在15～20 kPa。同時(shí)為進(jìn)一步降低廠用電，安裝了相鄰抽凝機(jī)真空系統(tǒng)連通管，用于相鄰抽凝機(jī)運(yùn)行時(shí)，建立和維持1、2號(hào)低加汽側(cè)在15～20 kPa，并停用本機(jī)組射水抽氣系統(tǒng)。

圖4 冷凝器拆除中

3 機(jī)組改造后的型號(hào)、性能參數(shù)及熱平衡

3.1 機(jī)組改造后的型號(hào)

按新機(jī)組更換的進(jìn)汽噴嘴面積和額定進(jìn)汽參數(shù)，同時(shí)考慮汽門(mén)的壓力損失為5%，計(jì)算出汽機(jī)經(jīng)改造后最大進(jìn)汽量約為120 t/h，因此本次改造設(shè)計(jì)的額定進(jìn)汽量選定為115 t/h。按該進(jìn)汽量和機(jī)組改造后的通流狀態(tài)，計(jì)算出各級(jí)段總內(nèi)功率Ni為：Ni=10.923MW（其中后部級(jí)組出力1.29MW），取發(fā)電機(jī)效率97.5%，機(jī)械損失以及后缸不做功級(jí)組鼓風(fēng)摩擦損失為0.600MW，則電功率Ne為：Ne=10.923×97.5%-0.600=10.05MW。

根據(jù)上面熱力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，確定機(jī)組改造后型號(hào)為CB10-4.9/0.981/0.080。

3.2 機(jī)組改造后主要性能參數(shù)

該機(jī)組經(jīng)本體與輔助設(shè)備及相應(yīng)系統(tǒng)改造后，為保證其能長(zhǎng)期安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其主要運(yùn)行參數(shù)控制應(yīng)嚴(yán)格按表1有關(guān)數(shù)據(jù)執(zhí)行。

3.3 機(jī)組改造后額定工況下原則性熱平衡

機(jī)組經(jīng)改造后具有三級(jí)抽汽和背壓（低壓）排汽：一級(jí)調(diào)整抽汽由第一壓力級(jí)抽出，主要供工業(yè)用汽；二級(jí)抽汽由第三壓力級(jí)后抽出，供高壓加熱器用汽；三級(jí)抽汽由第五壓力級(jí)后抽出，供除氧器用汽；背壓排汽由第八壓力級(jí)后抽出，供1、2號(hào)低壓加熱器用汽。

表1 機(jī)組主要性能參數(shù)運(yùn)行定額

4 機(jī)組改造前后運(yùn)行工況及供電標(biāo)煤耗分析

4.1 機(jī)組改造前后的運(yùn)行工況

機(jī)組改造前后的運(yùn)行工況詳見(jiàn)表2。

4.2 機(jī)組改造前供電標(biāo)煤耗的分析計(jì)算

由表2得：進(jìn)汽焓I0=3359 .30 kJ/kg，工業(yè)抽汽焓Ig=3087 .2 kJ/kg，給水焓If=636.7 kJ/kg，補(bǔ)水焓Ib=83.8 kJ/kg（20℃），鍋爐效率取ηg=0.85，綜合廠用電率0.18，機(jī)組改造前供電熱耗率qg和標(biāo)煤耗bg的計(jì)算公式如下：

4.3 機(jī)組改造后供電標(biāo)煤耗分析計(jì)算

由表2得：進(jìn)汽焓值I1=3368 .15 kJ/kg，工業(yè)抽汽焓Ig=3120 .7 kJ/kg，給水焓If=546.66 kJ/kg，補(bǔ)水焓Ib=121.18kJ/kg（27.4℃）。

汽機(jī)進(jìn)汽量為負(fù)誤差5%，工業(yè)抽汽量為正誤差5%。

機(jī)組改造后供電熱耗率qg和標(biāo)煤耗bg的計(jì)算如下：

4.4 機(jī)組改造前后節(jié)能量的計(jì)算

根據(jù)第4.2與4.3的計(jì)算結(jié)果，機(jī)組供電煤耗由改造前的382.44 g/（kW·h）下降至機(jī)組改造后的160.38 g/（kW·h），下降了222.06 g/（kW·h）。按該機(jī)組年運(yùn)行6500h計(jì)算，每年可能節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：M=9260 ×（1-0.18）×6500 ×222.06/1000000=10959 .95 t。同時(shí)因停用了大功率循環(huán)水泵及有關(guān)系統(tǒng)，每年可節(jié)約廠用電2.4×106kW·h，折合節(jié)約標(biāo)煤約850 t，兩項(xiàng)合計(jì)每年可節(jié)約標(biāo)煤10000t。

表2 機(jī)組改造前后運(yùn)行工況對(duì)照

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）抽凝式供熱機(jī)組改造為抽汽背壓式供熱機(jī)組由于采用了多種節(jié)能改造技術(shù)，并消除了汽機(jī)冷源損失，是一項(xiàng)節(jié)能、簡(jiǎn)化運(yùn)行系統(tǒng)和減輕環(huán)境污染等多方面收益的可行性項(xiàng)目。由于該型號(hào)機(jī)組熱電企業(yè)中存在較多，具有參考價(jià)值。

（2）抽凝式機(jī)組改造后經(jīng)濟(jì)性明顯增強(qiáng)，因?qū)ν夤┢芰τ筛脑烨?0～70 t/h提高到95 t/h，最大時(shí)可達(dá)到105 t/h，這對(duì)適應(yīng)外部熱負(fù)荷的快速增長(zhǎng)將發(fā)揮重要的作用。同時(shí)機(jī)組經(jīng)改造后汽輪機(jī)本體和熱力系統(tǒng)的熱效率得以提高，供電煤耗率下降幅度較大，每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤10000t左右，使機(jī)組的盈利能力得到了較大幅度的提升，同時(shí)符合國(guó)家節(jié)能減排能源政策與發(fā)電側(cè)節(jié)能調(diào)度細(xì)則，解決了熱電企業(yè)生存問(wèn)題。

（3）節(jié)能減排與環(huán)境改善效果顯著，由于停用了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，減少了熱電公司運(yùn)行維護(hù)量，并可節(jié)水3×106t/a，節(jié)電約2.4×106（kW·h）/a。同時(shí)可減少?gòu)U熱排放，降低冷卻塔運(yùn)行時(shí)噪聲，改善周邊環(huán)境。加之燃煤消耗量減少，每年可減排溫室氣體二氧化碳約20000t，酸性氣體二氧化硫與氮氧化物約500 t，達(dá)到了改善大氣質(zhì)量的目標(biāo)。該機(jī)組因供汽能力的提高，可關(guān)停供熱區(qū)域內(nèi)一批燃煤小鍋爐，進(jìn)一步減少了燃煤消耗，減少了大氣污染物的排放。

[1] 靳智平.電廠汽輪機(jī)原理及系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.