肖慧杰 張雪松

與現(xiàn)代大型600MW，1000MW機組相比，帶基本負荷的 200MW凝汽式汽輪發(fā)電機組技術(shù)經(jīng)濟指標差、煤耗高、效率低、投運時間長，越來越不符合目前國家節(jié)能減排的能源政策，需要逐步關?；蜻M行技術(shù)改造來適應當前的發(fā)展形勢。在條件具備的電廠實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)是節(jié)約能源、保護環(huán)境、降低投資的有效措施之一。

1 工程概況

華電卓資電廠 4×200MW空冷機組工程位于內(nèi)蒙古烏蘭察布盟，汽輪機為間接空冷、凝汽式、三缸雙排汽，由東方汽輪機廠制造。根據(jù)城市總體規(guī)劃、供熱規(guī)劃及熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃，對 3號，4號機組進行供熱改造，滿足 3.6×106m2供熱需求。

2 汽輪機供熱改造技術(shù)方案

在汽輪機每個中、低壓缸聯(lián)通管上打孔抽汽，聯(lián)通管上增加蝶閥，適當調(diào)整抽汽壓力，鍋爐、發(fā)電機等部件原則上不改動，此方案機組改動不大，改造投資少，見效快，技術(shù)方案安全[1]。

供熱面積按照 3.6×106m2設計，供熱綜合熱指標按 57W/m2設計，額定供熱抽汽量定為 150 t/h，最大供熱抽汽量定為 200 t/h，對應的抽汽壓力為 0.30MPa左右，抽汽溫度為 253.5℃，考慮汽輪機在低電負荷下供熱的可能，最低的抽汽飽和溫度定為 119℃，對應的抽汽壓力為 0.196MPa[2]。改造后熱、電聯(lián)產(chǎn)供熱機組，滿足現(xiàn)行的國際、國家和電力行業(yè)標準、規(guī)程、規(guī)范，設計方案能保證改造后機組在凝汽和抽汽供熱各工況下的運行安全。

2.1 供熱改造內(nèi)容

更換帶有抽汽口的中低壓聯(lián)通管，在中低壓聯(lián)通管上增設供熱蝶閥(包括液動驅(qū)動機構(gòu)等)和安全閥，增加供熱抽汽管路(熱網(wǎng)蒸汽管道)。抽汽管道從汽輪機 15.700 m聯(lián)通管接出至11.300m，在11.300m彎頭處設彎頭固定支架，分割汽機本體與抽汽管路的相互作用，為汽機本體與抽汽管道應力分析設定界限。汽機本體部分通過裝設彎管、直管壓力自平衡型膨脹節(jié)補償軸向熱膨脹值及少量角位移，以保障汽輪機本體運行安全，熱網(wǎng)蒸汽管道增設逆止閥、液動快關閥以及電動隔斷閥(帶中停蝶閥)等滿足供熱工況運行的要求。

2.2 供熱改造后機組安全運行建議措施

1)改造后增加了抽汽管道，在汽輪機組甩負荷時，將產(chǎn)生殘留在抽汽管道內(nèi)的抽汽，機組“有害容積”增加，汽輪機組可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速飛升[3]。為機組運行安全起見，建議在抽汽管道上增設抽汽逆止門及安全閥。2)機組進行供熱改造時，增設的抽汽管道、執(zhí)行機構(gòu)等，在具體布置時，應結(jié)合電廠實際情況妥善考慮，盡量不影響機組的正常檢修，不影響機組的正常運行，或留下事故隱患，危及機組運行安全。3)機組供熱后，需補充提供供熱工況監(jiān)視參數(shù)限制值。4)實際供熱時最大抽汽量不允許超過設計值，同時要求有最低投供熱電負荷，以避免產(chǎn)生零推力或負向推力，確保抽汽管道安全，避免影響機組運行安全。

3 熱網(wǎng)蒸汽管道

1)熱網(wǎng)蒸汽管道敷設。熱網(wǎng)加熱站與主廠房擴建端貼建，與主廠房 A列平行走向的熱網(wǎng)蒸汽管道選擇毗間頂布置，利用已有資源，減少廠區(qū)空間占用，節(jié)省耗材。主廠房內(nèi)，熱網(wǎng)蒸汽管道從11.300m橫穿汽機房運轉(zhuǎn)層至A列，為保障A列前步道正常通行，提至 15.880m穿 A列墻至主廠房毗間頂(毗間頂標高 14.600m)。熱網(wǎng)蒸汽管道毗間頂布置行至主廠房[34]軸(毗間側(cè)墻)，沿毗間側(cè)墻垂直降至 5 m布置，既節(jié)約支墩耗材，又保障地面順暢通行。管道平行熱網(wǎng)加熱站?軸敷設 15m后，至②軸前入熱網(wǎng)加熱站。3號機組熱網(wǎng)蒸汽管道在毗間頂(從[22]軸 ～[34]軸)沿 A列方向管線(中心標高 15.880m)總長 95m，最大軸向熱膨脹值約為 300mm，為使設計更經(jīng)濟耐用，應減少補償器在管道中的使用，故毗間頂管線中點部位([28]軸線)設置“U”形彎，管道自補償滿足。

熱網(wǎng)站內(nèi)，管道、設備區(qū)為兩層，即 0.000m，7.000m層，加熱器布置在 7.000m層，中心標高 8.500m，值班室、會議室等也在此層。鑒于以往工程大管道低標高布置，人通行時壓抑感、擁堵感強烈，支吊架顯巨、突兀，本加熱站內(nèi)大管道如熱網(wǎng)蒸汽管道、供回水管道等都貼 7.000m層梁底布置，中心標高 5m。常規(guī)兩機熱網(wǎng)蒸汽母管聯(lián)絡管布置形式是從 5.000m層熱網(wǎng)母管垂直向上引至 7.000m層上，致使兩加熱器間通道阻斷，閥門布置擁擠?？紤]加熱站 7.000m層人員集中，聯(lián)絡管移至加熱站?軸側(cè)墻，與熱網(wǎng)加熱器最外層輪廓線不交叉，避免影響加熱器抽殼檢修。5.000m母管引出聯(lián)絡管貼 7.000 m層樓板下布置，土建7.000m層梁須避開聯(lián)絡管軸線設置，7.000 m層上下均消除障礙，視覺上更加簡潔通暢。主廠房內(nèi) 11.300m標高閥門集中，荷載大，又在島式汽機大平臺外，故需土建在 10.000m層增設荷載支撐，同時增設閥門檢修維護平臺，平臺從基座通至汽機房10.000m層 A列布道。加熱站內(nèi)閥門統(tǒng)一采用蝶閥，它尺寸最小，可實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。但常規(guī)蝶閥為單向流動[4]，聯(lián)絡管蝶閥中介質(zhì)為雙向流動，需特別注明雙向流動要求。

2)熱網(wǎng)蒸汽管道支吊架規(guī)劃。為滿足汽機本體應力分析界限處固定點與熱網(wǎng)加熱器設備接口推力(力矩)要求，長管線方向(主廠房擴建端至固定端方向)考慮設置隔斷措施，位置擇優(yōu)結(jié)果:在 3號，4號機組熱網(wǎng)蒸汽管道出主廠房A列處與熱網(wǎng)加熱站③軸處分別設置 2號，3號徑向限位裝置，見圖 1，圖 2，消除大力臂對設備端口、固定點的不利作用。主廠房 3號機組熱網(wǎng)蒸汽管道管線長，有 2個大“U”形布置，應對 Y向熱膨脹值合理約束，分別設置 4號徑向限位支架、7號軸向限位支架。

熱網(wǎng)蒸汽管道布置共有三個標高，主廠房內(nèi) 11.300m～15.880m熱膨脹值約 14 mm，15.880m上為 2號徑向限位裝置，距荷載支撐點較遠，不采用彈性支撐。廠區(qū) 5.000m～15.880m熱膨脹值約 34mm，必須在編號為 5號或 6號的支架處設置彈簧吸收熱位移，其余可設置為剛性支架(主廠房內(nèi)、廠區(qū))、剛性雙拉桿吊架(加熱站內(nèi))，加熱站內(nèi)支管熱膨脹值均向上。5號若為彈簧支架，毗間頂總長95m的管線中心標高均需提高一個彈簧高度，整個毗間頂土建支墩都隨之提高，耗材量增大，故規(guī)定 6號為彈簧支架，5號為滑動支架。綜上，熱網(wǎng)蒸汽母管(規(guī)格 φ1 020×11)約 250m(3號機組母管長度)管線上僅 6號為彈簧形式。在熱網(wǎng)加熱站 7.000m層，熱網(wǎng)蒸汽支管依次設置彈性支架、電動蝶閥。

管系綜合分析及管道支撐統(tǒng)籌規(guī)劃設計，管道及支撐簡捷，工程耗材量低，避免直接程序計算，支吊架形式分配盲目，受不當形式牽連，剛性、彈性形式分布散亂。以上分析經(jīng) GLIF應力分析軟件計算校驗，在各種工況下，管道應力均在允許范圍內(nèi)，滿足管道所連設備對接口的推力(力矩)的限制要求，管系穩(wěn)定可靠。

3)支吊架設計。對于高空布置的廠區(qū)管道，耗材量大;不能充分利用軸向平行大管道聯(lián)合支墩空間;滑動支架采用的聚四氟乙烯板大板，蠕變率高，易錯位失效。長期運行，由于管道熱膨脹、蠕變等因素，管部有從支墩滑脫而出現(xiàn)懸空的現(xiàn)象?；诠艿乐Ъ芄懿恳陨媳锥?，本次支架設計參考麥思達石化《復合 PTFT自潤滑滑動支座》中管部及其滑動摩擦副的設計思路。管部支架下基板為長方形，徑向尺寸略小于管道直徑，防止徑向熱位移、蠕變等因素導致管部懸空，利于聯(lián)合支墩設計，軸向尺寸小(φ1 020mm×11mm下基板軸線尺寸 A=200mm，徑向尺寸 B=870mm)，鋼支墩即可滿足要求，節(jié)省土建耗材量，經(jīng)濟美觀。管部上基板軸向、徑向尺寸均可依據(jù)管道熱位移值加長、加寬。運行時，管部在固定的下基板(滑動摩擦副)上滑動，釋放熱位移，即增加管部尺寸取代了增加土建支墩尺寸，節(jié)省投資，經(jīng)濟美觀。采用滑動摩擦副替代聚四氟乙烯板大板?；瑒幽Σ粮钡南禄宀捎们度氲亩鄠€小直徑的填充聚四氟乙烯板復合夾層板片，其承壓強度大于 60MPa，上基板(管部支架底板)為不銹鋼。填充聚四氟乙烯板復合夾層板片與不銹鋼板干滑摩擦系數(shù)不大于 0.05，無論在有油無油、有水無水、有粉塵嵌入或泥沙混雜的情況下，均能在極低的摩擦系數(shù)下運行[4]，對于并行布置的管道支架，采用聯(lián)合支墩。聯(lián)合支架不同底標高時應采用較低值為土建支墩設計頂標高，對于彈簧支架，亦可給定荷載、給定彈簧號使兩支架底標高相同。土建支墩與管道軸線保持相同坡度，便于管道帶坡度安裝，減少支墩上積水、積沙。

4 結(jié)語

通過內(nèi)蒙古卓資發(fā)電有限公司 4×200MW凝汽式汽輪發(fā)電機組供熱改造，對于此類項目汽輪機改造提出了從汽輪機中低壓聯(lián)通管增加抽汽管路的設計方案;對于管道設計，提出利用原有資源自補償敷設、管系統(tǒng)籌規(guī)劃荷載支撐的設計思路;對于廠區(qū)支架設計，針對典型管部長期運行中出現(xiàn)的管部懸空、聚四氟乙烯大板滑脫失效等問題，采用了新型管部、新型滑動摩擦副化解此難題，為同類機型供熱改造提供優(yōu)化設計策略，值得推廣。

[1] 楊 雁，葉東平.200、300MW純凝機組改造供熱機組的分析研究[J].熱機技術(shù)，2009(3):23-42.

[2] DL/T 5000-2000，火力發(fā)電廠設計技術(shù)規(guī)定[S].

[3] 吳季蘭.汽輪機設備及系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社，2004.

[4] 陸培文，孫曉霞，楊炯良.閥門選用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2001.