摘 要：本文結(jié)合大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的成功運(yùn)行實(shí)例，重點(diǎn)介紹了背壓式汽輪機(jī)在驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵應(yīng)用過(guò)程中，背壓式汽輪機(jī)初終參數(shù)選擇、排汽逆止門(mén)、軸封漏汽、保護(hù)配置情況等設(shè)計(jì)和調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中問(wèn)題和解決方法，并簡(jiǎn)要分析了背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)供熱首站熱網(wǎng)循環(huán)水泵選擇背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)選型、系統(tǒng)施工、實(shí)際運(yùn)行具有較強(qiáng)的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：背壓式；汽輪機(jī)；熱網(wǎng)；循環(huán)水泵；驅(qū)動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.032

0 前言

熱網(wǎng)循環(huán)水泵是集中供熱熱網(wǎng)首站完成采暖水循環(huán)的重要設(shè)備，隨著城市供熱和民生關(guān)注度的持續(xù)提高，供熱企業(yè)對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行的可靠性的要求越來(lái)越高。同時(shí)熱網(wǎng)循環(huán)水泵具有在供熱期連續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)，其驅(qū)動(dòng)形式對(duì)供熱耗電率影響較大，直接關(guān)乎供熱企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，隨著背壓式汽輪機(jī)運(yùn)行可靠性的不斷提高，以及電網(wǎng)調(diào)度負(fù)荷的特點(diǎn)，越來(lái)越多的供熱企業(yè)選擇了背壓式汽輪機(jī)作為熱網(wǎng)循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)形式，大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司結(jié)合熱網(wǎng)系統(tǒng)升級(jí)改造，應(yīng)用了背壓式工業(yè)小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，在應(yīng)用過(guò)程中成功解決設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水泵選擇背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)選型、系統(tǒng)施工、實(shí)際運(yùn)行積累較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1 設(shè)備簡(jiǎn)介

大唐洛陽(yáng)熱電有限公司5、6號(hào)機(jī)組為哈汽生產(chǎn)C320/250-16.7/0.4/537/537型亞臨界、一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽、單抽供熱式汽輪機(jī)。采暖抽汽取自中壓缸排汽，最大供汽能力500t/h。熱網(wǎng)首站原配置4臺(tái)電動(dòng)機(jī)+液力偶合器驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，4臺(tái)3200 t/h熱網(wǎng)加熱器，供水能力12000 t/h ，供回水溫度為70/130℃。通過(guò)系統(tǒng)改造將原有4臺(tái)電動(dòng)機(jī)+液力偶合器驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，改造為2臺(tái)背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱網(wǎng)循環(huán)泵和2臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)的熱網(wǎng)循環(huán)泵。背壓式汽輪機(jī)的系統(tǒng)流程為：背壓式汽輪機(jī)進(jìn)汽使用主機(jī)冷再熱蒸汽，排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，凝結(jié)水通過(guò)熱網(wǎng)疏水泵回收至高壓除氧器。

2 背壓式汽輪機(jī)的初終參數(shù)選擇

2.1 初參數(shù)選擇。

熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)使用的背壓式汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)選型階段，首要是汽源的選擇。背壓式汽輪機(jī)汽源取自主機(jī)抽汽段，選用的參數(shù)越低，對(duì)主機(jī)整體經(jīng)濟(jì)性越好，但參數(shù)越低，做功能力越差，同樣功率情況下，所需的蒸汽量越大。同時(shí)，汽源參數(shù)的選擇受汽輪機(jī)排汽冷源即熱網(wǎng)加熱器正常運(yùn)行壓力的限制，即背壓式汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力必須大于熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行最高壓力，背壓式汽輪機(jī)才具有做功能力。第三、背壓式汽輪機(jī)進(jìn)汽量必須以滿足主機(jī)安全運(yùn)行抽汽量為前提，在既定抽汽參數(shù)的抽汽量下，必須進(jìn)行主機(jī)的安全性校核計(jì)算，安全校核合格后，確證抽汽汽源的可行性。因此在進(jìn)行熱網(wǎng)循環(huán)水泵背壓式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)選型時(shí)，必須從背壓式汽輪機(jī)所需功率、熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行壓力、抽汽參數(shù)、抽汽量校核主機(jī)安全性等方面綜合核算，選定背壓式汽輪機(jī)的初參數(shù)。

2.2 終參數(shù)選擇。

背壓式汽輪機(jī)終參數(shù)的選擇，主要考慮排汽冷源，即熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行壓力和排汽管道阻力兩方面因素。熱網(wǎng)加熱器壓力受加熱汽源壓力和熱網(wǎng)加熱器出口水溫的影響，對(duì)于進(jìn)汽量可調(diào)整的熱網(wǎng)加熱器，熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部壓力可取用熱網(wǎng)加熱器出口水溫加上5-10度的端差對(duì)應(yīng)的飽和壓力近似替代，背壓式汽輪機(jī)排汽壓力必須大于熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部壓力，背壓式汽輪機(jī)終參數(shù)的選取對(duì)功率影響較大，設(shè)計(jì)終參數(shù)選取如果低于實(shí)際運(yùn)行熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部壓力，可能造成背壓式汽輪機(jī)無(wú)法達(dá)到額定功率或耗汽量增大等現(xiàn)象，對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)泵的運(yùn)行可靠性造成影響。因此在背壓式汽輪機(jī)終參數(shù)選取上應(yīng)考慮一定的裕量，以保證背壓式汽輪機(jī)的額定功率。由于熱網(wǎng)加熱器出口水溫是熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部壓力的主要影響因素，進(jìn)而影響背壓式汽輪機(jī)終參數(shù)選擇，盡量選擇出口水溫相對(duì)較低的熱網(wǎng)基本加熱器作為背壓式汽輪機(jī)的排汽冷源，符合能量的“梯級(jí)利用原則”。不同地區(qū)，不同企業(yè)熱網(wǎng)加熱器設(shè)計(jì)出口水溫不同，背壓式汽輪機(jī)終參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際熱網(wǎng)加熱器出口水溫合理選擇。

大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司熱網(wǎng)循環(huán)泵額定功率2365KW，驅(qū)動(dòng)背壓式汽輪機(jī)汽源取自冷再熱蒸汽，最大抽汽量50t/h，主機(jī)進(jìn)行安全校核合格；熱網(wǎng)加熱器出水溫度最高130度，背壓式汽輪機(jī)排汽壓力選擇0.4MPa，大于熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部壓力，滿足熱網(wǎng)循環(huán)泵額定功率的需求，具有較高的可靠性。

3 背壓式汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速和軸承形式的選擇

背壓式汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速選擇必須與相應(yīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速選型匹配，通常由兩種選擇，額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分和額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分。額定轉(zhuǎn)速較高時(shí)，軸承振動(dòng)對(duì)背壓式汽輪機(jī)軸系中心等安裝工藝要求嚴(yán)格，容易發(fā)生振動(dòng)超標(biāo)，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)水平要求相對(duì)較高。額定轉(zhuǎn)速較低的背壓式汽輪機(jī)外形尺寸相對(duì)較大，尤其對(duì)于改造項(xiàng)目系統(tǒng)布置對(duì)安裝場(chǎng)地要求較高。背壓式汽輪機(jī)的軸承采用的是落地式軸承座支撐形式，軸承潤(rùn)滑采用油池潤(rùn)滑形式，冷卻水取自主汽工業(yè)冷卻水。

4 背壓式汽輪機(jī)的排汽逆止門(mén)

背壓式汽輪機(jī)排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，為防止異常工況下，熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部蒸汽反向進(jìn)入背壓式汽輪機(jī)，背壓式汽輪機(jī)排汽上設(shè)置排汽逆止門(mén)，排汽逆止門(mén)的形式通常選擇撲板式逆止門(mén)。由于背壓式汽輪機(jī)排汽參數(shù)相對(duì)較低，排汽管道管徑較大，在背壓式汽輪機(jī)啟動(dòng)暖機(jī)過(guò)程中，汽輪機(jī)進(jìn)汽量達(dá)到一定數(shù)值，撲板式逆止門(mén)前后壓差增大至將逆止門(mén)沖開(kāi)的臨界狀態(tài)，在撲板式逆止門(mén)的自身重量和汽流的沖擊力共同作用下，逆止門(mén)發(fā)生頻繁則開(kāi)關(guān)，引起排汽管道的沖擊振動(dòng)，影響背壓式汽輪機(jī)及排汽管道的安全性和可操作性。為消除這種現(xiàn)象，可以選擇具有一定能夠強(qiáng)制外力形式的逆止門(mén)如：重錘式逆止門(mén)。或者通過(guò)增加背壓式汽輪機(jī)排汽逆止門(mén)旁路的形式給予消除，這種旁路逆止門(mén)的形式相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠有效解決背壓式汽輪機(jī)啟動(dòng)暖機(jī)過(guò)程中排汽逆止門(mén)的振動(dòng)問(wèn)題

5 背壓式汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)

背壓式汽輪機(jī)相對(duì)凝汽式汽輪機(jī)排汽壓力設(shè)計(jì)相對(duì)較高，不存在通過(guò)軸封向機(jī)組內(nèi)漏空氣問(wèn)題，不需要單獨(dú)設(shè)置軸封供汽系統(tǒng)，但存在軸封外漏蒸汽，軸封蒸汽外漏對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加熱作用以及外漏蒸汽進(jìn)入軸承造成潤(rùn)滑油質(zhì)惡化，造成軸承溫度升高，油質(zhì)乳化，油膜破壞甚至燒瓦事件，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，因此有效解決軸封蒸汽外漏是背壓式汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要保證。

背壓式汽輪機(jī)軸封漏汽回收主要有兩種方案，第一種方案是軸封漏汽回收至主機(jī)軸封加熱器，優(yōu)點(diǎn)是利用原有的軸封加熱器加熱凝結(jié)水，疏水通過(guò)水封回收至凝汽器，軸封漏汽熱量和工質(zhì)均得到回收。這種方案需要核算軸封漏汽量對(duì)軸封加熱器運(yùn)行安全性的影響，同時(shí)背壓式汽輪機(jī)軸封至主機(jī)軸封加熱器距離不能太遠(yuǎn)，軸封漏汽管道阻力不能太大，距離和阻力較大，使軸封漏汽口處壓力大于大氣壓力，背壓式汽輪機(jī)軸封漏汽外漏，無(wú)法解決軸封漏汽問(wèn)題。

第二種方案是使用壓力匹配器即射汽式抽汽器，通過(guò)背壓式汽輪機(jī)的進(jìn)汽高壓蒸汽引射軸封漏汽，排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器的方式回收軸封漏汽，凝結(jié)水通過(guò)熱網(wǎng)系統(tǒng)疏水泵回收至主機(jī)汽水系統(tǒng)循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)是軸封漏汽回收至熱網(wǎng)加熱器，軸封熱量和工質(zhì)能夠有效回收。這種方案需要對(duì)射汽式抽汽器參數(shù)尤其是排汽壓力適當(dāng)選取，保證抽汽器排汽能夠進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器。由于軸封抽汽器排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，長(zhǎng)期運(yùn)行勢(shì)必造成熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部積存空氣，因此軸封抽汽器調(diào)整以背壓式汽輪機(jī)軸封無(wú)漏汽為度，同時(shí)必須單獨(dú)設(shè)置熱網(wǎng)加熱器的排空氣管道，運(yùn)行中連續(xù)排除積存空氣，避免熱網(wǎng)加熱器因積存空氣造成換熱不良。

大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)使用的背壓式汽輪機(jī)軸封射汽式抽汽器汽源取自背壓式汽輪機(jī)進(jìn)汽，抽汽器匯入背壓式汽輪機(jī)排汽逆止門(mén)后管道進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，熱網(wǎng)加熱器設(shè)置獨(dú)立排空氣管道，應(yīng)用效果良好。

6 背壓式汽輪機(jī)保護(hù)設(shè)置

背壓式汽輪機(jī)通常設(shè)置的保護(hù)有超速保護(hù)、排汽壓力高保護(hù)、主汽輪機(jī)跳閘保護(hù)、軸承溫度高保護(hù)、軸承振動(dòng)大保護(hù)。保護(hù)設(shè)置應(yīng)充分考慮驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行特性和要求，對(duì)于供熱企業(yè)，對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)泵的運(yùn)行可靠性要求相對(duì)較高，驅(qū)動(dòng)的背壓式汽輪機(jī)保護(hù)設(shè)置以簡(jiǎn)單和必要為原則，保護(hù)設(shè)計(jì)上應(yīng)避免使用單點(diǎn)保護(hù)，防止保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)，造成熱網(wǎng)循環(huán)水泵的可靠性降低。

7 背壓式汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

背壓式汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)應(yīng)采用閉環(huán)調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)，由于背壓式汽輪機(jī)進(jìn)汽汽源取自主機(jī)相應(yīng)抽汽，抽汽壓力受主機(jī)接帶負(fù)荷影響，變化區(qū)間較大， 造成背壓式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化較大，增加調(diào)整難度；在熱網(wǎng)循環(huán)泵出力大幅減小時(shí)，由于轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)的滯后特性，增加了熱網(wǎng)循環(huán)泵超速的安全風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)，在熱網(wǎng)循環(huán)泵出口母管壓力變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性要求較高。在熱網(wǎng)循環(huán)泵出力發(fā)生大幅變化時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程應(yīng)避免熱網(wǎng)循環(huán)泵超速和過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生。

8 背壓式汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性分析

熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩種驅(qū)動(dòng)形式的經(jīng)濟(jì)性比較關(guān)鍵在于，比較基準(zhǔn)的一致性，必須折算到同一邊界條件下，經(jīng)濟(jì)性分析才具有實(shí)際意義。比較的原則是：在同樣的供熱負(fù)荷條件下，采用兩種不同驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行成本、對(duì)煤耗影響情況以及投資回收期等指標(biāo)的比較。

從運(yùn)行成本和對(duì)煤耗影響方面分析。熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要使用主機(jī)抽汽段部分抽汽作為背壓式汽輪機(jī)進(jìn)汽，這部分抽汽失去繼續(xù)通過(guò)主汽輪機(jī)做功的機(jī)會(huì)，通常情況下，背壓式汽輪機(jī)的效率低于主機(jī)汽輪機(jī)效率。因此相對(duì)于采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，在同樣的發(fā)電功率下采用背壓式汽輪機(jī)，運(yùn)行成本將會(huì)增加，機(jī)組的發(fā)電煤耗將會(huì)升高，升高的幅度取決于背壓式汽輪機(jī)相對(duì)主機(jī)效率降低幅度。同時(shí)由于熱網(wǎng)循環(huán)泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，降低廠用電率，上網(wǎng)電量增加，對(duì)供電煤耗的影響取決于運(yùn)行成本增加幅度和上網(wǎng)電量增加幅度的綜合因素。根據(jù)大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司熱網(wǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算，熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)相對(duì)于采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，發(fā)電煤耗略有增加，而供電煤耗有所下降。

從經(jīng)濟(jì)效益上分析，熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)降低了機(jī)組廠用電率，根據(jù)電網(wǎng)按照機(jī)組發(fā)電負(fù)荷調(diào)度的特點(diǎn)，機(jī)組廠用電量的降低，機(jī)組上網(wǎng)電量將增加。綜合考慮燃料價(jià)格等運(yùn)行成本因素，上網(wǎng)電量只要存在一定的邊界利潤(rùn)，對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)講，經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司采暖季采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行，相對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱網(wǎng)循環(huán)水泵一個(gè)采暖期內(nèi)增加上網(wǎng)電量900萬(wàn)KW.h，增加企業(yè)利潤(rùn)315萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

9 結(jié)論

通過(guò)大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的成功應(yīng)用實(shí)例，說(shuō)明對(duì)于供熱機(jī)組，熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且背壓式汽輪機(jī)排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器的驅(qū)動(dòng)形式，相對(duì)于采用電機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式，兩種驅(qū)動(dòng)形式對(duì)主機(jī)發(fā)電煤耗影響不大，對(duì)機(jī)組供電煤耗的降低略微有利，在一定的供電邊際利潤(rùn)條件下，對(duì)發(fā)電企業(yè)具有較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在具體的實(shí)現(xiàn)方案上，應(yīng)根據(jù)企業(yè)供熱參數(shù)、機(jī)組的實(shí)際狀況，注重對(duì)背壓式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)選型，初終參數(shù)合理優(yōu)化，有效解決調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益上均是一種較為可行的方案。

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作者簡(jiǎn)介：吳小川（1974-），男，河南洛寧人，工程師，現(xiàn)任大唐洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司設(shè)備管理部主任。