春健

（華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100011）

某熱電廠135 MW再熱式凝汽機(jī)組背壓機(jī)改造實施方案

春健

（華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100011）

某熱電廠將135 M W超高壓、一次中間再熱、單抽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組改造為背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，改造后機(jī)組運行良好并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要介紹了主機(jī)、輔機(jī)及熱力系統(tǒng)改造實施方案。

再熱式；背壓機(jī)改造；熱力系統(tǒng)

為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，提高機(jī)組能效利用率和經(jīng)濟(jì)效益，目前國內(nèi)眾多電廠將抽凝式或凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組改造為背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，但其中絕大多數(shù)機(jī)組無中間再熱系統(tǒng)，改造時直接將凝汽器系統(tǒng)去除即可，輔機(jī)及熱力系統(tǒng)改造較為簡單。而中間再熱式汽輪機(jī)由于熱力系統(tǒng)相對復(fù)雜，在背壓機(jī)改造時，需全面、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的制定主機(jī)、輔機(jī)和熱力系統(tǒng)改造方案。

1 概況

熱電廠1號、2號汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超高壓、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、單抽凝汽式、濕冷汽輪機(jī)，型號為C 110/N1 3 5-13.24/535/535/0.3，高壓主汽門前主蒸汽額定壓力為13.24 MP a，額定溫度為535℃，額定排汽壓力為4.9 k P a，采暖抽汽額定壓力為0.3 MP a，額定采暖抽汽量為170 t/h，最大采暖抽汽量為235 t/h，額定供熱工況進(jìn)汽量為427 t/h，最大進(jìn)汽量為440 t/h。汽輪機(jī)乏汽冷卻方式采用自然通風(fēng)冷卻塔二次循環(huán)水冷卻。給水回?zé)嵯到y(tǒng)配置為兩臺高壓加熱器+四臺低壓加熱器+一臺高壓除氧器。

熱電廠內(nèi)建有熱網(wǎng)首站，冬季供熱時，汽輪機(jī)采暖抽汽通過熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水對外供熱，采暖抽汽凝結(jié)水通過熱網(wǎng)疏水泵回至機(jī)組除氧器。

隨著熱電廠供熱區(qū)域內(nèi)供熱面積的日益增長，汽輪機(jī)采暖抽汽量已無法滿足供熱需求，并且機(jī)組年發(fā)電小時數(shù)長期處于較低水平，因此電廠于2016年秋季對1號汽輪機(jī)實施了背壓機(jī)改造以提高供熱量。

2 改造原則

在確保機(jī)組安全運行的前提下，鍋爐、發(fā)電機(jī)不作改動，汽輪機(jī)高中壓通流部分不變，中壓缸排汽最大化對外供汽，熱力系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)改造需滿足改造后的機(jī)組運行要求，并盡可能減少改造量以降低工程投資。

3 主機(jī)改造

汽輪機(jī)改造方案制定初期時，電廠曾考慮對汽輪機(jī)實施高背壓改造，即提高汽輪機(jī)低壓缸排汽壓力（一般為40～45 k P a，不宜過高），進(jìn)而使排汽溫度也相應(yīng)提高，在采暖期內(nèi)利用低壓缸排汽對熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行加熱，同時，低壓缸排汽依靠熱網(wǎng)循環(huán)水得以冷凝。目前國內(nèi)已有數(shù)十臺135～300 MW 供熱機(jī)組進(jìn)行了高背壓改造，改造技術(shù)較為成熟。后經(jīng)汽輪機(jī)廠核算，汽輪機(jī)進(jìn)行高背壓改造后，冷凝低壓缸最小流量排汽需要的冷卻水量遠(yuǎn)大于熱網(wǎng)循環(huán)水量，且汽輪機(jī)改造后采暖抽汽能力大幅下降，會導(dǎo)致熱網(wǎng)循環(huán)水二次加熱能力不足，熱網(wǎng)循環(huán)水溫達(dá)不到熱網(wǎng)要求，改造后實際供熱能力反而下降，因此熱電廠汽輪機(jī)不適宜高背壓改造。

在確定采用背壓機(jī)改造方案后，汽輪機(jī)廠對汽輪機(jī)進(jìn)行了本體強(qiáng)度、軸系振動等一系列核算，最終制定了汽輪機(jī)本體改造方案：拆下汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子和低壓缸內(nèi)全部低壓隔板，保留低壓缸，由汽機(jī)廠提供一根與原低壓轉(zhuǎn)子重量、撓度、臨界轉(zhuǎn)速等指標(biāo)相同的光軸安裝于低壓缸內(nèi)，用于中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的聯(lián)接及扭矩傳遞。低壓缸改造后，主蒸汽在中壓缸內(nèi)做完功后不再進(jìn)入低壓缸，由中壓缸排汽口排至熱網(wǎng)加熱器用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。當(dāng)不需要背壓供熱時，可換回原低壓轉(zhuǎn)子和低壓隔板等部件，使汽輪機(jī)改回為凝汽式。

汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子更換為光軸后，為排出光軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，避免低壓缸內(nèi)溫度升高，需采取措施降低缸內(nèi)溫度，通常是采用向低壓缸內(nèi)引入減溫減壓后的低溫蒸汽進(jìn)行冷卻或仍舊投入凝汽器循環(huán)水冷卻，而本工程采用了自然通風(fēng)冷卻和風(fēng)機(jī)冷卻相結(jié)合的方式，即拆除低壓缸兩端的軸封和隔板，打開低壓缸上部聯(lián)通管接口，使低壓缸兩端和上部可以與外界空氣流通，并在凝汽器人孔門處接入了2臺3 k W的抽氣冷卻風(fēng)機(jī)以加強(qiáng)通風(fēng)。通過機(jī)組運行證明，此方式雖然簡單，但冷卻效果良好，即使在不投入冷卻風(fēng)機(jī)的情況下，低壓缸僅依靠自然通風(fēng)冷卻，缸內(nèi)溫度不會超過50℃，完全可以滿足背壓機(jī)改造后的低壓缸冷卻要求。

4 輔助系統(tǒng)改造

4.1 凝汽器

原熱力系統(tǒng)中接入凝汽器的蒸汽主要包括低壓缸排汽、低壓旁路閥后蒸汽、疏水?dāng)U容器排汽等，上述蒸汽均可通過改造接至其它系統(tǒng)，故凝汽器無需投入用來冷卻蒸汽的循環(huán)水，如此既簡化了運行程序，又可節(jié)省循環(huán)水泵運行費用，減小循環(huán)水蒸發(fā)損失，使背壓機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高。

雖然凝汽器不再進(jìn)汽，但其匯集疏水的功能依舊保留，機(jī)組補水、疏水?dāng)U容器疏水、低壓加熱器疏水、軸封加熱器疏水、凝結(jié)水再循環(huán)等系統(tǒng)無需改動，仍舊接入凝汽器。

因此，綜上所述，背壓機(jī)改造后凝汽器只進(jìn)水、不進(jìn)汽。

4.2 凝結(jié)水系統(tǒng)

背壓機(jī)改造后，凝結(jié)水泵仍需投入運行，原因如下：（1）將進(jìn)入凝汽器的機(jī)組除鹽水補水和各系統(tǒng)疏水送至回?zé)嵯到y(tǒng)。（2）可滿足軸封加熱器冷卻用水需要。（3）可滿足低壓旁路閥減溫水壓力要求；故凝結(jié)水系統(tǒng)無需改動，但由于凝結(jié)水量大幅減少，背壓機(jī)組正常運行時，為滿足凝結(jié)水泵最小流量要求，需持續(xù)投入凝結(jié)水再循環(huán)，此時僅有包括機(jī)組除鹽水補水和疏水在內(nèi)的少量凝結(jié)水通過低壓加熱器后進(jìn)入除氧器，故可暫不考慮凝結(jié)水除氧事宜，另凝結(jié)水泵需變頻運行。

4.3 低壓加熱器系統(tǒng)

汽輪機(jī)具有四臺低壓加熱器，背壓機(jī)改造后，原低壓缸抽汽對應(yīng)的兩臺低壓加熱器退出運行，凝結(jié)水走旁路；中壓缸抽汽對應(yīng)的另兩臺低壓加熱器正常運行，由于凝結(jié)水量大幅減少，低壓加熱器加熱蒸汽量和排汽量也大幅降低，少量的運行排汽可仍舊排入凝汽器，故低壓加熱器系統(tǒng)無需改動。

4.4 循環(huán)水系統(tǒng)

汽輪機(jī)凝汽器無需冷卻循環(huán)水后，循環(huán)水泵及冷卻水塔可退出運行，但機(jī)組輔機(jī)開式循環(huán)冷卻水（最大約1500 t/h）來自冷卻水塔循環(huán)水，如果改由鄰機(jī)主循環(huán)水提供此冷卻水，則會受到鄰機(jī)停機(jī)影響，故考慮機(jī)組輔機(jī)開式循環(huán)冷卻水利用原循環(huán)水管道進(jìn)至冷卻塔池冷卻并回至主廠房，但由于原循環(huán)水泵流量較大且為定速泵，輔機(jī)開式循環(huán)冷卻水量不滿足水泵運行條件，因此在循環(huán)水泵房內(nèi)新安裝了2臺輔機(jī)冷卻循環(huán)水泵（1運1備）并連接至原循環(huán)水管道。

機(jī)組正常運行時，輔機(jī)開式循環(huán)冷卻水僅進(jìn)至冷卻塔池，不進(jìn)入塔內(nèi)管道，在塔池冷卻后再回至主廠房，運行時冷卻效果良好，且即使在電廠位于的北方嚴(yán)寒地區(qū)，冬天塔池內(nèi)也不會出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象。

4.5 其它熱力系統(tǒng)

（1）中壓缸排汽。原汽輪機(jī)中壓缸排汽處有用于提供采暖抽汽的抽汽接口，背壓機(jī)改造后，部分中壓缸排汽仍舊利用原采暖抽汽管道對外供汽，另有部分排汽通過中低壓上部聯(lián)通管的新接口接至熱網(wǎng)加熱器加熱蒸汽系統(tǒng)，此部分排汽管道上安裝逆止閥、快關(guān)調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和安全閥。（2）低壓旁路閥后蒸汽。低壓旁路閥后蒸汽參數(shù)為0.6 MP a,160℃,不再接入凝汽器（原管道設(shè)隔斷閥），而接至熱網(wǎng)加熱器加熱蒸汽系統(tǒng)。（3）疏水?dāng)U容器排汽。汽輪機(jī)本體疏水?dāng)U容器排汽壓力較低，機(jī)組正常運行時排汽量較少，即便機(jī)組啟停時排汽量也不多，此排汽不再接入凝汽器（原管道設(shè)隔斷閥），可接至熱網(wǎng)除氧器加熱蒸汽系統(tǒng)。

5 機(jī)組運行情況

通過上述改造后，1號汽輪機(jī)在冬季采暖期以背壓機(jī)方式運行，在進(jìn)汽量427 t/h時，采暖供汽量可達(dá)到350 t/h，較改造前增加約130 t/h，但機(jī)組出力僅能達(dá)到8 MW，較改造前大幅下降。在非采暖季拆除低壓缸光軸，裝回原低壓缸各部套和低壓轉(zhuǎn)子，以純凝機(jī)方式運行。

電廠1號汽輪機(jī)運行至今，無論是以背壓機(jī)方式運行，還是以純凝機(jī)方式運行，汽輪機(jī)包括振幅值、溫度值在內(nèi)的各項指標(biāo)正常，包括機(jī)組潤滑油系統(tǒng)、汽封系統(tǒng)在內(nèi)的熱力系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)也都運行正常，改造較為理想。

6 結(jié)語

熱電廠單臺中間再熱抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組改造為背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組后，機(jī)組運行安全可靠，實現(xiàn)了中壓缸排汽全部對外供汽，使機(jī)組供熱能力最大化，而且汽輪機(jī)乏汽冷卻系統(tǒng)可完全退運，運行費用降低，整體經(jīng)濟(jì)效益顯著。配套的輔機(jī)及熱力系統(tǒng)改造既可滿足背壓機(jī)運行要求，也可滿足純凝機(jī)運行要求，切換較為靈活，而且改造量較少，有效降低了工程初始投資，縮短了改造施工周期。

[1]黎維華.超高壓凝汽式汽輪機(jī)改造為再熱式背壓汽輪機(jī)的研究[C].大機(jī)組供熱改造與優(yōu)化運行技術(shù)2012年會論文集.2012.

[2]程祖田 張海棟 王紅桃. 濮陽熱電公司1×210 MW抽凝機(jī)組實施背壓機(jī)改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[C]. 第二屆熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能降耗新技術(shù)研討會論文集.2013.

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