蘇先登

摘 ? 要：隨著城市集中供熱的快速發(fā)展，熱電聯(lián)產(chǎn)機組的節(jié)能環(huán)保效益逐漸受到重視，供熱形式也從常規(guī)的抽汽供熱向汽輪機高背壓循環(huán)水供熱形式發(fā)展?；痣姀S濕冷機組排汽余熱損失約占系統(tǒng)總輸入能耗的50%，汽輪機低溫乏汽通過循環(huán)水余熱回收利用，可提高系統(tǒng)供熱能力20%以上。對濕冷供熱機組而言，采用汽輪機低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱技術(shù)是一種行之有效的措施，可實現(xiàn)采暖期高背壓供熱運行工況汽輪機排汽余熱全部利用、非采暖期純凝運行工況熱耗率不高于原純凝設(shè)計水平。

高背壓供熱改造涉及低壓缸本體、凝汽器、給水泵汽輪機、凝結(jié)水精處理、熱網(wǎng)循環(huán)水及系統(tǒng)配套改造，機組運行安全可靠，效率不受負(fù)荷影響，能夠利用汽輪機低溫乏汽供熱，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，使汽輪機的冷源損失降為零。

關(guān)鍵詞：濕冷機組;高背壓;供熱改造;經(jīng)濟性

1 高背壓供熱技術(shù)介紹

濕冷機組高背壓供熱技術(shù)是在直接空冷機組供熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造發(fā)展而來的，從135MW、200MW逐漸發(fā)展到320MW。濕冷機組采用高背壓供熱后，機組供熱用汽的品位下降，機組供熱的經(jīng)濟性會顯著提高。其工作流程圖如圖1-1所示：

汽輪機采用高、低背壓轉(zhuǎn)子互換，對汽輪機低壓缸的通流部分進(jìn)行改造，同時相應(yīng)改造凝汽器、給水泵汽輪機、凝結(jié)水精處理、熱網(wǎng)循環(huán)水等相關(guān)系統(tǒng)。改造后，汽輪機通過更換低壓轉(zhuǎn)子，使機組可按高、低兩種背壓運行;采暖期高背壓運行，將排汽余熱用于集中供熱，提高機組供熱能力;非采暖期低背壓純凝工況運行，保證較低的發(fā)電能耗。

高背壓改造后的汽輪機在采暖期提高汽輪機的排汽參數(shù)，設(shè)計背壓45 kpa可在30 kpa-60 kpa運行，供熱初、末寒期背壓可降低至 30kPa運行;40～50℃熱網(wǎng)回水作為凝汽器的冷卻循環(huán)水，在凝汽器中被汽輪機排汽加熱至 67℃～76℃，直接供熱網(wǎng)。極寒期熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)凝汽器加熱至67℃～76℃后，再進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行補充加熱至90～105℃后，向熱網(wǎng)供熱。

非采暖期汽輪機采用純凝低壓轉(zhuǎn)子，凝汽器循環(huán)水切換到原設(shè)計循環(huán)水供水狀態(tài)，汽輪機排汽參數(shù)恢復(fù)到原設(shè)計參數(shù)，按原純凝工況運行。

2 高背壓供熱改造技術(shù)方案

2.1 高背壓供熱改造的范圍

高背壓供熱改造主要涉及汽輪機低壓缸部分、給水泵驅(qū)動汽輪機、凝汽器、熱網(wǎng)加熱器、軸封加熱器、熱網(wǎng)循環(huán)泵等設(shè)備進(jìn)行改造，同時對凝結(jié)水精處理、抽真空、循環(huán)水、循環(huán)水補水及水處理、輔機冷卻水、一二期蒸汽疏水管道、供熱循環(huán)泵、供熱循環(huán)泵驅(qū)動汽輪機等設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行改造，并配套進(jìn)行相應(yīng)熱控、電氣設(shè)備改造。

2.2 高背壓供熱改造的具體方案

2.2.1主機低壓部分改造

主機低壓部分改造需重新制作一套高背壓供熱工況低壓通流部套，滿足高背壓供熱的要求。新設(shè)計低壓2x4級隔板、動葉、隔板汽封、葉頂汽封、排汽導(dǎo)流環(huán)（帶有隔板槽保護(hù)功能），用于高背壓供熱工況;對中低壓對輪及低發(fā)對輪螺栓孔進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理;增加1套低壓缸噴水減溫裝置，以滿足高背壓供熱工況的要求。

2.2.2凝汽器改造

供熱改造后，循環(huán)水工作壓力將大幅升高，原有凝汽器水室及管板的設(shè)計強度不能滿足改造后的運行要求，因此必須對凝汽器進(jìn)行改造。

凝汽器采用新的排管方式和進(jìn)行加強設(shè)計，以滿足純凝工況和冬季高背壓供暖工況交替穩(wěn)定運行。凝汽器僅保留外殼和底部彈簧，對冷卻管束、內(nèi)部附件及水室全部進(jìn)行改造。水室采用弧形水室，剛性較好，能承受較高水壓。為適應(yīng)冬季供暖高背壓運行時殼體高溫引起的熱膨脹，需在后水室側(cè)殼體上安裝2個管束膨脹節(jié)。殼體前、后管板與對應(yīng)水室為焊接結(jié)構(gòu)。管子兩端脹焊在管板上，兩端的管板與殼體焊牢。運行中，凝汽器的自重由彈簧承受，而凝汽器內(nèi)水側(cè)的水重則由低汽缸傳遞給低壓基礎(chǔ)框架承受，運行時凝汽器熱膨脹由底部彈簧進(jìn)行補償。

汽輪機組在供熱期利用熱網(wǎng)回水作為凝汽器循環(huán)水，循環(huán)水流量降低至10000～15000t/h左右，凝汽器管束內(nèi)水流速將明顯降低，使換熱系數(shù)降低并增加結(jié)垢風(fēng)險，將凝汽器改造成雙流程/四流程切換方式，在純凝工況運行時凝汽器為雙流程運行;高背壓供熱運行時切換為四流程。如圖2-1所示。

2.3 給水泵汽輪機改造

機組給水泵小汽輪機的排汽直接排入主機凝汽器，當(dāng)機組實施高背壓供熱改造后，由于主機高背壓供熱運行時排汽背壓可達(dá)到54～60KPa左右，而給水泵汽輪機最高允許的排汽壓力應(yīng)在15KPa以內(nèi)，末幾級動葉片的強度不能滿足高背壓的要求，影響小機的安全運行。因此應(yīng)對給水泵汽輪機進(jìn)行改造。

給水泵汽輪機的轉(zhuǎn)子、隔板、低壓噴嘴組、高壓噴嘴組、汽封圈等通流部分全部進(jìn)行改造，增設(shè)備用高壓汽源和排汽減溫裝置。全部動葉葉頂為自帶冠結(jié)構(gòu)，中低壓動葉圍帶內(nèi)斜外平，通道光順;全新設(shè)計的高效動、靜葉片型線，保證機組高的通流效率和很好的變工況性能。改造后兩臺給水泵汽輪機在非供熱期純凝和供熱期高背壓供熱等各種工況下，不做任何檢修和更換部件均能安全、長期運行。

2.4 抽真空系統(tǒng)改造

高背壓改造后汽輪機低壓缸排汽溫度升高 ，凝結(jié)水溫度也顯著提高，需進(jìn)行抽真空系統(tǒng)的改造。可增加水環(huán)真空泵冷卻器的冷卻面積以維持真空泵的運行溫度。也可在抽真空母管上增加前置冷卻系統(tǒng)，將汽氣混合物進(jìn)行提前冷卻降溫后，再進(jìn)入真空泵。由于高背壓改造后凝汽器內(nèi)壓力升高，抽空量減小，也可在原有真空泵的基礎(chǔ)上并聯(lián)一套羅茨真空泵組，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵組的出力，可滿足機組高背壓運行期間的需求。

2.5 軸封加熱器改造

高背壓改造后，原有軸封加熱器冷卻面積偏小，需新增設(shè)熱網(wǎng)軸封加熱器1臺，軸封冷卻水采用供熱循環(huán)水經(jīng)熱網(wǎng)軸加后進(jìn)入凝汽器進(jìn)一步吸收熱量后并入凝汽器循環(huán)水出口。新增的熱網(wǎng)軸封加熱器與原軸加并聯(lián)，在熱網(wǎng)軸加出現(xiàn)故障退出運行時原軸加可以緊急備用。

2.6 輔機冷卻水系統(tǒng)改造

高背壓供熱期間，機組原有循環(huán)水泵及冷卻塔停運。為保證機組冷卻水的要求，需根據(jù)輔機冷卻水系統(tǒng)所需的流量新增機組輔機冷卻水泵3臺，入口取自原循環(huán)水泵入口前池，出口接至工業(yè)水濾網(wǎng)前。各輔機設(shè)備冷卻水回水分別回至前池和水塔塔池。根據(jù)室外溫度情況塔池內(nèi)回水可直接回塔池，也可通過原防凍管或退水管上塔冷卻后再流回塔池內(nèi)，以保證足夠的冷卻效果。

2.7 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)改造

高背壓供熱運行期間，凝結(jié)水溫度由原來45℃，升高至80℃，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)樹脂必須更換為耐高溫樹脂，才能保證凝結(jié)水溫度升高后的精處理系統(tǒng)的正常運行。

2.8 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)管路及泵組改造

2.8.1 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)管路改造

熱網(wǎng)循環(huán)水回水經(jīng)過熱網(wǎng)除污器后進(jìn)入機組凝汽器，在初末寒期在凝汽器內(nèi)經(jīng)低壓缸排汽加熱后，經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵升壓后向外網(wǎng)供熱。極寒期經(jīng)凝汽器加熱器后的循環(huán)水，進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行二次補充加熱后向外網(wǎng)供熱。機組出現(xiàn)故障停機時，熱網(wǎng)循環(huán)水可以直接切換至5臺熱網(wǎng)加熱器用抽汽加熱直接向外網(wǎng)供熱。

2.8.2 熱網(wǎng)循環(huán)水泵改造

機組高背壓改造后，增加熱網(wǎng)循環(huán)水流量可提高汽輪機排汽冷卻能力。熱網(wǎng)循環(huán)水流量將達(dá)到12000～15000t/h，需要對原熱網(wǎng)首站熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)行增容改造和驅(qū)動方式改為汽動。熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)行改造后，與原有熱網(wǎng)循環(huán)水泵的運行方式需根據(jù)外網(wǎng)循環(huán)水量的變化調(diào)節(jié)，運行方式靈活，可實現(xiàn)與原有熱網(wǎng)循環(huán)水泵的協(xié)調(diào)匹配運行。

3 高背壓供熱改造的效果分析

高背壓改造后，實現(xiàn)了機組冷端乏汽余熱的全部利用，從一個供熱季的實際運行情況來看，供熱系統(tǒng)運行平穩(wěn)，汽輪機、給水泵汽輪機、凝汽器等相關(guān)配套設(shè)備運行安全可靠，一方面極大提高了機組的供熱能力，另一方面使得機組的供熱（電）煤耗顯著下降，經(jīng)濟效益明顯，也有效改善了全廠機組在供熱期間的調(diào)度運行靈活性。

從高背壓供熱改造后的性能試驗數(shù)據(jù)看，典型供熱熱負(fù)荷工況下，高背壓改造后的機組供電煤耗較改造前原抽汽供熱方式可下降約52g/kWh，較機組純凝運行工況比較，機組高背壓運行時供電煤耗可下降約180g/kWh。供熱期節(jié)煤量6.2萬噸，減少二氧化碳排放量約15萬噸以上。

供熱期機組原循環(huán)泵停運，節(jié)電約440萬度。機組冷卻水塔蒸發(fā)量減少，每天節(jié)水6000噸，供熱期150天節(jié)水90萬噸。

經(jīng)過供熱改造后，機組的供熱能力提高，單臺320MW機組可滿足1000～1200萬㎡的對外供熱的要求，提高了供熱系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

結(jié) ?論

本文對320MW濕冷機組高背壓供熱改造進(jìn)行了研究，提出了高背壓供熱改造技術(shù)方案，結(jié)論如下：

（1）濕冷供熱機組采用雙轉(zhuǎn)子高背壓改造技術(shù)已日趨成熟，已投用的機組供熱運行安全可靠性良好，進(jìn)行高背壓供熱改造，從技術(shù)上是可行性的。

（2）對機組實施高背壓供熱改造，可大幅提高機組供熱能力，適應(yīng)城市熱網(wǎng)日益增長的供熱負(fù)荷需求，進(jìn)一步改善機組運行經(jīng)濟性。

（3）濕冷機組進(jìn)行高背壓供熱改造具有節(jié)能效益顯著，回收期較短的特點，具有較好的經(jīng)濟性。

參考文獻(xiàn)

[1]武進(jìn)猛.吸收式熱泵和高背壓雙轉(zhuǎn)子供熱技術(shù)在300 MW濕冷機組的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2018，39（08）：31-33+43.

[2]張慧梅. 金橋熱電廠300MW濕冷抽凝式機組高背壓改造研究[D].華北電力大學(xué)，2018.

[3]崔后品. 直接空冷機組高背壓供熱系統(tǒng)性能分析[D].華北電力大學(xué)，2018.

責(zé)編/馬銘陽