王 博

（本鋼板材股份有限公司發(fā)電廠，遼寧本溪 117000）

引言

本鋼板材發(fā)電廠33 號汽輪機是焦二干熄焦鍋爐配套機組。采暖期該機組采用低真空供暖，目前的供暖形式為33 號機循環(huán)水通過4 臺板式換熱器對熱網回水加熱。為了加熱余熱水，33 號機降低真空運行，真空-70 kPa 左右、排汽溫度70 ℃左右。排氣溫度若長期高于65 ℃運行，則會造成凝汽器銅管與管板之間脹口松脫，影響機組安全穩(wěn)定運行。

從“量”的角度，凝汽器損失的熱量占火力發(fā)電廠輸入熱量的份額最大，大于輸入熱量的50%。但從能量的“質”來說，汽輪機排汽壓力、溫度低，能量品位低，無法用于高效發(fā)電［1］。低品位熱源如何回收再利用，一直是電力行業(yè)攻關的課題。將凝汽器改造為熱網凝汽器技術已經十分成熟，即非采暖期凝汽器將汽輪機乏汽冷凝，回收凝結水；采暖期凝汽器直接作為熱網換熱器，為熱用戶提供余熱水。因此回收汽輪機乏汽的熱量，對于熱電聯(lián)產機組提高循環(huán)效率十分有效。

1 改造內容

1.1 凝汽器改造

1.1.1 凝汽器水室提壓改造

由于凝汽器水側進水壓力變化，余熱處回水壓力0.85 MPa，凝汽器原設計承壓能力0.6 MPa，需進行改造，并按提壓后的壓力等級進行設計。改造范圍包括更換凝汽器換熱管、管板（原厚度40 mm，改造后70 mm）、水室法蘭、門蓋（水室殼體厚度由12 mm增加至20 mm）、設備主螺栓、螺母、墊片、水側閥門、儀表等相關附件。

為了節(jié)省資金，可利用設備有原凝汽器的排汽喉部、凝汽器熱井、原凝汽器管束部分的外殼結構。

1.1.2 凝汽器換熱管改造

采暖期凝汽器作為熱網換熱器，凝汽器冷媒水采用余熱水。在熱網回水參數的條件下，需要保證機組真空大于-80 kPa，因此將凝汽器換熱面積由2 000 m2提升至2 300 m2，增加管束根數，主凝結區(qū)管束由3 600 根?25 mm×1.0 mm 材質HSn70-1AB，改造為 4 760 根?22 mm×0.7 mm 材質TP316L。換熱管束管徑減小，管束間橋距不變，凝汽器汽側阻力不受影響。具體改造參數見表1。

表1 凝汽器換熱管改造參數對比

1.2 管線調整

為防止余熱水泵突然事故全停時管路水壓突然發(fā)生變化對凝汽器造成損壞，在回水管道加裝安全閥進行壓力保護。新設置電動閥門對原管路進行隔離，通過閥門的開關實現供暖季與非供暖季循環(huán)水的切換。新設置管道、支架、閥門及相應的就地儀表。

1.3 二次濾網改造

由于采暖期，余熱水壓力偏高，原配套的入口二次濾網設計壓力也不滿足，需要進行更換。設計壓力（表壓力）由0.6 MPa提升至0.85 MPa。

1.4 管線計量儀表

在進入凝汽器供回水母管上加裝溫度、壓力、流量計量儀表，對水溫水量進行監(jiān)視及熱量結算。

1.5 凝汽器彈簧的改造

原凝汽器與汽輪機后汽缸采用剛性連接，凝汽器支座有4 組彈簧支座，經現場測量，凝汽器彈簧的規(guī)格為外徑?200 mm，內徑?110 mm，簧絲直徑?45 mm。改造后凝汽器的重量增加了約8 t，在此基礎上核算凝汽器的彈簧載荷，發(fā)現原有的彈簧組受力已不能滿足機組安全運行的要求，故對原有彈簧組進行改造，將原有的8 件簧絲直徑為?45 mm的彈簧，更換為8 件簧絲直徑為?50 mm 的彈簧，同時在每件大彈簧內部增設1 件簧絲直徑為?25 mm的彈簧（共增加8件），以此增加彈簧組的剛度，保證運行時彈簧組的荷載在合適的范圍內。

2 創(chuàng)新點及關鍵技術內容

2.1 減少換熱層級，提高換熱能力

取消板式換熱器，將余熱處回水直接進入凝汽器加熱，既能滿足余熱水升溫需求，又能提高電廠運行參數，提高機組真空，提高發(fā)電量［2］。同時采暖期可以停運循環(huán)水泵，降低耗電量。另外改造后生活水取代循環(huán)水，凝汽器冷卻水水質變好，凝汽器結垢降低，換熱變好，膠球泵可以不運行，降低電耗。改造前后系統(tǒng)圖如圖1 和圖2 所示。云線處是新增加的管道及閥門。

圖1 改造前系統(tǒng)圖

圖2 改造后系統(tǒng)圖

2.2 提高凝汽器承壓強度

2.2.1 改造及利舊范圍

對原N2 000 凝汽器進行改造，使其同時具備凝汽器和熱網加熱器的功能。

利舊設備范圍為原凝汽器的排汽喉部、凝汽器熱井、原凝汽器管束部分的外殼結構。

改造范圍包括更換凝汽器換熱管、管板、中間隔板、汽側相關消能和防沖擊擋板、擋水板、擋汽板、管束內部抽空氣系統(tǒng)組件、水室法蘭、門蓋、設備主螺栓、螺母、墊片、水側閥門、儀表等相關附件。

凝汽器改造前后數據和結構參數對比見表2。

表2 凝汽器改造前后數據和結構參數對比表

2.2.2 改造后的熱力性能

非采暖期用作凝汽器使用，能滿足機組原有工況的熱力性能。采暖期作為熱網凝汽器使用，能滿足以下各個工況的熱力性能。

在汽輪機額定工況下，保證熱網凝汽器在各熱網回水工況下運行，背壓不大于20 kPa，各熱網回水參數性能工況見表3。

表3 不同熱網回水參數復水器性能工況［3］

3 改造后效果評價

3.1 采暖期性能評價

33 號機組采暖期運行數據采集，對機組改造前后經濟性進行評價。數據對比如表4所示。

表4 改造前后數據對比

從表4 數據可以看出，在機組進氣參數（流量、溫度、壓力），余熱水回水參數（流量、溫度）一致的情況下，機組改造后真空值由同期的-75 kPa提升到-83 kPa，機組負荷提高1 600 kWh。

3.2 非采暖期性能評價

對33 號機非采暖期數據采集，性能評估如表5所示。

表5 33號機非采暖期數據采集

從表5數據可以看出，非采暖期凝汽器，可保持原有性能。

3.3 經濟效益

以下效益計算中涉及到的運行時間，以供暖期152 天為計算依據，涉及到電費計算以0.5 元/kWh為計算依據。

（1）節(jié)電效益

改造后，供暖期循環(huán)水泵停泵產生的節(jié)電效益（以同期平均小時耗電376 kWh計算）。

X循環(huán)泵=W循環(huán)泵×H×C電

式中：X循環(huán)泵——循環(huán)泵節(jié)電效益，元；

W循環(huán)泵——循環(huán)水泵功率，kWh；

H——供暖期小時數，h；

C電——電費成本，元/kWh。

X循環(huán)泵=376×24×152×0.5=68.58 萬元

（2）節(jié)水效益

改造后，循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)約補水效益（以同期小時補水30 t/h計算，價格按1.1 元/t計算）。

X水=Q循環(huán)水×H×C水

式中：X水——節(jié)水效益，元；

Q循環(huán)水——循環(huán)水補水量，t/h；

H——供暖期小時數，h；

C水——工業(yè)水成本，元/t。

X水=30×24×152×1.1=12.04 萬元

（3）增發(fā)電效益

X發(fā)電=W增發(fā)電量×H×C電

式中：X發(fā)電——增發(fā)電效益，元；

W增發(fā)電量——增發(fā)電量，kWh；

H——供暖期小時數，h；

C電——電費價格，元/kWh。

W發(fā)電=1 600×24×152×0.5=291.84 萬元

（4）總效益

X總=X循環(huán)泵+X水+X發(fā)電=68.58+12.04+291.84

=372.46 萬元

該項目總投資335 萬元，投資回收期11個月。

3.4 性能評價結論

2020 年10 月27 日，33 號機組熱網凝汽器改造結束，完成系統(tǒng)試運行。從改造前后的工況對比來看，改造后效益明顯，額定工況真空值由同期的-75 kPa提升到-83 kPa，機組負荷提高1 600 kWh。

經過近1 年以來運行及性能評價，33 號熱網凝汽器汽輪機在額定工況下，保證熱網凝汽器在各熱網回水工況下運行背壓不大于20 kPa，連續(xù)穩(wěn)定運行，采暖期額定工況，機組負荷提高1 200 kWh 以上，非采暖期用作凝汽器可保持原有性能，穩(wěn)定運行。

33 號機熱網凝汽器改造，可以達到充分利用部分低溫余熱而節(jié)約一次能源的目的，可推廣用于同類機組節(jié)能改造，具有良好的經濟和社會效益。