試論200MW機(jī)組汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸供熱改造

田曉龍　張雷　卜心明

摘 要：近年來(lái)，國(guó)內(nèi)發(fā)電裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、用電量逐步下滑的矛盾日益突出，發(fā)電企業(yè)，尤其是火力發(fā)電企業(yè)的機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降，經(jīng)營(yíng)狀況舉步維艱。在這種情況下，火力發(fā)電廠尋求多元化發(fā)展，拓展業(yè)務(wù)范圍，增加企業(yè)效益顯得尤為重要。本文通過(guò)成功案例著重論述了地處供熱區(qū)域的火力發(fā)電廠進(jìn)行供熱改造的必要性和可行性。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；光軸；供熱改造

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2016）10C-0091-02

一、項(xiàng)目背景

海拉爾熱電廠地處內(nèi)蒙古東北部呼倫貝爾市海拉爾區(qū)，海拉爾區(qū)是呼倫貝爾市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，屬寒溫帶大陸性氣候，年平均氣溫-2℃，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，地面積雪時(shí)間長(zhǎng)。兩臺(tái)200MW抽凝供熱機(jī)組，設(shè)計(jì)最大供熱能力為650萬(wàn)平方米，投產(chǎn)初期能夠滿足原有供熱負(fù)荷及新增供熱負(fù)荷，隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，要求拆除小采暖鍋爐，采用區(qū)域集中供熱，這時(shí)擴(kuò)建的兩臺(tái)200MW機(jī)組已經(jīng)不能滿足供熱的要求，供熱期約有40%的冷源損失，機(jī)組平均供電煤耗在280g/kwh左右，經(jīng)濟(jì)性不高，企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益一般，從而使200MW機(jī)組供熱改造成為必然。海拉爾熱電廠1、2號(hào)200MW汽輪機(jī)是由哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超高壓、一次中間再熱、單軸、三缸、雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為C162/N205-12.75/535/535，采用一臺(tái)100%容量的汽動(dòng)給水泵，一臺(tái)50%容量的電動(dòng)給水泵備用。

二、改造技術(shù)方案

經(jīng)考察國(guó)內(nèi)200MW機(jī)組光軸改造情況，結(jié)合本廠實(shí)際情況，經(jīng)反復(fù)論證，確定了解列汽輪機(jī)低壓缸，采用光軸的改造方案，改造后，中壓缸排汽全部引入熱網(wǎng)加熱器，只有汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)約20t/h排汽進(jìn)入凝汽器，汽輪機(jī)冷源損失幾乎為零，提高了機(jī)組供熱運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)提高了機(jī)組的供熱能力，滿足了日益增長(zhǎng)的供熱負(fù)荷需求。

在采暖季前將汽輪機(jī)原低壓轉(zhuǎn)子更換為光軸轉(zhuǎn)子，徹底解列低壓缸運(yùn)行，即中壓缸排汽全部進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)不做較大的改變。采用一根光軸直接連接中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。結(jié)束供熱后，將低壓光軸轉(zhuǎn)子更換為純凝轉(zhuǎn)子，即完全恢復(fù)至純凝機(jī)組原設(shè)計(jì)狀態(tài)。

（一）主要設(shè)備的選擇

1.汽輪機(jī)。

（1）中低壓聯(lián)通管改造。將原聯(lián)通管“蝶閥段”更換成“悶斷段”并在其前加疏水?！皭灁喽巍迸c“蝶閥段”可以更換。通過(guò)“悶斷段”引出的采暖蒸汽與原汽缸底部的采暖蒸汽在熱網(wǎng)首站附近合并為一根管道，進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器。

（2）低壓光軸。因低壓缸不做功，原低壓轉(zhuǎn)子要改為僅作為低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，傳遞扭矩的光軸及其聯(lián)軸節(jié)。

（3）低壓缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式。

（4）低壓隔板套及隔板拆出。

（5）低壓兩端汽封保留。

2.熱網(wǎng)加熱器和熱網(wǎng)疏水泵。

系統(tǒng)配置4臺(tái)管式熱網(wǎng)加熱器，均布置在熱網(wǎng)首站的10m層，熱網(wǎng)加熱蒸汽量額定采暖工況采暖抽汽流量280t/h，最大采暖工況采暖抽汽流量375t/h。改造后采暖抽汽流量將達(dá)到460t/h，考慮到原有熱網(wǎng)加熱器的裕量，在原有熱網(wǎng)加熱器滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，多余的加熱蒸汽量仍無(wú)法消耗，因此需增設(shè)1臺(tái)熱網(wǎng)加熱器。

熱網(wǎng)首站目前配有6臺(tái)熱網(wǎng)疏水泵，單臺(tái)水泵流量200t/h，單臺(tái)水泵揚(yáng)程1.35MPa。改造后疏水量增大，因此本工程改造2臺(tái)熱網(wǎng)疏水泵，改造后流量270 t/h，揚(yáng)程1.35MPa，改造后與原泵并聯(lián)運(yùn)行。

（二）主要工藝系統(tǒng)的擬定

1.凝結(jié)水系統(tǒng)。

給水回?zé)嵯到y(tǒng)中切除原JD1、JD2，如采用汽動(dòng)給水泵系統(tǒng)，汽動(dòng)給水泵小機(jī)排汽和補(bǔ)水進(jìn)入凝汽器，經(jīng)過(guò)CF后進(jìn)入JD。如采用電動(dòng)給水泵系統(tǒng)，建議將凝汽器停用。

2.汽封系統(tǒng)。

高中壓汽封系統(tǒng)與原汽封系統(tǒng)相同，如采用汽泵系統(tǒng)，則汽封系統(tǒng)正常按原系統(tǒng)運(yùn)行；如采用電泵系統(tǒng)，則可將低壓汽封系統(tǒng)切除。

3.疏水系統(tǒng)。

如采用電泵系統(tǒng)，凝汽器停用，則機(jī)組疏水需接至臨機(jī)的疏水?dāng)U容器，如采用汽泵系統(tǒng)，凝汽器低負(fù)荷運(yùn)行，疏水系統(tǒng)按原機(jī)組運(yùn)行。兩種方式對(duì)比，后者經(jīng)濟(jì)性較好，因此，改造后選擇汽泵運(yùn)行方式。

（三）涉及的改造部件

1.中低壓聯(lián)通管，需增設(shè)抽汽管道用于供熱，抽汽管道需加設(shè)快關(guān)調(diào)節(jié)閥、逆止閥及安全閥。蒸汽從中壓缸做功后直接去熱網(wǎng)供熱用戶，原去低壓缸聯(lián)通管拆除，原接至熱網(wǎng)加熱器的管道保留，由于供熱抽汽量增加，新設(shè)計(jì)供熱接管，供熱管道上加設(shè)逆止閥、快關(guān)調(diào)節(jié)閥及安全閥。

2.低壓光軸轉(zhuǎn)子，低壓光軸不做功，僅傳遞扭矩，通過(guò)聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)相聯(lián)。設(shè)計(jì)要求如下：

A.低壓“光軸”轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)滿足正常運(yùn)行及短路扭矩等條件下的強(qiáng)度。

B.轉(zhuǎn)子重量與原轉(zhuǎn)子接近，以保證各軸承載荷接近原機(jī)組水平，油溫等參數(shù)滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。

C.由于原機(jī)組低壓各級(jí)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，低壓缸推力為零，改造后機(jī)組推力與原機(jī)組完全相同。

D.改造后機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速避開(kāi)率>15%，滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。

E.改造后光軸轉(zhuǎn)子與原轉(zhuǎn)子撓度接近，軸系揚(yáng)度變化較小，滿足安裝要求。

3.雙轉(zhuǎn)子互換問(wèn)題。

全年采用兩種運(yùn)行模式，進(jìn)入采暖期將“轉(zhuǎn)子”換成“光軸”，采暖期結(jié)束將“光軸”換成“轉(zhuǎn)子”，互換的“光軸”與“轉(zhuǎn)子”兩端的半聯(lián)軸器，無(wú)論在對(duì)中心還是兩半聯(lián)軸器螺栓孔的精度等方面都要做到完全一致，達(dá)到“光軸”與“轉(zhuǎn)子”簡(jiǎn)便精準(zhǔn)互換?？紤]到液壓螺栓的優(yōu)點(diǎn)，低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器螺栓使用液壓螺栓。

4.增加冷卻蒸汽管道及減溫減壓裝置。

（1）凝汽器有關(guān)系統(tǒng)

由于給水采用100%汽動(dòng)給水泵，改造后冷凝器需正常運(yùn)行，需增加凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水通過(guò)2臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水連通管引自臨機(jī)的循環(huán)水系統(tǒng)，不新增系統(tǒng)。

另外，為了防止低壓缸鼓風(fēng)發(fā)熱，增設(shè)低壓缸蒸汽冷卻系統(tǒng)，需要5t/h（60～90℃）的蒸汽通入低壓缸進(jìn)行冷卻。

（2）熱網(wǎng)加熱蒸汽系統(tǒng)

改造后將原聯(lián)通管“蝶閥段”更換成“悶斷段”，通過(guò)“悶斷段”引出的采暖蒸汽與原汽缸底部的采暖蒸汽在熱網(wǎng)首站附近合并為一根管道，進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器。

（3）熱網(wǎng)加熱疏水系統(tǒng)

經(jīng)初步核算，改造后疏水管道系統(tǒng)仍滿足改造后疏水量增加的要求，故不做改動(dòng)。

三、工程項(xiàng)目總結(jié)評(píng)價(jià)

（一）運(yùn)行情況

改造后汽輪機(jī)的運(yùn)行分為非采暖期和采暖期工況運(yùn)行兩種方式。在非采暖期機(jī)組純凝工況運(yùn)行，為中壓調(diào)節(jié)閥參與調(diào)整、低壓缸參與運(yùn)行方式；在采暖期機(jī)組按光軸工況運(yùn)行，為中壓調(diào)節(jié)閥參與調(diào)整、中壓缸排汽供采暖、低壓缸不進(jìn)汽，低壓轉(zhuǎn)子更換為低壓光軸的光軸運(yùn)行方式。

#1機(jī)組汽輪機(jī)改造后一次啟動(dòng)成功，光軸方式下運(yùn)行時(shí)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，軸瓦振動(dòng)值優(yōu)良，機(jī)組所帶電負(fù)荷能力達(dá)到設(shè)計(jì)最大電負(fù)荷153MW。改造后的凝結(jié)水系統(tǒng)、熱網(wǎng)抽汽、疏水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)運(yùn)行正常，冷源損失全部回收利用。

（二）經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

1.主要技術(shù)指標(biāo)。

（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)。改造后設(shè)計(jì)額定功率：140382.9kW；高壓缸效率82.43%、中壓缸效率89.89%；主汽流量：610t/h、汽耗4.345kg/kW·h。

最大功率：153609.7KW、主汽流量：670t/h、汽耗4.362kg/kW·h。

（2）實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)。額定功率：140382.9kW，高壓缸效率82.637%、中壓缸效率90.08%；主汽流量：576t/h、汽耗4.148kg/kW·h。最大功率：153609.7kW、主汽流量：620t/h、汽耗4.128kg/kW·h。

2.主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

通過(guò)改造機(jī)組冷源損失全部回收利用，主要損失僅為鍋爐燃燒效率和管道散熱損失，機(jī)組供熱能力大幅提高，改造前1號(hào)機(jī)供熱能力為225MW，改造后達(dá)330 MW，增加105 MW（約為378GJ），供熱面積可增加約150萬(wàn)m2。

機(jī)組總熱效率大幅提高，達(dá)到89%以上，遠(yuǎn)高于單純的抽汽供熱機(jī)組，發(fā)電熱耗率僅為3700 kJ/（kW·h）左右，生產(chǎn)供電煤耗降到170 g/kW·h。

項(xiàng)目實(shí)際投資約1400萬(wàn)元，每年可增加熱費(fèi)收入約3750萬(wàn)元，每年發(fā)電節(jié)約標(biāo)煤約2.88萬(wàn)噸，節(jié)省發(fā)電成本約890萬(wàn)元，每年增加更換轉(zhuǎn)子費(fèi)用約120萬(wàn)元，轉(zhuǎn)子互換少發(fā)電量約4200萬(wàn)元，減少電費(fèi)收益約750萬(wàn)元。

（三）項(xiàng)目推廣應(yīng)用價(jià)值

采用“光軸純凝切換技術(shù)”實(shí)施光軸改造，首創(chuàng)光軸、純凝機(jī)組邏輯控制切換技術(shù)；利用“蒸汽壓力匹配”技術(shù)確保供熱抽汽改造的安全性、經(jīng)濟(jì)性；利用“中壓調(diào)節(jié)閥參調(diào)”技術(shù)確保中排至熱網(wǎng)抽汽擴(kuò)容改造的安全性、經(jīng)濟(jì)性；通過(guò)光軸改造后汽輪機(jī)本體通流、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及回?zé)嵯到y(tǒng)校核，確保光軸機(jī)改造的安全性、經(jīng)濟(jì)性；該項(xiàng)目為全國(guó)首例200MW配置汽動(dòng)給水泵實(shí)行光軸代替轉(zhuǎn)子項(xiàng)目。

改造需要重視的關(guān)鍵技術(shù)：

一是采暖季與非采暖季轉(zhuǎn)子互換便利性，需提高鉸孔精度，解決好兩套轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器的通用性問(wèn)題；

二是適當(dāng)提高熱網(wǎng)換熱系統(tǒng)的出力，降低發(fā)電煤耗，最大限度提高機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性；

三是精確核算系統(tǒng)平衡和膨脹及推力，以保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性；

四是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，考慮取消冷卻蒸汽系統(tǒng)，進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

該改造項(xiàng)目的技術(shù)方案可在其他熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行推廣應(yīng)用，改造后均可形成良好的熱電聯(lián)產(chǎn)效益，具有極好的示范作用。為大規(guī)模供熱“光軸純凝切換技術(shù)”及火電供熱機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)研究和應(yīng)用進(jìn)行了有效探索，能夠有力推進(jìn)供熱機(jī)組深度節(jié)能，緩解當(dāng)前火電機(jī)組電量下滑、經(jīng)濟(jì)效益下降的狀況，具有市場(chǎng)應(yīng)用前景。

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