三缸三排汽200 MW純凝汽輪機(jī)組背壓改造后對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響分析及應(yīng)對(duì)措施

董鳳亮

（華電能源股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

三缸三排汽200 MW純凝汽輪機(jī)組背壓改造后對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響分析及應(yīng)對(duì)措施

董鳳亮

（華電能源股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

對(duì)于三北地區(qū)，特別是東北等高寒地區(qū)，“以熱定電”現(xiàn)象很大程度上決定了供熱機(jī)組在冬季運(yùn)行的機(jī)組出力。如何在有限的機(jī)組容量下實(shí)現(xiàn)供熱量最大化是華電富拉爾基電廠所面臨的一個(gè)問題，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行背壓改造很好地解決了上述問題。本文就三缸三排汽200 M W純凝汽輪機(jī)組背壓改造后對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響分析及應(yīng)對(duì)措施展開討論。

汽輪機(jī)；機(jī)組影響；背壓改造

現(xiàn)階段，節(jié)能減排是火力發(fā)電機(jī)組發(fā)展的主要方向，如何實(shí)現(xiàn)環(huán)保和節(jié)能雙重效益，是本文研究的目標(biāo)。以下對(duì)華電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠200 MW汽輪發(fā)電機(jī)組高背壓供熱改造項(xiàng)目進(jìn)行研究，分析200 MW汽輪發(fā)電機(jī)組供熱期高背壓供熱改造項(xiàng)目，有利于提高機(jī)組熱效率，能夠大幅度降低汽輪發(fā)電機(jī)組的能耗水平，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也可有效地解決城鎮(zhèn)日益擴(kuò)大的熱網(wǎng)需求。

1 項(xiàng)目簡介

華電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠位于富拉爾基區(qū)新電街1號(hào)，距富拉爾基城區(qū)中心8.5 k m，總裝機(jī)容量1200 MW，分為二期建設(shè)，一期3臺(tái)200 MW機(jī)組，二期擴(kuò)建3臺(tái)200 MW機(jī)組，共6臺(tái)200 MW凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司20世紀(jì)80年代產(chǎn)品，汽輪機(jī)為沖動(dòng)式三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)，分別于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投產(chǎn)發(fā)電。

汽輪機(jī)采用高背壓供熱改造技術(shù)，減少了循環(huán)水帶走的冷端損失，擴(kuò)大熱網(wǎng)供熱能力，降低機(jī)組運(yùn)行熱耗，實(shí)現(xiàn)電廠節(jié)能減排、節(jié)約用水的目標(biāo)。符合國家“節(jié)能減排”、降低環(huán)境污染和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的原則。

2 背壓改造的必要性

隨著我國環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整，特別是《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》要求，“到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時(shí)”。富發(fā)電廠要想求生存求發(fā)展必須進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)改造。齊齊哈爾中心城區(qū)南部供熱分區(qū)，目前沒有大型集中供熱熱源。截止到2015年底，本供熱區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有供熱面積1400萬平方米，現(xiàn)有區(qū)域鍋爐房10座，鍋爐32臺(tái)，供熱面積835.5萬平方米；現(xiàn)有分散小鍋爐房75座，鍋爐98臺(tái)，供熱面積564.5萬平方米。由于現(xiàn)有分散采暖鍋爐不能滿足環(huán)保要求，能效低，制約著城市的發(fā)展，因此，齊齊哈爾市政府決定全部拆除現(xiàn)有分散采暖鍋爐，建設(shè)大型集中供熱熱源，實(shí)現(xiàn)大型集中供熱，不僅能給齊齊哈爾市區(qū)提供穩(wěn)定、可靠、高品質(zhì)的熱源，而且能有效節(jié)約能源，減少城市污染，對(duì)改善居民生活環(huán)境，方便居民日常生活，合理利用城區(qū)有效空間等，都具有積極的意義，其經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益均十分顯著。

3 背壓改造技術(shù)方案論證

鍋爐來的新蒸汽通過兩個(gè)高壓主汽閥，四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥(一個(gè)主汽閥和兩個(gè)調(diào)節(jié)閥組成一體)進(jìn)入高壓汽缸，蒸汽經(jīng)高壓通流部分做功后，通過高壓缸排汽口排出高壓缸，進(jìn)入中間再熱器后，再通過兩個(gè)中壓主汽閥、四個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)入中壓缸，中壓缸排一部分進(jìn)入1#低壓缸，另外一部分經(jīng)中低壓連通管排入2#、3#低壓缸。汽輪機(jī)采用噴嘴調(diào)節(jié)，負(fù)荷變化時(shí)主要靠高壓調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)負(fù)荷低于額定負(fù)荷的35%時(shí)，中壓調(diào)節(jié)汽閥才起作用。高、中壓主汽閥及調(diào)節(jié)閥均采用單閥座，帶有預(yù)啟閥結(jié)構(gòu)。

3.1 汽輪機(jī)改造原則

汽輪機(jī)供熱改造遵循以下原則。

（1）汽輪機(jī)組現(xiàn)有的高、中通流不變。

（2）汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)不變。

（3）汽輪機(jī)高、中、低壓缸安裝尺寸及對(duì)外接口尺寸不變。

（4）汽輪機(jī)中壓主汽門、調(diào)門不動(dòng)，前、中、后軸承座與基礎(chǔ)接口不變，轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)及主油泵的聯(lián)接方式不變，與盤車裝置連接方式及位置不變。

（5）汽輪機(jī)組的基礎(chǔ)不動(dòng)，對(duì)基礎(chǔ)負(fù)荷基本無影響，機(jī)組的軸向推力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 汽輪機(jī)改造方案分析

（1）采暖期運(yùn)行。①取消1#、2#、3#低壓缸3×5級(jí)通流，去掉低壓全部隔板和純凝低壓轉(zhuǎn)子。②新設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)子取消原低壓部分的5級(jí)葉輪葉片，采用等徑配重套筒替代原有5級(jí)葉輪。取消1#低壓缸中的隔板套及隔板，新設(shè)計(jì)三級(jí)密封堵板，防止中壓排汽進(jìn)入1#低壓排汽缸。2#、3#低壓缸重新設(shè)計(jì)一根低壓光軸轉(zhuǎn)子，只起到將中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉(zhuǎn)子的互換，新中壓轉(zhuǎn)子、新低壓光軸轉(zhuǎn)子仍采用套裝結(jié)構(gòu)，其重量、揚(yáng)度和臨界轉(zhuǎn)速與原轉(zhuǎn)子基本相同。新設(shè)計(jì)中壓轉(zhuǎn)子及低壓光軸轉(zhuǎn)子前后軸徑仍采用原機(jī)組軸徑尺寸，在轉(zhuǎn)子互換時(shí)，無需更換原中壓和低壓支持軸承。③機(jī)組在供熱運(yùn)行期間，在2#、3#低壓缸隔板槽內(nèi)安裝新設(shè)計(jì)隔板槽保護(hù)部套，以防止低壓隔板槽在供熱運(yùn)行時(shí)變形、銹蝕。④機(jī)組以熱定電方式運(yùn)行，需對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造，使機(jī)組具備供汽壓力調(diào)節(jié)功能。⑤改造供熱運(yùn)行后，機(jī)組最大供汽量可達(dá)512.9 t/h，供汽壓力為0.245 MP a。

（2）非采暖期運(yùn)行。機(jī)組在非供熱期（夏季）要恢復(fù)純凝汽工況運(yùn)行，在冬季供熱期應(yīng)將換下的原中壓轉(zhuǎn)子、原低壓轉(zhuǎn)子、低壓隔板等設(shè)備部件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，便于夏季重新安裝后直接恢復(fù)純凝汽運(yùn)行，為此要向電廠提供專用的轉(zhuǎn)子及隔板支架。夏季純凝汽運(yùn)行時(shí)，同樣應(yīng)保養(yǎng)好換下的供熱中壓轉(zhuǎn)子、低壓光軸轉(zhuǎn)子等設(shè)備。

4 技術(shù)改造技術(shù)措施及影響

4.1 對(duì)汽輪機(jī)軸系標(biāo)高的影響

低壓缸真空度、凝汽器重量及后汽缸溫升都會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行時(shí)軸系標(biāo)高產(chǎn)生影響。

對(duì)低壓缸運(yùn)行標(biāo)高產(chǎn)生最大影響的就是低壓排汽缸溫升產(chǎn)生的熱膨脹變形量，原機(jī)組純凝工況排汽溫度為33.4度，高背壓運(yùn)行時(shí)，低壓缸不再作功，沒有蒸汽流入，#1低壓缸的溫升主要由于堵板熱傳導(dǎo)產(chǎn)生，2#、3#低壓缸溫升主要由于轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)造成，通過凝汽器在供熱時(shí)投運(yùn)以及#1低壓缸持續(xù)噴水降低低壓缸溫度，1#、2#、3#低壓缸溫度一般不會(huì)超過65度，溫升為31.6℃，此時(shí)低壓轉(zhuǎn)子運(yùn)行標(biāo)高抬升約為0.32 mm，原機(jī)組設(shè)計(jì)低壓缸排汽溫度在80℃以下機(jī)組基本安全。檢查機(jī)組排汽溫度在65度時(shí)的相關(guān)運(yùn)行記錄，如轉(zhuǎn)子振動(dòng)情況良好，在供熱期可維持原機(jī)組軸系標(biāo)高運(yùn)行，不進(jìn)行處理。如振動(dòng)情況不好，可減小4#、5#軸承下的墊片厚度，減小量約為0.15 mm。從數(shù)值反應(yīng)轉(zhuǎn)子瓢偏情況應(yīng)該不是很嚴(yán)重。新光軸轉(zhuǎn)子及中壓轉(zhuǎn)子安裝時(shí)需仔細(xì)檢查轉(zhuǎn)子張口情況。按現(xiàn)有情況看，新轉(zhuǎn)子安裝后，軸瓦振動(dòng)基本不會(huì)發(fā)生大的變化。

4.2 汽輪機(jī)脹差影響的措施

高中壓缸各級(jí)流量基本不變，各級(jí)溫度、焓降基本不變，高中壓缸轉(zhuǎn)子和汽缸膨脹量基本不會(huì)發(fā)生變化。低壓缸在冬季高背壓供熱工況運(yùn)行時(shí)停止運(yùn)行增加1#低壓部分脹差變化，經(jīng)核算，運(yùn)行狀態(tài)下，低壓轉(zhuǎn)子與低壓缸的溫升較低35～45℃，正常運(yùn)行工況下，低壓轉(zhuǎn)子及汽缸的絕對(duì)膨脹量都不大，差脹±0.7 mm。原設(shè)計(jì)軸封間隙能滿足運(yùn)行要求。

4.3 軸向推力影響的措施

機(jī)組抽汽供熱運(yùn)行時(shí)，1#、2#、3#低壓缸都不再運(yùn)行。機(jī)組2#、3#低壓缸為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，取消運(yùn)行對(duì)機(jī)組軸向推力沒有影響。1#低壓缸取消運(yùn)行，機(jī)組的正向推力減小。為了平衡取消1#低壓缸減小的正向推力，對(duì)中壓缸前汽封改造來增大正向推力。將機(jī)組的中壓缸調(diào)端軸封直徑減小，即可增加正向推力，使得機(jī)組軸向推力供熱運(yùn)行期間與純凝運(yùn)行期間基本相同，完全滿足機(jī)組安全運(yùn)行需要。目前2#汽輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，發(fā)電機(jī)功率196 MW工況，推力瓦平均瓦溫62.3度，最高77度，機(jī)組改造后原有推力軸承應(yīng)能滿足運(yùn)行要求。

4.4 控制系統(tǒng)措施

改背壓運(yùn)行后，需對(duì)原控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造。排汽管道上安裝有壓力調(diào)節(jié)閥，控制系統(tǒng)可根據(jù)排汽壓力的變化調(diào)整壓力調(diào)節(jié)閥的開度，使排汽壓力穩(wěn)定保持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。如果汽輪機(jī)以熱定電方式運(yùn)行，調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造后，可通過控制主汽調(diào)節(jié)閥開度增加或減少機(jī)組進(jìn)汽量，來完成排汽壓力調(diào)節(jié)功能。

4.5 對(duì)中壓缸隔板、葉片強(qiáng)度的影響

原機(jī)組額定純凝汽工況下，中低壓缸分缸壓力為0.23 MP a，改造后中壓缸排汽壓力為0.22～0.245 MP a，排汽壓力通過供汽管道上調(diào)節(jié)閥來調(diào)整，使末級(jí)壓差壓力范圍始終保持在不大于原純凝汽運(yùn)行時(shí)的最大壓差，從而保證中壓末級(jí)的安全。

5 結(jié)語

高背壓供熱改造后，機(jī)組采用雙轉(zhuǎn)子互換形式，非供熱期仍采用原機(jī)組轉(zhuǎn)子，低壓缸以純凝形式運(yùn)行；供熱期低壓轉(zhuǎn)子采用新中壓轉(zhuǎn)子及低壓光軸轉(zhuǎn)子，只起連接作用，1#、2#、3#低壓部分并不作功發(fā)電，中壓排汽全部用于供熱，充分利用汽輪機(jī)排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，同時(shí)降低機(jī)組運(yùn)行煤耗，機(jī)組供電煤耗為160 k g/k W·h，實(shí)現(xiàn)電廠節(jié)能減排、節(jié)約用水、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

[1]哈爾濱汽輪機(jī)廠N2 0 0-130/535/535汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程．

[2]李子芳．135 MW等級(jí)汽輪機(jī)的改進(jìn)研究—以雙背壓轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱技術(shù)為例.技術(shù)研發(fā)，2014．11:44～45．

F 426.61

：A

：1671-0711（2017）12（下）-0042-02