三缸三排汽200MW汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造后對(duì)輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行方式的影響分析

邵松林

【摘 要】在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，因國(guó)家GDP增速放緩，用電量急劇下降，發(fā)電廠如何在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中謀得一席之地，值得深思，小火電低壓轉(zhuǎn)子光軸改造技術(shù)已在部分電廠實(shí)現(xiàn)，并取得了良好效果，本文主要就華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)低壓缸光軸改造后對(duì)輔機(jī)設(shè)備的影響進(jìn)行了分析，從低壓缸光軸改造后機(jī)組的運(yùn)行情況著手分析。

【關(guān)鍵詞】光軸改造 輔機(jī)運(yùn)行 凝結(jié)水系統(tǒng)

隨著城市化進(jìn)程的逐漸加快，特別是農(nóng)村城鎮(zhèn)化速度加快，農(nóng)村土地改革政策促進(jìn)了城市供熱面積的進(jìn)一步擴(kuò)大，而面對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的“L”型發(fā)展，未來(lái)五年熱電廠最突出的矛盾將是供熱面積的逐漸增加和熱電廠出力逐年下降的矛盾，“以熱定電”的思維邏輯已不適合國(guó)家經(jīng)濟(jì)增速放緩的當(dāng)下，特別是往后的幾年，這種背離只會(huì)越來(lái)越明顯，熱電廠肩負(fù)著為居民供熱的重任，如無(wú)深謀遠(yuǎn)慮，高瞻遠(yuǎn)矚的視角，將很難在未來(lái)日益激烈的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，華電富拉爾基發(fā)電廠結(jié)合當(dāng)?shù)貦C(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況。對(duì)汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)行了光軸改造，本文將對(duì)改造后對(duì)輔機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行認(rèn)真研究和分析。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。總裝機(jī)容量 1200MW，分為二期建設(shè)，一期 3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，二期擴(kuò)建3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，共 6 臺(tái) 200MW 凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司八十年代產(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。其中二期 3 臺(tái)汽輪機(jī)分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術(shù)進(jìn)行了通流部分?jǐn)U容改造，額定功率達(dá)到 210MW。

2 低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造的原理

華電能源富拉爾基發(fā)電廠200MW汽輪機(jī)，是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任生產(chǎn)的三缸三排汽超高壓一次再熱機(jī)組。根據(jù)要求，要對(duì)機(jī)組進(jìn)行供熱改造。為了增加供熱量，擬將4#機(jī)組的2#低壓缸內(nèi)的雙分流的全部通流拆除，更換成光軸，并改造連通管，成為供熱機(jī)組。

將現(xiàn)有汽輪機(jī)改后，從中壓缸排出的蒸汽的一部分仍然進(jìn)入1#低壓缸做功并進(jìn)入冷凝器凝結(jié)，而2#低壓缸不再有蒸汽進(jìn)入，直接從連通管抽出去供熱。2#低壓轉(zhuǎn)子拆除，更換成一根光軸，連接中壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)，起到傳遞扭矩的作用。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，光軸會(huì)與低壓缸內(nèi)的蒸汽（或空氣）產(chǎn)生摩擦鼓風(fēng)發(fā)熱，需要對(duì)其進(jìn)行冷卻，這個(gè)冷卻方案要結(jié)合冷凝器的運(yùn)行方式一并考慮，冷凝器機(jī)組維持真空熱備用，并需要從中排引一股蒸汽對(duì)光軸進(jìn)行冷卻。

汽輪機(jī)光軸改造中，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）低壓轉(zhuǎn)子更換成光軸，需要光軸轉(zhuǎn)子的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和原轉(zhuǎn)子盡可能相同或相近，以保證臨界轉(zhuǎn)速盡可能不發(fā)生變化，軸承也能不必更換。

（2）更換時(shí)，低壓的隔板、導(dǎo)葉也需要一并拆除。

（3）改造后，機(jī)組的低壓通流部分只剩下了1#低壓缸，中排壓力需要靠進(jìn)汽量和抽汽量來(lái)調(diào)節(jié)，不能過(guò)高也不能過(guò)低。中排壓力過(guò)高時(shí)容易導(dǎo)致1#低壓缸的蒸汽流量過(guò)載，因此運(yùn)行時(shí)應(yīng)該密切監(jiān)視中排壓力，中排壓力最高計(jì)算值為0.28MPa；中排壓力過(guò)低是容易造成中壓末級(jí)葉片壓差增大，易引起安全性問(wèn)題，中排壓力（抽汽工況）最低計(jì)算值為0.12MPa。

3 改造后對(duì)輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行方式有哪些影響

3.1 對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響

電廠一期單臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)510m3/h的凝結(jié)水泵，均變頻調(diào)速，正常運(yùn)行時(shí)1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用；電廠二期單臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)560m3/h的凝結(jié)水泵，均變頻調(diào)速，正常運(yùn)行時(shí)1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。

光軸抽汽改造后，汽輪機(jī)的安全排汽量不能高于153t/h，最大凝結(jié)水量為純凝工況最大凝結(jié)水量的35%左右。由于改造后機(jī)組凝結(jié)水量較小，為了使凝結(jié)水泵能夠正常運(yùn)行及凝結(jié)水系統(tǒng)中的減溫水能正常投入使用，可以通過(guò)變頻調(diào)速運(yùn)行1臺(tái)凝結(jié)水泵并開大凝結(jié)水再循環(huán)管道上調(diào)節(jié)閥來(lái)滿足機(jī)組正常運(yùn)行要求。另外凝結(jié)水系統(tǒng)中的其他用水量很小（汽輪機(jī)二級(jí)旁路減溫水、三級(jí)旁路減溫水和排汽缸噴水減溫水僅在機(jī)組啟、停機(jī)時(shí)投入，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)不投；調(diào)速給水泵機(jī)械密封冷卻水少量，回水至凝結(jié)水泵入口管；化學(xué)氫站制氫用水，每24小時(shí)約2噸），改造后均能滿足用水量需求。

3.2 對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)的影響

根據(jù)哈爾濱汽輪機(jī)廠提供的改造后機(jī)組熱平衡圖及原機(jī)組的熱平衡圖可以看出，改造后機(jī)組各級(jí)抽汽壓力與原來(lái)各級(jí)抽汽壓力有不同層次的微小改變，但均在各個(gè)高低壓加熱器的設(shè)計(jì)壓力范圍之內(nèi)，均能滿足改造后要求。

另外，光軸改造后低壓級(jí)回?zé)岢槠坑兴淖儯?級(jí)回?zé)岢槠繛榱?，?級(jí)回?zé)岢槠繙p少。經(jīng)哈汽核算，改造后第8級(jí)回?zé)岢槠麑?duì)應(yīng)的1#低加正常投入運(yùn)行；第7級(jí)回?zé)岢槠麑?duì)應(yīng)的2#低加只作為凝結(jié)水側(cè)及疏水側(cè)的通路投入運(yùn)行，而蒸汽側(cè)停運(yùn)，其對(duì)應(yīng)抽汽管道閥門關(guān)閉。2#低加后的低加疏水泵正常投入運(yùn)行。

3.3 對(duì)給水系統(tǒng)的影響

由于方案中的加熱蒸汽和乏汽的疏水可以全部回收，3臺(tái)機(jī)組的熱網(wǎng)加熱器疏水接回至機(jī)組主凝結(jié)水系統(tǒng)后進(jìn)入給水系統(tǒng)，因此原給水系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備可以維持不變，只需注意給水的水質(zhì)的問(wèn)題，加強(qiáng)化學(xué)專業(yè)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)督管理。

3.4 對(duì)凝汽器系統(tǒng)的影響

機(jī)組進(jìn)行光軸改造后，凝汽器的三個(gè)殼體（A/B/C）中，兩個(gè)殼體（B/C）無(wú)低壓缸排汽直接排入，剩余一個(gè)殼體（A）保持正常運(yùn)行。見圖1。

凝汽器（A）正常循環(huán)水量運(yùn)行，抽真空泵正常運(yùn)行；凝汽器（B/C）通入30%～50%循環(huán)水量運(yùn)行，抽真空泵正常運(yùn)行。

低壓缸排汽主要由凝汽器（A）進(jìn)行冷卻，凝汽器（A/B/C）在喉部聯(lián)通，低壓缸排汽部分通過(guò)聯(lián)通管進(jìn)入凝汽器（B/C）殼體進(jìn)行冷卻。凝汽器（A/B/C）三殼體的負(fù)荷分配是由冷卻水量調(diào)控的，由于聯(lián)通管處存在較小的壓力損失△P，三個(gè)殼體的壓力分布為PA>PB>PC，蒸汽流量GA> GB> GC，冷卻水量同樣也是WA> WB> WC，當(dāng)水量調(diào)整平穩(wěn)后，蒸汽負(fù)荷將按上述趨勢(shì)自動(dòng)平衡分配，三個(gè)殼體的平均背壓將低于原有機(jī)組的運(yùn)行背壓值。各個(gè)殼體的蒸汽負(fù)荷的分配值，要根據(jù)實(shí)際循環(huán)水泵的布置情況及水量的調(diào)整能力，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算后確定。

安全運(yùn)行措施：

進(jìn)行低壓缸光軸供熱改造后，凝汽器運(yùn)行的原則如下：

（1）保證凝汽器（A）背壓滿足機(jī)組運(yùn)行要求；

（2）保證排入凝汽器（B＼C）的附加流體能夠正常冷卻并及時(shí)排放；

（3）保證凝汽器（B＼C）之間溫度相近，控制不同殼體之間彈簧支反力的差值。

鑒于以上原則，凝汽器最安全保守的運(yùn)行方式如下：

（1）啟動(dòng)后調(diào)整各個(gè)凝汽器水量，原則為WA> WB> WC，抽真空泵正常運(yùn)行；

（2）調(diào)整真空泵，可按照真空泵實(shí)際的配置情況，對(duì)應(yīng)循環(huán)水量降低凝汽器（B＼C）的抽真空出力；

（3）調(diào)節(jié)凝汽器（A/B/C）凝結(jié)水出口閥門開度，保證凝汽器（A/B/C）水位標(biāo)高基本一致。

（4）監(jiān)測(cè)凝汽器（A）與凝汽器（B＼C）之間的背壓和溫差情況，控制彈簧在凝汽器熱膨脹產(chǎn)生的支反力，保護(hù)凝汽器聯(lián)通管補(bǔ)償節(jié)。

3.5 對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響

電廠一期單臺(tái)機(jī)組配置3臺(tái)11520 m3/h的定速循環(huán)水泵，正常運(yùn)行時(shí)2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用；電廠二期單臺(tái)機(jī)組配置3臺(tái)12240 m3/h的定速循環(huán)水泵，正常運(yùn)行時(shí)2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。機(jī)組光軸抽汽改造后，在冬季供熱時(shí)，凝汽器的三個(gè)殼體（A＼B＼C）中，兩個(gè)殼體（B＼C）無(wú)低壓缸排汽進(jìn)入，剩余一個(gè)殼體（A）保持正常運(yùn)行。經(jīng)凝汽器廠家核算，改造后凝汽器（A）需正常循環(huán)水量運(yùn)行，凝汽器（B＼C）需通入30%～50%循環(huán)水量運(yùn)行。

目前冬季機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)單臺(tái)機(jī)組循環(huán)水量為17800t/h，光軸改造后循環(huán)水量約為9500～11900t/h。按原循環(huán)水泵的容量，正常運(yùn)行時(shí)可以1臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，2臺(tái)備用。

3.6 對(duì)真空系統(tǒng)的影響

機(jī)組在冬季供熱運(yùn)行時(shí)，#2，#3低壓缸由光軸轉(zhuǎn)子取代原低壓通流，因排汽量為純凝工況的1/3，對(duì)凝汽器來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于低負(fù)荷運(yùn)行，排汽量減少，空氣量相對(duì)增加，現(xiàn)有的射水抽氣器，一運(yùn)一備，可能會(huì)導(dǎo)致抽氣器抽吸能力不夠，如果電廠不增加抽真空設(shè)備，也可以考慮供熱運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)抽氣器同時(shí)運(yùn)行。在低壓缸軸封最外圈也可使用接觸式汽封，以減小軸封處的漏空氣量。

4 結(jié)語(yǔ)

在降本增效和環(huán)境保護(hù)的背景下，華電能源富拉爾基發(fā)電廠以低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造為技術(shù)突破口，這是一條可行的道路，本文主要就低壓缸光軸改造后對(duì)輔機(jī)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了分析，使讀者對(duì)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造了解更深入。