三缸三排汽200MW純凝汽輪機組背壓改造的難點和特性

董鳳亮

摘 要：隨著我國電力建設的飛速發(fā)展和環(huán)保問題日益突出的矛盾不斷加劇，PM2.5等嚴重制約了火力發(fā)電機組的發(fā)展，對于供熱機組，如何利用有限的裝機容量，在冬季等用熱高峰期實現(xiàn)最大供熱，以擺脫“以電定熱”的尷尬，是本文研究的主要方向，本文將對現(xiàn)有機組的背壓改造方法進行討論分析。

關鍵詞：三缸三排汽 背壓改造 難點分析

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0093-02

近期，國家各類能源發(fā)展勢頭迅猛，以水電、核電、風電、光伏為主力的新能源機組，以燃氣為代表的調峰供熱機組及LNG分布式多聯(lián)供等智慧能源也迎來一個發(fā)展期，還有占全國裝機容量50%以上的火力發(fā)電機組。目前國內電力市場面臨的主要矛盾是各類裝機容量過大和因經濟增速放緩導致的用電量的急劇下降，那么節(jié)能減排和環(huán)保改造將是今后很長一段時間火力發(fā)電機組生存、發(fā)展的必由之路。本文將就華電富拉爾基發(fā)電廠6臺200MW供熱機組的背壓改造進行深度剖析，分析論證供熱機組在節(jié)能減排方面的背壓改造的難點及方法，并提出可行性的措施及辦法。

1 項目簡介

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，距富拉爾基城區(qū)中心8.5km，總裝機容量1200MW，分為二期建設，一期3臺200MW機組，二期擴建3臺200MW機組，共6臺200MW凝汽式機組。汽輪機均為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司20世紀80年代產品，汽輪機為沖動式三缸三排汽凝汽式汽輪機，分別于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投產發(fā)電。

經華電能源有限公司總部及齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)政府批準，富發(fā)電廠已在2016年完成對廠內#4、#5、#6機組的供熱改造（其中#4機組光軸抽汽改造，#5、#6機組打孔抽汽改造）。該項目投產后富發(fā)電廠將與富熱電廠組成雙熱源聯(lián)合對富拉爾基區(qū)供熱，富發(fā)電廠承擔富拉爾基區(qū)供熱面積約200萬m2，并為富熱電廠提供400萬m2熱負荷的備用熱源。此項目名為華電能源股份公司富拉爾基發(fā)電廠供熱改造工程（以下簡稱富拉爾基區(qū)供熱工程）。

2 背壓改造的必要性

隨著我國環(huán)境問題日益嚴峻，發(fā)電裝機結構調整，特別是《全面實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)電機組改造后平均供電煤耗低于310g/kWh”。富發(fā)電廠要想求生存求發(fā)展必須進行熱電聯(lián)產改造。

富拉爾基發(fā)電廠機組改造成高背壓供熱后，中壓排汽全部用于供熱，增大了供熱供汽量，減少了機組冷源損失，提高了機組循環(huán)熱效率。不僅能增加直供熱力的市場銷售收入，還可提高供熱單機的利用小時數(shù)，同時降低單機發(fā)電煤耗和生產成本，提高電廠的運行指標和經濟效益。節(jié)能減排是落實我國資源節(jié)約和環(huán)境保護基本國策的重要途徑，是落實科學發(fā)展觀的重要標志。為了有效地節(jié)約能源、保護環(huán)境、緩解電力緊張，中央和地方將均采取一系列政策，積極鼓勵和支持發(fā)展熱電聯(lián)產，集中供熱。本項目屬于熱電聯(lián)產供熱，是國家提倡的，符合國家節(jié)能減排環(huán)保政策的需要。

3 背壓改造技術方案論證

富拉爾基發(fā)電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的N200-12.75/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機。

3.1 汽輪機改造原則

汽輪機供熱改造遵循以下原則：

（1）汽輪機組現(xiàn)有的高、中通流不變。

（2）汽輪機進汽參數(shù)不變。

（3）汽輪機高、中、低壓缸安裝尺寸及對外接口尺寸不變。

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

（5）汽輪機軸封系統(tǒng)，主汽系統(tǒng)、再熱系統(tǒng)、額定轉速、旋轉方向不變[1]。

3.2 汽輪機改造方案分析

汽輪發(fā)電機組在供熱期采用高背壓供熱改造方案，將#1低壓缸進汽采用密封堵板進行封堵，#2、#3低壓缸不進汽，#1、#2、#3低壓缸全部解列（中壓缸排汽全部去熱網(wǎng)加熱器）方式，對原機組進行相關改造，可減少對原機組輔助系統(tǒng)改造，改造后機組供熱能力大，運行安全可靠，改造投資回收周期短。

（1）取消#1、#2、#3低壓缸3×5級通流，去掉低壓全部隔板和純凝低壓轉子。

（2）新設計中轉子取消原低壓部分的5級葉輪葉片，采用等徑配重套筒替代原有5級葉輪。取消#1低壓缸中的隔板套及隔板，新設計三級密封堵板，防止中壓排汽進入#1低壓排汽缸。#2、#3低壓缸重新設計一根低壓光軸轉子，只起到將中壓轉子和發(fā)電機轉子連接傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉子的互換，新中壓轉子、新低壓光軸轉子仍采用套裝結構，其重量、揚度和臨界轉速與原轉子基本相同。新設計中壓轉子及低壓光軸轉子前后軸徑仍采用原機組軸徑尺寸，在轉子互換時，無需更換原中壓和低壓支持軸承[2]。

（3）冬季供熱運行時，取消原中-低壓聯(lián)通管，中壓排汽通過中壓缸上部兩個排汽口及下部兩個抽汽口全部進入供熱抽汽管道進行供汽，在供汽管道上設置有安全閥、調節(jié)閥、逆止閥等。

（4）供熱回水溫度為110℃左右，回水直接進到#3低加凝結水管道前。

4 背壓改造難點分析

（1）中壓缸與#1低壓缸為合缸結構，在冬季供熱運行時，中壓缸內中壓通流部分維持原結構，中壓缸內#1低壓通流部分去掉原來的5級低壓葉輪葉片及全部低壓隔板，重新設計三級密封堵板安裝在#1低壓缸槽擋位置。阻止中壓排汽進入#1低壓排汽缸，防止#1低壓缸超溫。

（2）新設計中壓轉子保留原中壓部分通流，低壓部分為無葉片光軸轉子，用新設計的5級配重套筒代替原5級葉輪葉片，中壓轉子仍采用套裝結構，以保證新設計中壓轉子盡量與原純凝轉子揚度及臨界轉速相近。endprint

（3）冬季供熱運行時取消#2、#3低壓全部通流，去掉低壓全部隔板和低壓轉子，汽輪機組的基礎、汽缸等不動，通流部分改造后夏季仍可恢復原純凝運行。

（4）重新設計制造一根無葉片的低壓光軸轉子代替原低壓轉子，將中壓轉子和發(fā)電機轉子連接起來，起到傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉子互換性，新設計低壓光軸轉子仍采用套裝結構，以保證新設計低壓光軸轉子盡量與原純凝轉子揚度及臨界轉速相近。

（5）將原中低壓聯(lián)通管拆除，由中壓缸上部兩根DN900管道連接到一根DN1400的供汽管道，在供汽管道上設置有安全閥、調節(jié)閥、逆止閥等。同時利用原中壓缸下部兩側分布的抽汽孔合并引出并匯到一根DN900的供汽管道上，在該管道上設置有安全閥、調節(jié)閥、逆止閥等。所有中壓缸排汽由一根DN1400和一根DN900管道對外供汽。

5 背壓改造技術措施及改造效果

5.1 中壓缸部分

新設計中壓轉子保留原中壓部分通流，低壓部分轉子為無葉片光軸轉子，只起到傳遞扭矩的作用。新設計中壓轉子的低壓5級葉輪由配重套筒代替，仍采用套裝結構，這樣能夠保證套筒重量及位置與原葉輪基本相同，使得改造后的轉子重量、揚度和臨界轉速與原低壓轉子接近。主軸軸徑處尺寸與原中壓轉子軸徑尺寸相同，轉子動平衡槽及配重塊安裝位置維持原有結構位置。在轉子互換時無需更換原中壓支持軸承。

5.2 低壓缸部分

為保證新舊轉子的互換性，新設計光軸轉子主軸尺寸與原機組低壓轉子主軸尺寸相同，都是整體鍛造結構。新設計配重套筒來代替原低壓轉子正反5級葉輪及葉片，保證套筒重量及位置與原葉輪基本相同，這樣使新設計低壓光軸轉子重量、揚度和臨界轉速與原低壓轉子接近，轉子動平衡槽及配重塊安裝位置維持原有結構位置。主軸軸徑處尺寸與原低壓轉子軸徑尺寸相同，在轉子互換時無需更換原低壓支持軸承。

5.3 回熱系統(tǒng)及導氣管

全部低壓缸通流取消，#1、#2低壓加熱器無回熱蒸汽進入，汽側停運，只作為凝結水回路，供熱首站的回水直接進到#3低加前的凝結水管道。新供汽封加熱器的冷卻水可直接用常溫化學補水。將原中低壓聯(lián)通管拆除，由中壓缸上部兩根DN900管道連接到一根DN1400的供汽管道，在供汽管道上設置有安全閥、調節(jié)閥、逆止閥等。同時就在中壓缸下部兩側分別有一個DN300的抽氣孔，將這兩個孔擴到DN500，由兩根DN500引出并匯到一根DN900的供汽管道上，在該管道上設置調節(jié)閥、安全閥、逆止閥等。所有中壓缸背壓排汽由一根DN1400和一根DN900管道對外供汽。

5.4 改造效果

經汽輪機背壓改造后，機組的發(fā)電指標與純凝機組及抽汽供熱相比較得到了大幅改善，其發(fā)電熱耗大幅降低，最大抽汽工況與純凝工況比，可使發(fā)電煤耗下降約115g/kWh。

6 結語

本文主要就華電富拉爾基發(fā)電廠高背壓改造中的難點進行了分析論證，從中壓缸、低壓缸、轉子、導汽管、回熱系統(tǒng)等方面提出相應改進措施，以滿足經濟發(fā)展的需要。

參考資料

[1] 哈爾濱汽輪機廠N200-130/535/535汽輪機運行規(guī)程[Z].

[2] 邵建明，陳鵬帥，周勇.300MW濕冷汽輪機雙轉子互換高背壓供熱改造應用[J].能源研究與信息，2014（2）：100-103.endprint