320MW濕冷機(jī)組高背壓供熱改造技術(shù)研究

蘇先登

摘 ? 要：隨著城市集中供熱的快速發(fā)展，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的節(jié)能環(huán)保效益逐漸受到重視，供熱形式也從常規(guī)的抽汽供熱向汽輪機(jī)高背壓循環(huán)水供熱形式發(fā)展。火電廠濕冷機(jī)組排汽余熱損失約占系統(tǒng)總輸入能耗的50%，汽輪機(jī)低溫乏汽通過(guò)循環(huán)水余熱回收利用，可提高系統(tǒng)供熱能力20%以上。對(duì)濕冷供熱機(jī)組而言，采用汽輪機(jī)低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱技術(shù)是一種行之有效的措施，可實(shí)現(xiàn)采暖期高背壓供熱運(yùn)行工況汽輪機(jī)排汽余熱全部利用、非采暖期純凝運(yùn)行工況熱耗率不高于原純凝設(shè)計(jì)水平。

高背壓供熱改造涉及低壓缸本體、凝汽器、給水泵汽輪機(jī)、凝結(jié)水精處理、熱網(wǎng)循環(huán)水及系統(tǒng)配套改造，機(jī)組運(yùn)行安全可靠，效率不受負(fù)荷影響，能夠利用汽輪機(jī)低溫乏汽供熱，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，使汽輪機(jī)的冷源損失降為零。

關(guān)鍵詞：濕冷機(jī)組;高背壓;供熱改造;經(jīng)濟(jì)性

1 高背壓供熱技術(shù)介紹

濕冷機(jī)組高背壓供熱技術(shù)是在直接空冷機(jī)組供熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造發(fā)展而來(lái)的，從135MW、200MW逐漸發(fā)展到320MW。濕冷機(jī)組采用高背壓供熱后，機(jī)組供熱用汽的品位下降，機(jī)組供熱的經(jīng)濟(jì)性會(huì)顯著提高。其工作流程圖如圖1-1所示：

汽輪機(jī)采用高、低背壓轉(zhuǎn)子互換，對(duì)汽輪機(jī)低壓缸的通流部分進(jìn)行改造，同時(shí)相應(yīng)改造凝汽器、給水泵汽輪機(jī)、凝結(jié)水精處理、熱網(wǎng)循環(huán)水等相關(guān)系統(tǒng)。改造后，汽輪機(jī)通過(guò)更換低壓轉(zhuǎn)子，使機(jī)組可按高、低兩種背壓運(yùn)行;采暖期高背壓運(yùn)行，將排汽余熱用于集中供熱，提高機(jī)組供熱能力;非采暖期低背壓純凝工況運(yùn)行，保證較低的發(fā)電能耗。

高背壓改造后的汽輪機(jī)在采暖期提高汽輪機(jī)的排汽參數(shù)，設(shè)計(jì)背壓45 kpa可在30 kpa-60 kpa運(yùn)行，供熱初、末寒期背壓可降低至 30kPa運(yùn)行;40～50℃熱網(wǎng)回水作為凝汽器的冷卻循環(huán)水，在凝汽器中被汽輪機(jī)排汽加熱至 67℃～76℃，直接供熱網(wǎng)。極寒期熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)凝汽器加熱至67℃～76℃后，再進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行補(bǔ)充加熱至90～105℃后，向熱網(wǎng)供熱。

非采暖期汽輪機(jī)采用純凝低壓轉(zhuǎn)子，凝汽器循環(huán)水切換到原設(shè)計(jì)循環(huán)水供水狀態(tài)，汽輪機(jī)排汽參數(shù)恢復(fù)到原設(shè)計(jì)參數(shù)，按原純凝工況運(yùn)行。

2 高背壓供熱改造技術(shù)方案

2.1 高背壓供熱改造的范圍

高背壓供熱改造主要涉及汽輪機(jī)低壓缸部分、給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)、凝汽器、熱網(wǎng)加熱器、軸封加熱器、熱網(wǎng)循環(huán)泵等設(shè)備進(jìn)行改造，同時(shí)對(duì)凝結(jié)水精處理、抽真空、循環(huán)水、循環(huán)水補(bǔ)水及水處理、輔機(jī)冷卻水、一二期蒸汽疏水管道、供熱循環(huán)泵、供熱循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)等設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行改造，并配套進(jìn)行相應(yīng)熱控、電氣設(shè)備改造。

2.2 高背壓供熱改造的具體方案

2.2.1主機(jī)低壓部分改造

主機(jī)低壓部分改造需重新制作一套高背壓供熱工況低壓通流部套，滿足高背壓供熱的要求。新設(shè)計(jì)低壓2x4級(jí)隔板、動(dòng)葉、隔板汽封、葉頂汽封、排汽導(dǎo)流環(huán)（帶有隔板槽保護(hù)功能），用于高背壓供熱工況;對(duì)中低壓對(duì)輪及低發(fā)對(duì)輪螺栓孔進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理;增加1套低壓缸噴水減溫裝置，以滿足高背壓供熱工況的要求。

2.2.2凝汽器改造

供熱改造后，循環(huán)水工作壓力將大幅升高，原有凝汽器水室及管板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不能滿足改造后的運(yùn)行要求，因此必須對(duì)凝汽器進(jìn)行改造。

凝汽器采用新的排管方式和進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，以滿足純凝工況和冬季高背壓供暖工況交替穩(wěn)定運(yùn)行。凝汽器僅保留外殼和底部彈簧，對(duì)冷卻管束、內(nèi)部附件及水室全部進(jìn)行改造。水室采用弧形水室，剛性較好，能承受較高水壓。為適應(yīng)冬季供暖高背壓運(yùn)行時(shí)殼體高溫引起的熱膨脹，需在后水室側(cè)殼體上安裝2個(gè)管束膨脹節(jié)。殼體前、后管板與對(duì)應(yīng)水室為焊接結(jié)構(gòu)。管子兩端脹焊在管板上，兩端的管板與殼體焊牢。運(yùn)行中，凝汽器的自重由彈簧承受，而凝汽器內(nèi)水側(cè)的水重則由低汽缸傳遞給低壓基礎(chǔ)框架承受，運(yùn)行時(shí)凝汽器熱膨脹由底部彈簧進(jìn)行補(bǔ)償。

汽輪機(jī)組在供熱期利用熱網(wǎng)回水作為凝汽器循環(huán)水，循環(huán)水流量降低至10000～15000t/h左右，凝汽器管束內(nèi)水流速將明顯降低，使換熱系數(shù)降低并增加結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，將凝汽器改造成雙流程/四流程切換方式，在純凝工況運(yùn)行時(shí)凝汽器為雙流程運(yùn)行;高背壓供熱運(yùn)行時(shí)切換為四流程。如圖2-1所示。

2.3 給水泵汽輪機(jī)改造

機(jī)組給水泵小汽輪機(jī)的排汽直接排入主機(jī)凝汽器，當(dāng)機(jī)組實(shí)施高背壓供熱改造后，由于主機(jī)高背壓供熱運(yùn)行時(shí)排汽背壓可達(dá)到54～60KPa左右，而給水泵汽輪機(jī)最高允許的排汽壓力應(yīng)在15KPa以內(nèi)，末幾級(jí)動(dòng)葉片的強(qiáng)度不能滿足高背壓的要求，影響小機(jī)的安全運(yùn)行。因此應(yīng)對(duì)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行改造。

給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、隔板、低壓噴嘴組、高壓噴嘴組、汽封圈等通流部分全部進(jìn)行改造，增設(shè)備用高壓汽源和排汽減溫裝置。全部動(dòng)葉葉頂為自帶冠結(jié)構(gòu)，中低壓動(dòng)葉圍帶內(nèi)斜外平，通道光順;全新設(shè)計(jì)的高效動(dòng)、靜葉片型線，保證機(jī)組高的通流效率和很好的變工況性能。改造后兩臺(tái)給水泵汽輪機(jī)在非供熱期純凝和供熱期高背壓供熱等各種工況下，不做任何檢修和更換部件均能安全、長(zhǎng)期運(yùn)行。

2.4 抽真空系統(tǒng)改造

高背壓改造后汽輪機(jī)低壓缸排汽溫度升高 ，凝結(jié)水溫度也顯著提高，需進(jìn)行抽真空系統(tǒng)的改造?？稍黾铀h(huán)真空泵冷卻器的冷卻面積以維持真空泵的運(yùn)行溫度。也可在抽真空母管上增加前置冷卻系統(tǒng)，將汽氣混合物進(jìn)行提前冷卻降溫后，再進(jìn)入真空泵。由于高背壓改造后凝汽器內(nèi)壓力升高，抽空量減小，也可在原有真空泵的基礎(chǔ)上并聯(lián)一套羅茨真空泵組，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)泵組的出力，可滿足機(jī)組高背壓運(yùn)行期間的需求。

2.5 軸封加熱器改造

高背壓改造后，原有軸封加熱器冷卻面積偏小，需新增設(shè)熱網(wǎng)軸封加熱器1臺(tái)，軸封冷卻水采用供熱循環(huán)水經(jīng)熱網(wǎng)軸加后進(jìn)入凝汽器進(jìn)一步吸收熱量后并入凝汽器循環(huán)水出口。新增的熱網(wǎng)軸封加熱器與原軸加并聯(lián)，在熱網(wǎng)軸加出現(xiàn)故障退出運(yùn)行時(shí)原軸加可以緊急備用。

2.6 輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)改造

高背壓供熱期間，機(jī)組原有循環(huán)水泵及冷卻塔停運(yùn)。為保證機(jī)組冷卻水的要求，需根據(jù)輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)所需的流量新增機(jī)組輔機(jī)冷卻水泵3臺(tái)，入口取自原循環(huán)水泵入口前池，出口接至工業(yè)水濾網(wǎng)前。各輔機(jī)設(shè)備冷卻水回水分別回至前池和水塔塔池。根據(jù)室外溫度情況塔池內(nèi)回水可直接回塔池，也可通過(guò)原防凍管或退水管上塔冷卻后再流回塔池內(nèi)，以保證足夠的冷卻效果。

2.7 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)改造

高背壓供熱運(yùn)行期間，凝結(jié)水溫度由原來(lái)45℃，升高至80℃，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)樹(shù)脂必須更換為耐高溫樹(shù)脂，才能保證凝結(jié)水溫度升高后的精處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.8 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)管路及泵組改造

2.8.1 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)管路改造

熱網(wǎng)循環(huán)水回水經(jīng)過(guò)熱網(wǎng)除污器后進(jìn)入機(jī)組凝汽器，在初末寒期在凝汽器內(nèi)經(jīng)低壓缸排汽加熱后，經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵升壓后向外網(wǎng)供熱。極寒期經(jīng)凝汽器加熱器后的循環(huán)水，進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行二次補(bǔ)充加熱后向外網(wǎng)供熱。機(jī)組出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，熱網(wǎng)循環(huán)水可以直接切換至5臺(tái)熱網(wǎng)加熱器用抽汽加熱直接向外網(wǎng)供熱。

2.8.2 熱網(wǎng)循環(huán)水泵改造

機(jī)組高背壓改造后，增加熱網(wǎng)循環(huán)水流量可提高汽輪機(jī)排汽冷卻能力。熱網(wǎng)循環(huán)水流量將達(dá)到12000～15000t/h，需要對(duì)原熱網(wǎng)首站熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)行增容改造和驅(qū)動(dòng)方式改為汽動(dòng)。熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)行改造后，與原有熱網(wǎng)循環(huán)水泵的運(yùn)行方式需根據(jù)外網(wǎng)循環(huán)水量的變化調(diào)節(jié)，運(yùn)行方式靈活，可實(shí)現(xiàn)與原有熱網(wǎng)循環(huán)水泵的協(xié)調(diào)匹配運(yùn)行。

3 高背壓供熱改造的效果分析

高背壓改造后，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組冷端乏汽余熱的全部利用，從一個(gè)供熱季的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，供熱系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，汽輪機(jī)、給水泵汽輪機(jī)、凝汽器等相關(guān)配套設(shè)備運(yùn)行安全可靠，一方面極大提高了機(jī)組的供熱能力，另一方面使得機(jī)組的供熱（電）煤耗顯著下降，經(jīng)濟(jì)效益明顯，也有效改善了全廠機(jī)組在供熱期間的調(diào)度運(yùn)行靈活性。

從高背壓供熱改造后的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，典型供熱熱負(fù)荷工況下，高背壓改造后的機(jī)組供電煤耗較改造前原抽汽供熱方式可下降約52g/kWh，較機(jī)組純凝運(yùn)行工況比較，機(jī)組高背壓運(yùn)行時(shí)供電煤耗可下降約180g/kWh。供熱期節(jié)煤量6.2萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放量約15萬(wàn)噸以上。

供熱期機(jī)組原循環(huán)泵停運(yùn)，節(jié)電約440萬(wàn)度。機(jī)組冷卻水塔蒸發(fā)量減少，每天節(jié)水6000噸，供熱期150天節(jié)水90萬(wàn)噸。

經(jīng)過(guò)供熱改造后，機(jī)組的供熱能力提高，單臺(tái)320MW機(jī)組可滿足1000～1200萬(wàn)㎡的對(duì)外供熱的要求，提高了供熱系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

結(jié) ?論

本文對(duì)320MW濕冷機(jī)組高背壓供熱改造進(jìn)行了研究，提出了高背壓供熱改造技術(shù)方案，結(jié)論如下：

（1）濕冷供熱機(jī)組采用雙轉(zhuǎn)子高背壓改造技術(shù)已日趨成熟，已投用的機(jī)組供熱運(yùn)行安全可靠性良好，進(jìn)行高背壓供熱改造，從技術(shù)上是可行性的。

（2）對(duì)機(jī)組實(shí)施高背壓供熱改造，可大幅提高機(jī)組供熱能力，適應(yīng)城市熱網(wǎng)日益增長(zhǎng)的供熱負(fù)荷需求，進(jìn)一步改善機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

（3）濕冷機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造具有節(jié)能效益顯著，回收期較短的特點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)編/馬銘陽(yáng)