凝汽式汽輪機(jī)改造為背壓式汽輪機(jī)的方法及其節(jié)能效益

馬海珊

（浙江拓峰科技有限公司，浙江 杭州 310012）

1 概述

就目前的實(shí)際情況來看，國內(nèi)很多企業(yè)自備電站和中小型電站所配備的抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組都因?yàn)楦鞣N主客觀因素的影響而長期處于閑置狀態(tài)，這些因素既包括煤、電價(jià)格矛盾突出，企業(yè)因生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)處于虧損狀態(tài)而不得不做出的選擇、熱要求參數(shù)與抽汽參數(shù)匹配度不足，無法滿足熱需求而導(dǎo)致的長期閑置，也包括因?yàn)槟l(fā)電部分比例過大、熱效率無法滿足政策要求而導(dǎo)致的政策性停運(yùn)。例如，某熱電有限責(zé)任公司的兩臺(tái)抽凝機(jī)組，就因?yàn)槊弘姳壤Ш?，燃煤成本高于發(fā)電效益而不得不將其停運(yùn)，并通過減溫減壓對(duì)外供熱來彌補(bǔ)自身的經(jīng)濟(jì)損失。為了最大程度降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，發(fā)揮這些閑置機(jī)組在滿足供熱需求方面的積極作用，公司將其改造成為背壓式汽輪機(jī)，并在實(shí)際工作中獲得了滿意的效果。

2 實(shí)際案例

受某熱電有限公司的委托，筆者所在單位對(duì)該公司的一臺(tái)C15-4.9／0.981型抽凝機(jī)組進(jìn)行改造，目標(biāo)是將其改造成為僅供補(bǔ)水用的低背壓、小排汽抽背式汽輪機(jī)。在對(duì)改造工作進(jìn)行可行性研究的基礎(chǔ)上，工作人員進(jìn)行了改造方案的論證和設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并完成了對(duì)于氣動(dòng)熱力的計(jì)算，最終在保留噴嘴數(shù)目和級(jí)數(shù)的基礎(chǔ)上明確了改后的結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)方案進(jìn)行了具體的實(shí)施。設(shè)備改造結(jié)束并投入運(yùn)營數(shù)月后，證明了改造工作的可行性。由于在改造中，去掉了原有的循環(huán)水系統(tǒng)和冷凝器，所以減少了循環(huán)水泵和冷源方面的能量損失，使機(jī)組的熱效率和熱電比都得到了明顯提升，真正滿足了“以熱定電”的要求。與改造前的抽凝式汽輪機(jī)相比，改造后的設(shè)備在滿足相同供熱需求的同時(shí)，獲得了更好的節(jié)能效益，有效的響應(yīng)了國家有關(guān)節(jié)能減排的號(hào)召。

3 改造工作的實(shí)施

3.1 確保改造工作的科學(xué)與合理性

原有設(shè)備的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)抽凝式汽輪機(jī)的使用需求進(jìn)行的，所以與改造后的使用需求之間存在著的很大的差異。原有設(shè)備的排汽壓力為0.005828MPa，容積流量約為1.3×106m3·h-1，處于高度真空的狀態(tài)，末級(jí)對(duì)通流面積的要求較高，所以葉片相對(duì)較長。在改造成低背壓（＜0.02MPa）、小排汽量（＜10t·h-1）抽背式汽輪機(jī)后，末級(jí)排汽的容積流量降低為原來的1/20，約為0.065×106m3·h-1，所以對(duì)于排汽管道尺寸、末級(jí)通流面積的要求都大幅減小。另外，原機(jī)組的焓降理想值為12222kJ/kg，由12級(jí)構(gòu)成，級(jí)數(shù)相對(duì)較多。改造后，焓降理想值降低約60%，為750kJ/kg。各級(jí)理想焓降按照最佳速比原則配置，對(duì)于級(jí)數(shù)的需求大幅降低，因此要將后面的若干級(jí)數(shù)去除。

改造后，汽輪機(jī)的背壓和排汽溫度都會(huì)增加，后汽缸溫度會(huì)因此上升，若采用后汽缸和后軸承座一體結(jié)構(gòu)，就必然會(huì)導(dǎo)致后軸承因上揚(yáng)而出現(xiàn)振動(dòng)，降低機(jī)組的安全運(yùn)行系數(shù)。為了對(duì)這一問題進(jìn)行解決，工作人員在去掉末級(jí)葉輪車后將其改為軸套，并在被摘除隔板的位置加設(shè)了專門設(shè)計(jì)的帶軸封裝置的隔熱擋板，確保后汽缸始終處于合理的工作溫度。

若對(duì)外供汽的壓力＜0.5MPa，可將其改造為背壓式汽輪機(jī)，對(duì)外供熱由排汽直接進(jìn)行；若對(duì)外供汽壓力和溫度相對(duì)較高，對(duì)外供熱則需由原抽汽口進(jìn)行，在保留其后若干級(jí)的基礎(chǔ)上，將壓力通過少量的蒸汽控制在＜0.2MPa的水平，以發(fā)揮降溫的作用。利用原有的低加抽汽口能夠?qū)⑴牌苯虞斎氲蛪杭訜崞鳟?dāng)中，以發(fā)揮其作為加熱補(bǔ)水的作用，滿足機(jī)組的自身需求。

在本次工作中，所采用的改造方案為：根據(jù)原有的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)前的實(shí)際需求，重新進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)。首先，通過計(jì)算對(duì)汽輪機(jī)在改造后所需級(jí)數(shù)、抽汽口位置進(jìn)行確定。其次，按照設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)，對(duì)整體焓降進(jìn)行確定，再重新分配所保留各級(jí)的焓降，使各級(jí)速比盡量處于最佳范圍內(nèi)。第三，逐級(jí)進(jìn)行更加全面的計(jì)算。最后，在滿足各級(jí)冷卻流量的前提下，對(duì)不同的方案進(jìn)行比較分析，確定保留各級(jí)的噴嘴數(shù)和通流面積，并對(duì)多余噴嘴進(jìn)行處理。

3.2 改造工作的具體實(shí)施

3.2.1 本體改造

隔熱擋板采用了隔板的形式，水平中分為上下兩部分，接合面即為中分面，加工制作仍按照原有的配合尺寸與隔板位置進(jìn)行。由于改造后，背壓和漏汽量都會(huì)提高，所以對(duì)于汽封軸的尺寸要求也大幅增加，為此，工作人員設(shè)置了五道梳尺汽封，并在擋板加強(qiáng)筋的兩側(cè)位置留置了疏水孔，以便凝結(jié)水能夠在啟動(dòng)時(shí)被排出。除末級(jí)外，拆除級(jí)均進(jìn)行了葉根和葉輪的保留，以防止出現(xiàn)槽道沖蝕的現(xiàn)象。去除噴嘴的位置依據(jù)上下缸的溫度均勻性來決定，轉(zhuǎn)子在改造后重新進(jìn)行了動(dòng)平衡。

3.2.2 系統(tǒng)改造

系統(tǒng)的改造主要是在原有抽凝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局上進(jìn)行，所以改造的時(shí)間大幅縮短，改造費(fèi)用也隨之降低，有利于改造結(jié)束后的運(yùn)行操作。例如，對(duì)外供熱仍沿用原有的一段抽汽，同時(shí)在保留二、三段抽汽的基礎(chǔ)上加設(shè)聯(lián)通閥。排氣口選擇為原有的三段抽汽口，對(duì)除氧器和低壓加熱器進(jìn)行補(bǔ)水的加熱。若去除氧器的抽汽壓力在低負(fù)荷工況時(shí)有所不足，則可將聯(lián)通閥關(guān)閉，以原有的二段抽汽滿足除氧器的用汽供應(yīng)。改造結(jié)束后，原凝汽器中的噴水裝置仍發(fā)揮對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水的作用，同時(shí)負(fù)責(zé)原機(jī)組均壓箱改道后往凝汽器中輸入蒸汽和隔熱擋板汽封漏入蒸汽的凝結(jié)任務(wù)。凝結(jié)水會(huì)通過水泵被先后輸往低壓加熱器和除氧器，最終被加熱到104℃。改造結(jié)束后，機(jī)組原有的兩臺(tái)27kW射水抽汽器水泵和三臺(tái)280kW循環(huán)水泵被停用。

4 效益分析

改造結(jié)束后，機(jī)組獲得了很好的節(jié)能效果與效益，經(jīng)測(cè)算，熱效率、熱電比、煤耗、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)均得到了有效提升。

4.1 熱效率

在機(jī)組改造前后，均在65t·h-1的條件下對(duì)外供熱，改造前后的熱效率分別為55.8%和79.5%，熱效率提升了23.7%，使能量的利用更加合理。

4.2 熱電比

在機(jī)組改造前后，均在65t·h-1的條件下對(duì)外供熱，改造前后的熱電比分別為5.42和13.55，提升近250%，這主要是因?yàn)槟l(fā)電部分被去除的原因。

4.3 煤耗

在機(jī)組改造前后，均通過熱值平均為20935kJ/kg的原煤對(duì)發(fā)電的煤消耗量進(jìn)行計(jì)算，改造前后的煤耗分別為553.6g（kW·h）-1和 166.2 g（kW·h）-1，較大機(jī)組發(fā)電煤耗有了較大幅度的下降。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益

按照每年運(yùn)行7000h，上網(wǎng)電價(jià)為0.5元（kW·h）-1、以及煤耗、發(fā)電效益進(jìn)行比較，改造前后的經(jīng)濟(jì)效益分別約為240萬元和1103萬元，經(jīng)濟(jì)收益增多近870萬元。

結(jié)語

進(jìn)行背壓式汽輪機(jī)的改造是特定歷史和現(xiàn)實(shí)條件下的一種折中之選，并不是節(jié)能的發(fā)展方向。不過在當(dāng)前的實(shí)際條件下，改造后機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能效益對(duì)于某些企業(yè)而言的確具有一定的幫助，所以本次改造所獲得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)于解一時(shí)之急仍具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

[1]張玉峰，崔健鋒，等.凝氣或抽凝機(jī)改造為背壓機(jī)組的方法及效益 [J].化肥工業(yè)，2010，(5):46-48,52.

[2]王興平，黃功文.汽輪機(jī)凝汽器雙背壓改造的經(jīng)濟(jì)性探討[J].發(fā)電設(shè)備，2010，(4):241-243.

[3]張玉峰，管立君，等.中小型凝汽式或抽凝式汽輪機(jī)改造成背壓式汽輪機(jī)的一種新方法[J].節(jié)能技術(shù)，2008，(3):167-173.