淺談135MW機(jī)組高背壓改造的可行性

吳小杰

【摘要】 對(duì)現(xiàn)有135MW機(jī)組提高排氣壓力進(jìn)行的高背壓改造，用于供熱，利用現(xiàn)有技術(shù)及條件可以實(shí)現(xiàn)，并對(duì)其進(jìn)行了論證。

【關(guān)鍵詞】 135MW機(jī)組 高背壓 供熱改造

一、現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家節(jié)能減排政策要求及赤峰市中心城區(qū)熱力工程規(guī)劃（2005-2020），實(shí)現(xiàn)熱電連產(chǎn)集中供熱，在節(jié)約能源改善環(huán)境等方面均具有十分明顯的效益。

隨著各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人名生活水平的提高，實(shí)施集中供熱是非常必要的，其與分散供熱相比有著顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1、熱電聯(lián)產(chǎn)在供熱的同時(shí)，能產(chǎn)生一定的電能，提高燃料的熱能利用率，提高電廠的綜合效益。

2、電廠的除塵裝置效率高，有脫硫除塵設(shè)備，煙囪高大，有利于煙氣擴(kuò)散，以高點(diǎn)源排放代替眾多小煙囪的多源排放，可大大改善環(huán)境質(zhì)量。

3、由于集中供熱節(jié)省了大量的燃煤，因而相對(duì)節(jié)省了大量的燃煤、灰渣在裝卸、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)城市交通的影響，相對(duì)的擴(kuò)大了城市的交通能力。

4、實(shí)施集中供熱后，減少了用水量和廢水排放量，并可以對(duì)廢水集中處理及循環(huán)使用，節(jié)省了大量的城市用水。

5、集中供熱后，節(jié)省了大量的鍋爐房占地，有利于城市的合理規(guī)劃和發(fā)展。

總之，集中供熱的實(shí)施，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了良好的環(huán)境條件和良好的城市基礎(chǔ)設(shè)施，樹立了優(yōu)美的環(huán)境形象，具有良好的社會(huì)效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益。

而熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性正體現(xiàn)在利用已做了功的低位熱能對(duì)外供熱，從而避免了冷熱源損失。熱電聯(lián)產(chǎn)就是這樣通過綜合用能、按質(zhì)用能，使燃料化學(xué)能從質(zhì)量上得到了合理的利用。抽汽供熱只是部分工質(zhì)避免冷熱源損失，如果全部排汽都用于供熱那將大幅提高機(jī)組的效率。

二、問題：沒有新建機(jī)組，怎樣增加較大供熱面積？

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)于蒙東地區(qū)的冬季，沒有供暖的房子是無法入住的，抽汽供熱的機(jī)組為確保發(fā)電，抽汽量有限，對(duì)于抽汽供熱的電廠已經(jīng)滿負(fù)荷了，無法接帶更多的熱用戶，新增供暖機(jī)組初投資較大，審批時(shí)間又長(zhǎng)，從而無法短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)供暖，繼而制約著城市的發(fā)展。

三、解決問題的思路

最早蒙東地區(qū)的供熱采用集中供熱鍋爐房，后來采用小容量的背壓式汽輪機(jī)組供熱，隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策“上大壓小”，小供暖鍋爐和200MW以下機(jī)組陸續(xù)退出供暖市場(chǎng)。受到小機(jī)組背壓式供熱的啟發(fā)，發(fā)電企業(yè)開始嘗試提高機(jī)組背壓——高背壓供熱，生產(chǎn)出更多的熱，滿足熱用戶的需求。這樣的改造不僅滿足了熱用戶的需求，還極大的提高了機(jī)組的熱效率。因?yàn)樗械睦湓礋釗p失都被利用，大幅度地降低了供電煤耗。可見高背壓供熱理論可行。

根據(jù)《赤峰市中心城區(qū)供熱規(guī)劃（2012—2030年）》：赤峰市中心城區(qū)2015年供熱缺口225.78MW，到2020年供熱缺口325.4MW。對(duì)京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司2×135MW機(jī)組中的#1機(jī)組進(jìn)行高背壓循環(huán)水供熱方案改造，既對(duì)低壓缸進(jìn)行改造，提高其排汽背壓，改造后，采暖期，低壓缸排汽壓力38KPa、最小采暖抽汽運(yùn)行工況，機(jī)組發(fā)電功率125.275MW，供熱量787.5GJ/h（219MW），比改造前機(jī)組供熱能力增加72MW；非采暖期，低壓缸排汽壓力11.8KPa，機(jī)組發(fā)電功率為140.714MW。全年熱效率提高19.9%。改造項(xiàng)目靜態(tài)投資2442萬元，項(xiàng)目投資回收期（稅前）1.05年，項(xiàng)目投資回收期（稅后）1.4年?？梢姼弑秹焊脑煸诩夹g(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)上是有較好收益的。

四、需解決的問題及解決方案

提高機(jī)組背壓，只能在去掉低壓正反向第四級(jí)動(dòng)葉，安裝假葉根，新設(shè)計(jì)低壓正反向末級(jí)、次末級(jí)動(dòng)葉；新設(shè)計(jì)低壓正反向末級(jí)、次末級(jí)隔板；低壓正反向各增加一級(jí)導(dǎo)流環(huán)及末級(jí)葉片去濕環(huán)。哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CC135/N150-13.24/535/535/0.981/0.294型汽輪機(jī)末端排汽壓力4.9KPa，當(dāng)把背壓提高到38KPa，就可以將44℃的熱網(wǎng)回水加熱到72℃。

1、高背壓改造汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子，導(dǎo)致整個(gè)軸系質(zhì)量發(fā)生變化、軸封位置改變、效率降低。

解決方案：與汽輪機(jī)本體改造施工方簽訂技術(shù)協(xié)議并提出相應(yīng)技術(shù)要求：

1）改造供熱轉(zhuǎn)子應(yīng)由哈汽廠設(shè)計(jì)、加工及裝配，并由哈汽廠出據(jù)質(zhì)量證明書及各種合格證。低壓排汽缸與凝汽器的連接為撓性連接。2）改造后的轉(zhuǎn)子跳動(dòng)符合技術(shù)要求，如有偏差應(yīng)查明原因，不許隨意用機(jī)加工方法矯正。3）改造后的轉(zhuǎn)子葉片、圍帶的尺寸和安裝工藝應(yīng)符合技術(shù)要求。葉片型線應(yīng)為哈汽最先進(jìn)動(dòng)葉型線。4）重新核算改造后的機(jī)組軸向推力，改造后軸向推力方向不變，推力應(yīng)與改造前相近，不能過大或過小并滿足運(yùn)行要求。轉(zhuǎn)子各種出廠手續(xù)如：各種實(shí)驗(yàn)報(bào)告、葉片頻率、分散度等各種報(bào)告齊全。5）改造后的低壓轉(zhuǎn)子應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)及調(diào)整，試驗(yàn)結(jié)果符合現(xiàn)行哈汽標(biāo)準(zhǔn)。哈汽廠出具改造后機(jī)組的主要技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)，并滿足技術(shù)要求。汽輪機(jī)低壓通流部分改造后保證在啟停機(jī)和允許的不同供熱工況及純凝工況下均能安全經(jīng)濟(jì)連續(xù)地運(yùn)行。且汽輪機(jī)改造部分壽命不低于30年，年利用小時(shí)數(shù)不低于7000小時(shí)。

6）機(jī)組改造時(shí)應(yīng)充分考慮由于低壓轉(zhuǎn)子重量變化引起各軸瓦的負(fù)荷分配情況，并給出軸系調(diào)整方案；汽輪機(jī)在所有穩(wěn)定運(yùn)行工況下（轉(zhuǎn)速為額定值）運(yùn)行時(shí)，在軸承座上測(cè)得的雙振幅振動(dòng)值，無論是垂直或橫向均不大于0.025mm；在任何軸頸上所測(cè)得的雙振幅振動(dòng)值不大于0.075mm；各轉(zhuǎn)子及軸系在通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)雙振幅振動(dòng)值軸承座振動(dòng)為不大于0.10mm，軸頸振動(dòng)不大于0.25mm。

2、高背壓改造后，勢(shì)必造成低壓缸排汽溫度升高，雖說汽輪機(jī)排汽溫度越高，供熱量越大，但是低壓缸排汽溫度過高會(huì)引起汽缸部分膨脹產(chǎn)生不必要的應(yīng)力和變形，使汽輪機(jī)低壓缸和低壓轉(zhuǎn)子可能出現(xiàn)不對(duì)中，造成機(jī)組震動(dòng)甚至發(fā)生事故。另外，排汽溫度超限，將造成凝汽器管道脹口松動(dòng)，產(chǎn)生泄露。

解決方案：要避免汽輪機(jī)低壓部分的過渡加熱，溫度不得超過在真空下操作所需的溫度，機(jī)組在低壓外缸內(nèi)裝有噴水降溫裝置。在低壓缸導(dǎo)流板上布置有噴水管，管上裝有噴水噴管。沿汽流方向，噴管將水噴向排汽缸內(nèi)部空間，以降低排汽溫度，其水源為凝結(jié)水泵出口凝結(jié)水。

3、極寒天氣供熱保證問題

熱用戶的熱負(fù)荷是不固定的，熱用戶對(duì)熱源的需求是根據(jù)天氣的變化而變化的。這樣的改造在天氣暖和的初冬時(shí)節(jié)及供暖尾聲，可以通過鍋爐的燃燒調(diào)整，可以滿足熱用戶的需求；對(duì)于極寒天氣鍋爐蒸發(fā)量已達(dá)到最大，無法再增加熱負(fù)荷，可能會(huì)導(dǎo)致供熱溫度的降低，影響供熱質(zhì)量。

解決方案：？高背壓改造建議在多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的電廠實(shí)行，在尖峰負(fù)荷時(shí)即在冬季采暖期最寒冷天氣可以從臨機(jī)增加一部分采暖抽汽量或增加溫度更高的工業(yè)抽汽至采暖抽汽管道，提高熱網(wǎng)供水溫度，滿足熱用戶需求。？為高背壓改造設(shè)立最低門檻，即在機(jī)組最低穩(wěn)定運(yùn)行可提供的熱量測(cè)算所需的熱用戶的平米數(shù)，這個(gè)平米數(shù)就是改造所需的最小的熱用戶。因?yàn)槭浅槠釞C(jī)組，在改造前就存在550萬㎡的熱用戶，在這個(gè)供熱基礎(chǔ)上即可以保障供熱初期的供熱質(zhì)量。在確保最低平米數(shù)，在隨著戶外氣溫的降低調(diào)整機(jī)組的負(fù)荷，增加進(jìn)汽量，滿足供熱需求。綜上可以滿足熱用戶在整個(gè)供暖季的需求。

4、高背壓改造后，由于凝汽器水側(cè)及汽側(cè)運(yùn)行工況改變，應(yīng)注重改造后凝汽器安全穩(wěn)定運(yùn)行問題。

解決方案：對(duì)凝汽器改造提出相應(yīng)的設(shè)備技術(shù)和性能要求，以滿足改造后運(yùn)行工況的需求。

1）設(shè)計(jì)技術(shù)要求

a）乙方對(duì)本次凝汽器改造的技術(shù)成熟性、安全可靠性負(fù)全責(zé)。b）凝汽器水側(cè)壓力：原設(shè)計(jì)值0.3MPa，改造后1.0 MPa。c）凝汽器背壓：原設(shè)計(jì)值0.0049MPa，改造后0.040 MPa。d）根據(jù)熱平衡，對(duì)夏季運(yùn)行工況及冬季高背壓運(yùn)行工況進(jìn)行兼顧設(shè)計(jì)。

2）設(shè)備性能要求

a）必須采用先進(jìn)的、成熟的、可靠的技術(shù)進(jìn)行凝汽器設(shè)計(jì)，以使管束熱負(fù)荷分布均勻，保持較低的凝汽器端差；保持凝汽器除氧效果良好，和較小的凝結(jié)水過冷度。

b）凝汽器出口凝結(jié)水的含氧量保證不超過50μg/l。

c）改造后保證凝汽器在夏季最大負(fù)荷或背壓升高的事故運(yùn)行工況下，凝汽器仍能維持運(yùn)行，并保證除氧要求。凝汽器出口凝結(jié)水的過冷度不大于0.5℃。

d）允許接受來自汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)最大的蒸汽流量。

5、汽封加熱器的改造問題

由于凝汽器在熱網(wǎng)水工況下運(yùn)行時(shí)，背壓較高，凝汽器的凝結(jié)水溫度上升為76℃后進(jìn)入汽封加熱器，不能滿足當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)要求。

解決方案：為保證汽輪機(jī)汽封效果，需將原換熱面積為70m2的汽封加熱器更換為面積為116m2的汽封加熱器。

6、保溫和油漆改造后的相關(guān)問題

保溫與油漆設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循“火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程”（DL/T5072-1997）的規(guī)定，并認(rèn)真執(zhí)行。保溫外保護(hù)層以彩鋼板作為基本方案，運(yùn)行溫度低于最大酸露點(diǎn)溫度的設(shè)備，采取防止凝結(jié)的保溫。

綜上問題均可以得到妥善解決，因此高背壓改造沒有克服不了的技術(shù)問題。

五、改造后的供熱情況

#1機(jī)組經(jīng)過高背壓改造后，采暖期按照高背壓方式運(yùn)行，當(dāng)主蒸汽進(jìn)汽量達(dá)到最大進(jìn)汽量458.3t/h，可以將5600t/h的熱網(wǎng)供水從44℃加熱到65℃。向外網(wǎng)供熱量為219MW，充分利用機(jī)組冷源。綜合面積采暖熱指標(biāo)按55W/㎡計(jì)算，總供熱面積可達(dá)到685萬㎡。

六、結(jié)論

高背壓供熱在135WM機(jī)組上技術(shù)可行，節(jié)能環(huán)保，又能提高機(jī)組效率，增加供熱面積，減少不清潔能源的使用，降低了污染物的排放，還可以促進(jìn)城市的規(guī)劃發(fā)展。因此進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析后可以對(duì)135WM機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造。