2×12 MW 汽輪發(fā)電機余熱利用改造

王岳峰

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北056404）

0 引言

冬季民用建筑采暖和工業(yè)用熱，主要以小型分散燃煤鍋爐房分散供熱方式為主。由于除塵設施不完善，對周圍環(huán)境污染較嚴重。天鐵集團因生產(chǎn)工藝擁有大量工藝循環(huán)冷卻水，其熱量都通過冷卻塔散失到空氣中，既造成了大氣熱污染又是一種嚴重的資源浪費。如采用適當?shù)募夹g加以提取利用，不僅可以解決供熱需求，同時也進一步提高了生產(chǎn)節(jié)能減排水平。通過對需采暖供熱的熱用戶調(diào)研，確定可實現(xiàn)集中供熱區(qū)域內(nèi)供熱面積為126 萬m2，余熱利用供熱面積為98 萬m2，總熱負荷為26.52～51 MW。通過對比分析可以通過改造兩臺12 MW 汽輪發(fā)電機為其集中供暖提供熱源。

1 改造方案確定

1.1 采暖要求

該地區(qū)采暖期是從本年的11 月15 日至翌年3月15 日，共120 d，2 880 h。根據(jù)氣象資料及熱負荷計算數(shù)據(jù)，對應采暖期各室外溫度的連續(xù)小時數(shù)所計算的采暖期年供熱量見表1。

1.2 機組供暖能力

汽輪機組設計參數(shù)見表2。凝汽器設計參數(shù)見表3。

1.3 改造技術方案

凝汽式汽輪機可改造為低真空運行供熱，凝汽器成為熱水供熱系統(tǒng)的基本加熱器，原來的循環(huán)冷卻水變成了供暖熱媒，在熱網(wǎng)系統(tǒng)中進行閉式循環(huán)，有效地利用了汽輪機凝汽所釋放的汽化潛熱。供熱負荷43%（22 MW）時，通過調(diào)整汽輪機運行參數(shù)，凝汽器出水溫度為60 ℃，凝汽器出水溫度為45℃，循環(huán)水量1 300 m3/h，滿足熱用戶供熱需求；供熱負荷70%（36 MW）時，保持汽輪機運行參數(shù)，凝汽器出水溫度為60 ℃，凝汽器回水溫度為45 ℃，啟動一臺15 MW 汽水換熱器，將60 ℃凝汽出水加熱至70 ℃，循環(huán)水量1 300 m3/h，滿足熱用戶供熱需求；供熱負荷100%（51 MW）時，保持汽輪機運行參數(shù)，凝汽器出水溫度為60 ℃，凝汽器回水溫度為45℃，啟動兩臺15 MW 汽水換熱器，將60 ℃凝汽出水加熱至80 ℃，循環(huán)水量1 300 m3/h，滿足熱用戶供熱需求。供熱改造系統(tǒng)簡圖見圖1。

表1 采暖期耗熱量計算表

表2 汽輪機組設計參數(shù)

表3 凝汽器設計參數(shù)

圖1 供熱改造系統(tǒng)簡圖

2 機組安全性及改造內(nèi)容實施

2.1 汽輪機本體安全性

兩臺12 MW 汽輪發(fā)電機為上海汽輪機廠1987年、1988 年投運機組，至今已經(jīng)運行30 余年，運行過程中機組維護保養(yǎng)得當，運行參數(shù)基本正常，理論上講進行低真空循環(huán)水供熱是可行的，不僅可以帶來可觀的經(jīng)濟效益，也符合國家節(jié)能減排政策。但兩臺機組機體疲勞和損耗是客觀事實，進行低真空循環(huán)水供熱改造必須以安全性、可靠性為前提。

本次機組改造前委托第三方對機組低真空循環(huán)水改造各種工況進行全面評估，得到結論如下：

（1）通過對機組各工況運行條件模擬，轉子最大軸向推力7.967 t，軸承比壓-8 kg/cm2，軸向推力在合理范圍內(nèi)，運行安全可靠。

（2）對1-9 級隔板撓度、靜葉撓度、隔板應力計算，結果表明汽輪機在低真空運行時其強度滿足運行要求。

（3）對第6、7、8、9 級葉輪葉片強度計算，結果表明汽輪機在低真空運行時其強度滿足運行要求。

通過以上結論表明，汽輪機本體不需做任何改動，可以滿足低真空循環(huán)水供熱運行要求。

2.2 凝汽器改造內(nèi)容及保護參數(shù)調(diào)整

2.2.1 凝汽器改造內(nèi)容

按照循環(huán)水供熱要求，改造后凝汽器需滿足如下運行要求：凝汽器循環(huán)水出水溫度60 ℃；凝汽器循環(huán)水進水溫度50 ℃；凝汽器循環(huán)水進口壓力0.3 MPa。

機組運行近30 年，凝汽器內(nèi)換熱銅管長期運行出現(xiàn)老化、破損、封堵以及銅管內(nèi)結垢等原因，造成換熱效率降低，換熱效果下降。因此，為保證機組低真空循環(huán)水供熱效果，機組運行穩(wěn)定性，本次改造將凝汽器內(nèi)4320 根換熱銅管全部更換，銅管更換后凝汽器試漏合格。

改造后凝汽器循環(huán)水壓力由0.1 MPa 提高到0.3 MPa，因此凝汽器水側部分要增加其強度和剛度，使管板及水室蓋能夠承受改造后的要求，具體改造如下：

（1）更換凝汽器水室蓋板，厚度由原來的20 mm 增加至30 mm，水室蓋板外側用加強筋板焊接，增加剛性，保證蓋板強度能夠承壓。

（2）前后水室管板與水室蓋板之間加裝拉桿，拉桿的一端焊在管板上，另一端在水室蓋板上打孔焊套管。拉桿與管板焊接時保證換熱器銅管脹口不至損壞。

（3）為防止低真空循環(huán)水供熱運行時后汽缸溫度過高，新增一套后汽缸溫度自動控制裝置及凝汽器喉部噴水霧化裝置。該裝置中含有2 個電磁閥，實現(xiàn)自動控制噴水霧化裝置是否投入，電磁閥開關接入主機控制程序系統(tǒng)。當后汽缸溫度過高時，噴水霧化裝置自動投入噴水，來降低后汽缸溫度，運行人員根據(jù)情況調(diào)整負荷。

2.2.2 機組報警、停機參數(shù)調(diào)整

本次機組改造方式為降低凝汽器真空提高循環(huán)水溫度，保證供熱效果，僅改造凝汽器部分及運行參數(shù)，所以將凝汽器真空值調(diào)整為-70 kPa 報警，-60 kPa 啟動備用射水泵，-50 kPa 機組停機。其他機組報警停機參數(shù)不變。

2.3 供水泵站建設

按照供熱要求，改造后凝汽器循環(huán)水進口壓力0.30 MPa，原循環(huán)水泵設計出口壓力為0.10 MPa，不能滿足供熱需要。

根據(jù)測算，利用原閑置泵站1 座，泵站內(nèi)含5臺循環(huán)水泵，其設計參數(shù)滿足供熱要求。同時，為了保證在最大熱負荷時供應熱量，在泵站循環(huán)水泵入口前加裝2 臺15 MW 蒸汽換熱器，在熱負荷為70%時投入1 臺蒸汽換熱器，將循環(huán)水溫度由60 ℃提高至70 ℃，滿足用戶供熱需求；在熱負荷為100%時投入2 臺蒸汽換熱器，將循環(huán)水溫度由60℃提高至80 ℃，滿足用戶供熱需求。同時在蒸汽換熱器加裝凝結水回收裝置，將蒸汽管熱后凝結水回收至相應系統(tǒng)內(nèi)，供生產(chǎn)需要。

2.4 管道敷設及室內(nèi)管道改造

該改造工程主要包括室外供回水管道敷設及室內(nèi)進出凝汽器管道改造。

由于汽輪發(fā)電機組采用低真空循環(huán)水供熱方式運行期限為每年4 個月，為了不影響不供熱期間機組運行方式，原凝汽器循環(huán)水進出口管道不做改動，新供熱管道采用與原管道并聯(lián)方式連接，中間采用閥門隔斷。這樣可以按照生產(chǎn)需要，調(diào)整閥門狀態(tài)，滿足機組運行。

室外供回水管道按照設計，根據(jù)實際情況，管道敷設采用架空方式，管道采用預制直埋保溫管，同時在管道外表面采用鍍鋅鐵皮保護，保證將管道散失熱量將至最低。供回水主管道與廠區(qū)外供熱一次網(wǎng)連接。

由于凝汽器出水溫度提高，為保證供熱循環(huán)水可以在凝汽器內(nèi)有效換熱，同時防止凝汽器銅管內(nèi)部結垢，影響換熱效果，供暖期間循環(huán)水采用工業(yè)除鹽水。同時為了保證換熱穩(wěn)定性，保證機組穩(wěn)定運行，保證凝汽器循環(huán)水入口壓力為0.30 MPa，在凝汽器入口管道加裝一除鹽水補水閥門和一放水閥門。補水閥門和放水閥門采用自動調(diào)節(jié)電動門，當入口壓力低于0.30 MPa 時可采用手動或自動方式向系統(tǒng)內(nèi)補水，當入口壓力高于0.30 MPa 時可采用手動或自動方式開啟閥門泄壓。

3 運行效果

機組改造后，按照要求，采用低真空循環(huán)水供熱方式運行，運行效果良好，供回水溫度滿足設計要求，循環(huán)水壓力按照設計通過補水方式保持穩(wěn)定，在供熱同時機組維持一定發(fā)電負荷，將原來對空排到大氣中的熱量回收，創(chuàng)造了發(fā)電效益和供熱效益，同時滿足了用戶取暖需要，減少了排放，一舉多得。

4 結語

利用汽輪發(fā)電機低真空循環(huán)水供熱已經(jīng)投產(chǎn)應用，投產(chǎn)期間機組運行穩(wěn)定，供熱效果良好，節(jié)能減排成效明顯，經(jīng)濟效益突出，同時提高了企業(yè)節(jié)能減排水平。