光軸技術(shù)在300MW 抽凝式汽輪機(jī)組供熱改造中的應(yīng)用探索

付亞州

（華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠(chǎng)，黑龍江 佳木斯 154005）

近年來(lái)，隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市供熱面積不斷擴(kuò)大，原有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組已越來(lái)越不能滿(mǎn)足供熱的需要，但新建熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組成本過(guò)大，且目前我國(guó)的裝機(jī)容量已明顯過(guò)剩，因此，應(yīng)優(yōu)先考慮在原有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組上進(jìn)行供熱改造。

光軸技術(shù)是一種新型的供熱改造技術(shù)，利用該技術(shù)能夠緩解熱電廠(chǎng)的熱電矛盾，深度降低機(jī)組發(fā)電功率，同時(shí)，釋放熱電廠(chǎng)潛在的供熱能力。本文以某電廠(chǎng)1 號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)光軸技術(shù)改造進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 光軸技術(shù)改造過(guò)程

1.1 本體改造措施

某熱電廠(chǎng)1 號(hào)300MW 機(jī)組是哈汽廠(chǎng)制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、供熱凝汽式汽輪機(jī)，其型號(hào)為C250/N300-16.67/537/537/0.49 型，發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-300-2。

新設(shè)計(jì)一根低壓光軸轉(zhuǎn)子，只起到將高中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接傳遞扭矩的作用。取消低壓2×6 級(jí)通流，去掉純凝低壓轉(zhuǎn)子、全部隔板和隔板套。機(jī)組在供熱運(yùn)行期間，在低壓缸隔板或隔板套槽內(nèi)安裝新設(shè)計(jì)的保護(hù)部套，以防止低壓隔板槽檔在供熱運(yùn)行時(shí)變形、銹蝕。為保證原低壓轉(zhuǎn)子與新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子的互換性，在振動(dòng)特性上應(yīng)盡可能與原低壓轉(zhuǎn)子相近，改造前，原低壓光軸轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速為1668r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速為3580r/min。經(jīng)核算，改造后，低壓光軸轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速為1770r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速為3690r/min。中-低聯(lián)軸器和低-發(fā)聯(lián)軸器均采用液壓螺栓結(jié)構(gòu)。

改造后，新舊轉(zhuǎn)子對(duì)比圖1 和圖2 所示。

圖1 原低壓轉(zhuǎn)子示意圖

圖2 新設(shè)計(jì)光軸低壓轉(zhuǎn)子示意圖

改造后，機(jī)組供熱期和非供熱期運(yùn)行方式不一樣，每年在季節(jié)交換時(shí)機(jī)組需停機(jī)，進(jìn)行低壓缸揭缸，更換低壓轉(zhuǎn)子、低壓隔板和隔板套等設(shè)備部件。在冬季供熱期，應(yīng)將換下的原低壓冷凝轉(zhuǎn)子、低壓隔板和隔板套等設(shè)備部件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，便于夏季重新安裝后直接恢復(fù)純凝汽工況運(yùn)行。

1.2 輔助改造措施

首先，去掉原中低壓聯(lián)通管和調(diào)節(jié)蝶閥。由于原機(jī)組是抽汽供熱機(jī)組，在中壓缸下部有供熱抽汽口，并且抽汽管口徑足夠，不用另外增加抽汽口，所以，僅將中壓缸上部排汽口用法蘭堵板堵上。

然后，汽輪機(jī)在供熱期運(yùn)行時(shí)，低壓部分不再進(jìn)汽，但低壓光軸仍與發(fā)電機(jī)連接轉(zhuǎn)動(dòng)，在低壓缸內(nèi)會(huì)產(chǎn)生鼓風(fēng)現(xiàn)象，如低壓缸溫升過(guò)高，會(huì)引起整個(gè)低壓部分膨脹及標(biāo)高發(fā)生變化，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)安全影響，在無(wú)冷卻蒸汽通入低壓缸情況下，需解決鼓風(fēng)現(xiàn)象對(duì)汽輪機(jī)造成的影響。具體方案如下：

（1）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)格控制機(jī)組差脹。（2）由于給水泵汽輪機(jī)仍保持凝汽運(yùn)行，凝汽器仍需保持真空狀態(tài)，凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)小流量運(yùn)行，保持凝汽器、主冷油器、磨煤機(jī)潤(rùn)滑油冷油器冷卻用水。在真空狀態(tài)下，低壓光軸鼓風(fēng)作用就較小，產(chǎn)生的熱量也就很小。（3）監(jiān)測(cè)低壓缸缸溫，如缸溫升高，可開(kāi)啟低壓缸噴水裝置，保障機(jī)組運(yùn)行安全。其次，本次改造后，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，中壓缸排汽流量減小，壓力低于大氣壓，此時(shí)，需建立中壓缸真空排汽，防止中壓缸出現(xiàn)悶氣現(xiàn)象。可采用兩種方式建立中壓缸排汽真空，一是增設(shè)一路供熱蒸汽旁路系統(tǒng)，將中壓缸啟機(jī)排汽通入凝汽器；二是增設(shè)熱網(wǎng)加熱器抽真空系統(tǒng)，在每個(gè)熱網(wǎng)加熱器上增加一路至凝汽器汽側(cè)空間的抽真空管路，在機(jī)組啟機(jī)前，使熱網(wǎng)蒸汽系統(tǒng)維持負(fù)壓。再次，改造后機(jī)組低壓缸各回?zé)岢槠麩o(wú)抽汽，即6#、7#、8#低加停用，保留5#低加，凝汽器凝結(jié)水經(jīng)5#低加進(jìn)入除氧器。低壓缸的汽封管路不變。供熱蒸汽疏水系統(tǒng)不進(jìn)行改造。最后，對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整改造，使機(jī)組能完成排汽壓力調(diào)節(jié)功能。機(jī)組運(yùn)行方式可按照熱定電方式運(yùn)行。根據(jù)熱負(fù)荷的變化引起排汽壓力的變化來(lái)控制主汽調(diào)節(jié)閥調(diào)整機(jī)組進(jìn)汽量，并將DEH 系統(tǒng)根據(jù)背壓機(jī)運(yùn)行重新組態(tài)。

1.3 對(duì)中壓葉片的影響

原機(jī)組為中壓缸后部抽汽供熱的抽汽式機(jī)組，改造后中壓排汽壓力保持與抽汽壓力一致，改造后中壓缸排汽壓力仍為0.49MPa，運(yùn)行時(shí)，供熱排汽壓力變化范圍保持與抽汽運(yùn)行一致，機(jī)組軸向推力基本保持不變。所以，改造后中壓末級(jí)葉片抽汽運(yùn)行安全。

改造后，中壓缸末級(jí)葉片強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)如表1、表2。

表1 改造前中壓末級(jí)強(qiáng)度校核表

表2 改造后中壓缸中壓缸末級(jí)葉片強(qiáng)度校核表

1#機(jī)組改為光軸抽汽供熱機(jī)組后，考慮到供熱改造后機(jī)組安全性，可采用兩種方法：其一，是在供熱抽汽管路配置壓力調(diào)節(jié)閥；其二，是光軸機(jī)組與抽凝機(jī)組采用蒸汽大母管式并聯(lián)運(yùn)行，依靠抽凝機(jī)組維持供熱抽汽壓力的穩(wěn)定。兩種辦法的控制策略設(shè)計(jì)原則均是要保證光軸機(jī)組偏離額定工況運(yùn)行時(shí)滿(mǎn)足對(duì)外供熱抽汽流量的需求，又要保證中壓缸末級(jí)葉片壓力滿(mǎn)足主汽流量對(duì)應(yīng)最低壓力的要求，確保中壓缸末級(jí)壓差為安全運(yùn)行范圍，避免中壓缸末級(jí)葉片超負(fù)荷。為保證中壓末級(jí)葉片安全，供汽管路配有壓力調(diào)節(jié)閥，保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)，中壓排汽壓力在安全范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)閥的控制策略，按照以下中壓末級(jí)保護(hù)曲線(xiàn)運(yùn)行，使中排壓力隨進(jìn)汽量的變化控制在壓力上限和下限曲線(xiàn)內(nèi)。

因此，在控制策略上引入中壓缸末級(jí)保護(hù)曲線(xiàn)，按中壓缸末級(jí)葉片強(qiáng)度提供的數(shù)據(jù)，各工況對(duì)應(yīng)不同進(jìn)汽量下的最低中排壓力繪制中排末級(jí)葉片保護(hù)曲線(xiàn)，在機(jī)組供熱運(yùn)行時(shí)，供熱抽汽壓力控制必須滿(mǎn)足該保護(hù)曲線(xiàn)。抽汽工況下，中壓末級(jí)保護(hù)曲線(xiàn)如圖3-4。

3 光軸技術(shù)改造后供熱能力和經(jīng)濟(jì)性分析

本次改造后，在額定工況下，能夠保證1#機(jī)組改造后的額定抽汽量約為596.2t/h。目前，某熱電廠(chǎng)通過(guò)對(duì)1#機(jī)組鍋爐進(jìn)行過(guò)改造，成功使1#機(jī)組鍋爐的最小穩(wěn)燃蒸汽量降低到280t/h，此工況下最大抽汽量約為210t/h。1#機(jī)組供熱改造后，汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表3 所示。

根據(jù)機(jī)組的抽汽量，測(cè)算機(jī)組的供熱能力。在額定工況下，1#機(jī)組光軸抽汽時(shí)，機(jī)組最大采暖抽汽量為596.2t/h，熱網(wǎng)疏水溫度為95℃時(shí)，1#機(jī)組的額定工況下的最大供熱能力為428MW，供熱面積可達(dá)778 萬(wàn)m2。而在相同條件下，1#機(jī)組改造之前，最大采暖抽汽量為520t/h，熱網(wǎng)疏水溫度為95℃時(shí)，額定工況下的最大供熱能力為366MW，供熱面積為665 萬(wàn)m2。整體供熱能力提升了約15%。

圖1 -2 中壓缸排汽壓力控制曲線(xiàn)

表3 佳木斯熱電廠(chǎng)1#汽輪機(jī)組改造后的主要技術(shù)參數(shù)表

本次改造后，1#機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)如表4。從表4 中可以看出，通過(guò)本次供熱改造，原本1#機(jī)組抽凝的運(yùn)行方式改為近似背壓機(jī)的運(yùn)行方式。由于利用機(jī)組的中間級(jí)抽汽供熱，從而減少了機(jī)組的冷源損失，汽輪機(jī)的熱耗率減少，機(jī)組的發(fā)電煤耗率下降，使得1#機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性得到了明顯提高，從而使得電廠(chǎng)的熱經(jīng)濟(jì)性得到了一定程度的提高。

改造后，某熱電廠(chǎng)形成了1 臺(tái)光軸機(jī)組、1 臺(tái)抽凝式機(jī)組、熱泵系統(tǒng)與熱水鍋爐共同供熱的格局。

本次改造后，提高了能源利用效率，降低了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，根據(jù)某電廠(chǎng)廠(chǎng)用電率5.16%進(jìn)行測(cè)算，改造前1#號(hào)機(jī)組冬季額定發(fā)電煤耗率為209.6g/kWh，供電煤耗率為改造后平均供電煤耗為221.00g/kWh，1#號(hào)機(jī)組冬季額定發(fā)電煤耗率為158.02g/kWh，供電煤耗率為改造后平均供電煤耗為166.62g/kWh，發(fā)電煤耗率下降51.58g/kWh，供電煤耗率下降54.39g/kWh。

改造后，全廠(chǎng)全年降低煤耗為4.83g/kWh，年供電節(jié)約標(biāo)煤量1.17×104t。

4 光軸技術(shù)改造后適應(yīng)性分析

某熱電廠(chǎng)建廠(chǎng)較早，近年通過(guò)不斷的改造擴(kuò)建，形成了大型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、熱泵系統(tǒng)、熱水爐等多熱源聯(lián)合供熱的模式。本次改造后，1#機(jī)組成為光軸供熱機(jī)組，在運(yùn)行特性、經(jīng)濟(jì)性與安全性方面與未改造的相同型號(hào)的2#機(jī)組產(chǎn)生了較大差別。

表4 改造后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

改造后的光軸機(jī)組，中壓缸排汽全部進(jìn)入熱網(wǎng)供熱，從根本上提高了機(jī)組熱力循環(huán)的效率，具有極高的經(jīng)濟(jì)性；但光軸機(jī)組需按“以熱定電”的方式運(yùn)行，發(fā)電量與供熱量線(xiàn)性相關(guān)，靈活性較差。在發(fā)電負(fù)荷受限的情況下，供熱負(fù)荷巨大的極限工況，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

2#抽凝機(jī)組利用部分中壓缸排汽供熱，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行特性，在確定的發(fā)電負(fù)荷下，能夠在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)供熱負(fù)荷，反之亦然，因而，抽凝機(jī)組具有相對(duì)靈活的熱電調(diào)節(jié)特性，不存在極限工況，安全性較好。但由于低壓缸始終有部分冷凝蒸汽，存在換熱損失，因此，相比光軸機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較差。

因此，供暖初期熱負(fù)荷較低時(shí)，1#光軸機(jī)組承擔(dān)供熱負(fù)荷，2#機(jī)組將純凝運(yùn)行；供熱中期時(shí)，1#機(jī)組與2#機(jī)組與熱泵系統(tǒng)將共同參與供熱；當(dāng)供熱負(fù)荷超過(guò)470MW 時(shí)，為降低夜間調(diào)峰時(shí)所需的熱水儲(chǔ)量，已建設(shè)的116MW 熱水鍋爐將參與供熱。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某熱電1 號(hào)機(jī)組的低壓缸光軸抽汽改造分析，表明通過(guò)該改造過(guò)程，可以達(dá)到提高機(jī)組供熱能力，降低機(jī)組冷源損失，降低汽輪機(jī)熱耗率和機(jī)組的發(fā)電煤耗率的目的，提高機(jī)組運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，提出光軸抽汽改造后機(jī)組的局限性，應(yīng)配合電廠(chǎng)其他供熱機(jī)組優(yōu)化供熱運(yùn)行，以達(dá)到最佳的運(yùn)行效果，降低電廠(chǎng)運(yùn)行的整體風(fēng)險(xiǎn)。