某小型電廠抽凝機改背壓機設(shè)計要點及對策

李鯤

（湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司，武漢430040）

0 引 言

湖北某公司自備熱電廠現(xiàn)有2×25 MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組于2011年投入運行，全廠機爐配置為三爐兩機，母管制系統(tǒng)。該熱電廠為自備電廠，主要為化工生產(chǎn)提供電力負荷和工業(yè)熱負荷。汽輪機入口高壓主汽門前主蒸汽額定壓力為8.83 MPa，額定溫度為535 ℃，額定進汽量為168 t/h，額定排汽壓力為4.9 kPa，工業(yè)抽汽額定壓力為1.27 MPa，額定抽汽量為80 t/h，汽輪機乏汽采用機力通風(fēng)冷卻塔供循環(huán)水冷卻。

在國內(nèi)電廠裝機向大機組、高參數(shù)、高效率、低排放發(fā)展的背景下，小型凝汽式機組凸顯出煤耗高、熱效率低的缺點[1-4]。作為經(jīng)濟發(fā)展的過程產(chǎn)物，這些小型燃煤抽凝機組正處于一種尷尬的境地，而對它們進行技術(shù)改造，提高機組熱效率，則成了必然選擇。為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，提升全廠熱效率，該公司決定將2#抽凝式汽輪機改造成背壓式汽輪機，同時改造機組改型涉及的公用系統(tǒng)。

1 改造原則

1.1 總體原則

在確保抽凝機改背壓機后能安全正常運行的前提下，對鍋爐、發(fā)電機原則上不做改動，原汽機基礎(chǔ)可保留，僅做局部改造和加固，汽機房建筑面積不增加。盡量利用現(xiàn)有抽凝機組輔機，熱力系統(tǒng)改造需滿足背壓機運行要求，并盡可能縮短改造周期和減少投資。

原2#抽凝機本體及凝汽式機組專有系統(tǒng)拆除，新背壓式汽機按原汽機基礎(chǔ)利舊定制采購。要求2#抽凝機拆除后和背壓機安裝期間必須保證原1#抽凝機組安全正常運行，原1#抽凝機組本期暫不進行改造。

1.2 拆除范圍

凝汽式汽輪機是蒸汽在汽缸內(nèi)做完功后排入凝汽器（真空）被凝結(jié)成水的汽輪機，排汽能量品位低，潛熱基本無利用價值，排汽在凝汽器內(nèi)被循環(huán)水冷卻成凝結(jié)水后循環(huán)利用，凝汽式汽輪機熱力系統(tǒng)工作原理如圖1所示。而背壓式汽輪機是將汽輪機的排汽供熱用戶，排汽壓力（背壓）高于大氣壓力，可根據(jù)用戶需求設(shè)計成指定排汽壓力，排汽具有一定能量品位，利用價值較高[5-7]，背壓式汽輪機廠熱力系統(tǒng)工作原理如圖2所示。這是兩類汽輪機在工藝上的最大區(qū)別。背壓式汽輪機無凝汽器和凝結(jié)水相關(guān)系統(tǒng)，除原2#抽凝機本體需全部拆除外，凝汽器系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)管道、凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)管道、抽真空系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)管道、抽凝機本體相關(guān)設(shè)備及管道全部拆除。

圖1 凝汽式汽輪機熱力系統(tǒng)工作原理

1.3 利舊范圍

利舊不僅可以減少工程量和投資，還可以進一步縮短工期，但必須核實設(shè)備利舊的可行性和可靠性，不能為了減少工程量和投資而盲目利舊，利舊必須有依據(jù)。通過對有利舊可能的設(shè)備資料統(tǒng)計、整理和分析，經(jīng)與各相關(guān)設(shè)備廠家咨詢復(fù)核，確認以下設(shè)備可利舊：發(fā)電機、2臺高壓加熱器、汽封加熱器及風(fēng)機、本體疏水?dāng)U容器、集裝油箱及其附屬設(shè)備、冷油器、濾水器。除發(fā)電機外，其它輔機的利舊可為本項目減少180 萬元左右的投資額（包含新設(shè)備采購、老設(shè)備拆除、新設(shè)備安裝）。

圖2 背壓式汽輪機熱力系統(tǒng)工作原理

2 主機改造

本項目改造初期制定方案時，曾考慮過拆除汽機基礎(chǔ)，按新背壓機重新設(shè)計基礎(chǔ)，但該方案成本高，施工周期長，轉(zhuǎn)而采用不拆除原汽機基礎(chǔ)，僅對汽機基礎(chǔ)進行局部改造方案，因此汽機廠設(shè)計本項目背壓機和設(shè)計院改造汽機基礎(chǔ)時需密切溝通和匹配。經(jīng)與汽機廠多次溝通配合，汽機廠核算，確認在不降低安全性、可靠性的情況下，背壓機可實現(xiàn)匹配原局部改造后汽機基礎(chǔ)。

受汽機基礎(chǔ)利舊條件約束，汽機廠結(jié)合實際的情況，對此機組進行了分析、校核，重新計算了熱平衡，并對其通流尺寸、熱力系統(tǒng)、葉片、葉輪、隔板、前后汽封等進行計算復(fù)核，最終制定背壓機本體改造方案：背壓機前后軸承箱中心距為4993 mm，與原抽凝機組一致，與利舊發(fā)電機的連接方式不變；同規(guī)模的背壓機轉(zhuǎn)子長度比凝汽式機組短，為匹配前后軸承箱中心線一致，轉(zhuǎn)子長度設(shè)計增長，與原抽凝機長度保持一致；背壓機前軸承箱底板、前軸承座地腳螺栓孔尺寸和定位與原抽凝機保持完全一致；后軸承箱底板完全落在原汽機基礎(chǔ)改造新增加的梁上，與原汽機基礎(chǔ)不直接接觸。

3 輔助系統(tǒng)改造

1）抽凝機本體系統(tǒng)。原抽凝機本體系統(tǒng)包括回?zé)岢槠到y(tǒng)、本體汽封系統(tǒng)、本體疏水系統(tǒng)、汽機門桿漏汽系統(tǒng)、工業(yè)抽汽系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)?；?zé)岢槠到y(tǒng)為單元制，2臺低壓加熱器抽汽管道全部拆除。汽封、門桿漏氣、疏水、工業(yè)抽汽均拆除至母管處，管道切口處采用堵頭焊接封堵。潤滑油系統(tǒng)根據(jù)新背壓機潤滑油系統(tǒng)資料，選擇合適拆除范圍，以最大程度地利舊管道和設(shè)備。

2）主蒸汽系統(tǒng)。背壓機較原抽凝機進汽量增大，經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)有主蒸汽母管至原抽凝機進汽主汽閥的支管管徑偏小，蒸汽流速偏大，無法再利用，該支管需拆除更換公稱直徑大一級的管道。

3）凝汽器相關(guān)系統(tǒng)。原熱力系統(tǒng)中進入凝汽器的介質(zhì)主要包括汽輪機排汽、低壓加熱器疏水、疏水?dāng)U容器疏水、減溫水、其他疏水等。因背壓式汽機工藝無凝汽器系統(tǒng)，原抽凝機所配凝汽器、凝結(jié)水泵、射水泵、射水池、膠球泵及與設(shè)備相關(guān)管道全部拆除。凝汽器相關(guān)的循環(huán)水系統(tǒng)拆除，但保留循環(huán)水接至發(fā)電機空冷器和冷油器的冷卻水系統(tǒng)。

4) 低壓加熱器系統(tǒng)。原抽凝機配有2臺低壓加熱器，改造成背壓機后，已無凝結(jié)水系統(tǒng)，用來加熱凝結(jié)水的2臺低壓加熱器已無作用，因此原抽凝機配套的2臺低壓加熱器拆除，與低壓加熱器相關(guān)的所有系統(tǒng)拆除。

5)背壓機新建系統(tǒng)。背壓機系統(tǒng)包括回?zé)岢槠到y(tǒng)、本體汽封系統(tǒng)、本體疏水系統(tǒng)、門桿漏氣系統(tǒng)、排汽供熱系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)?；?zé)岢槠到y(tǒng)為單元制，新安裝抽汽管道直接與利舊的高壓加熱器接口復(fù)聯(lián)。背壓機汽封系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、門桿漏氣系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)均需與老廠相關(guān)系統(tǒng)母管或利舊管道復(fù)聯(lián)。

4 母管系統(tǒng)隔離

4.1 隔離方案

為將電廠施工改造過程導(dǎo)致業(yè)主方生產(chǎn)停產(chǎn)的損失降到最小，業(yè)主方要求背壓機和新管道安裝施工期間必須保證電廠另一臺汽輪發(fā)電機組安全正常運行，新安裝管道與老廠母管復(fù)聯(lián)時，另一臺機組不停機，整個施工期間僅抽凝機拆除及支管隔離時全廠停機1次。因此對于抽凝機與母管連接的支管拆除后，背壓機不需要與母管復(fù)聯(lián)的支管管道切口用堵頭焊接封堵，如圖3所示；而需要與背壓機復(fù)聯(lián)的支管管道切口采用閥門加堵板形式隔離，同時需要考慮低位點的疏放水，如圖4所示。

根據(jù)上述原則，背壓機與老廠熱力系統(tǒng)需復(fù)聯(lián)的管道有主蒸汽管道、除氧器加熱蒸汽管道、門桿漏氣管道、供熱管道、除鹽水管道、壓縮空氣管道。抽凝機其它與老廠母管相連的支管拆除后，管道切口均用堵頭封堵。該方案可將全廠停機的時間降到最低。

圖3 母管隔離方式一

圖4 母管隔離方式二

4.2 隔離要點

本改造項目有4類管道需拆除和隔離，分別是蒸汽管道、水管道、潤滑油管道、壓縮空氣管道。電廠內(nèi)管線錯綜復(fù)雜，在做隔離設(shè)計時需做足前期工作，務(wù)必做到細心、耐心、考慮周全，不僅要對照原廠竣工圖，還需深入現(xiàn)場，摸清需拆除范圍內(nèi)的每一根管道。只有保證每一根管道落實清楚，才能保證設(shè)計上能做出正確拆除和隔離，并滿足拆除后續(xù)管道復(fù)聯(lián)施工期間不停機要求。

根據(jù)本項目實施的過程，以下3點在設(shè)計中必須著重注意：1）竣工圖上沒有，業(yè)主自行改造的管道；2）沒有布置圖的小管道；3)需復(fù)聯(lián)母管的預(yù)留（閥門加堵頭）接口齊全。第1）、2）條是設(shè)計時容易遺漏管道，因電廠內(nèi)管道介質(zhì)參數(shù)（穩(wěn)溫度或壓力）均較高，任何一處管道切開后未設(shè)計封堵都會導(dǎo)致后續(xù)1#機組重新運行時發(fā)生無法想象的事故。第三條是只有所有預(yù)留需復(fù)聯(lián)的接口采用閥門隔離，才能確保后續(xù)背壓機管道復(fù)聯(lián)時，另一臺抽凝機可正常運行。任何一處需預(yù)留復(fù)聯(lián)接口的遺漏，都會導(dǎo)致1#機組停機以供遺漏預(yù)留接口處的管道復(fù)聯(lián)，給業(yè)主帶來額外的停產(chǎn)損失。

5 結(jié) 語

將25 MW抽凝機組改造為25 MW背壓機組，經(jīng)初步估算能源利用效率可提高30%以上，減少循環(huán)水水量4500 t/h以上。因背壓機組不再使用凝結(jié)水泵，循環(huán)水大量減少，循環(huán)水泵運行數(shù)量減少，機力冷卻塔風(fēng)機運行數(shù)量減少，每小時可節(jié)省廠用電318 kW。

當(dāng)前國內(nèi)環(huán)保政策日益嚴格，國務(wù)院于2018年印發(fā)《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》在國家層面明確節(jié)能減排，作為低效率的小型抽凝機組節(jié)能減排就首當(dāng)其沖。國內(nèi)小型凝汽式燃煤機組已禁止新建，效率低下的小型燃煤電廠的改造業(yè)務(wù)必然越來越多，不僅對于25 MW等級機組，12 MW、50 MW、100 MW等級抽凝機組也可依據(jù)本改造思路進行，設(shè)計經(jīng)驗和實踐經(jīng)驗具有廣闊的推廣前景。