周國清

(大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司，長春 130000)

200 MW機(jī)組高背壓供熱改造技術(shù)研究與應(yīng)用

周國清

(大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司，長春 130000)

通過對(duì)國產(chǎn)200 MW機(jī)組汽輪機(jī)低壓缸、凝汽器及相關(guān)熱力系統(tǒng)改造的研究，進(jìn)一步提高了機(jī)組的供熱能力及節(jié)能降耗，達(dá)到減少市區(qū)采暖、生活用小型工業(yè)鍋爐及少數(shù)居民爐灶在燃燒過程中排放污染物的目的。

節(jié)能減排；供熱能力；改造

1 研究背景及意義

高背壓供熱即低溫循環(huán)水供熱，通過降低凝汽器的真空度，提高排汽壓力和溫度，以提高通過凝汽器的循環(huán)水溫度，達(dá)到直接供熱或經(jīng)過尖峰二次加熱后供熱的目的。由于這種方式在不增加機(jī)組規(guī)模的前提下回收冷源損失，增加了供熱量及供熱面積，大大地增加了電廠的效益。

2015年長春市區(qū)采暖供熱總面積為1.85億m2。其中，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱0.76億m2，區(qū)域鍋爐房供熱0.92億m2，分散鍋爐房供熱0.12億m2，其他供熱560萬m2。長春二熱是長春市的重要供熱單位，公司所供基本采暖供熱面積3 400萬m2，平峰供熱面積1 050萬m2。預(yù)計(jì)近5年公司所帶熱網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，市中心區(qū)有800萬m2采暖熱源缺口，經(jīng)開區(qū)有1 000萬m2熱源缺口。熱力市場(chǎng)呈現(xiàn)嚴(yán)重的供不應(yīng)求局面。

經(jīng)前期調(diào)研、國內(nèi)同類機(jī)組考察，比對(duì)1～6號(hào)機(jī)組運(yùn)行方式與運(yùn)行工況，確定“200 MW機(jī)組高背壓供熱改造技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目，依托長春二熱4號(hào)機(jī)組進(jìn)行實(shí)施。自2015年11月27日簽訂4號(hào)機(jī)組高背壓本體改造及凝汽器改造合同起，于2016年10月25日順利完工。改造范圍包括汽輪機(jī)本體、凝汽器和熱網(wǎng)系統(tǒng)。配套改造設(shè)備和系統(tǒng)包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、低壓缸噴水系統(tǒng)、熱網(wǎng)加熱器，等等。

2 主要科學(xué)技術(shù)內(nèi)容

2.1 汽輪機(jī)本體部分改造

重新設(shè)計(jì)加工一根低壓轉(zhuǎn)子，以滿足低壓缸高背壓運(yùn)行的要求。實(shí)現(xiàn)夏季與采暖期的純凝轉(zhuǎn)子與高背壓轉(zhuǎn)子的互換。

圖1 高背壓機(jī)低壓轉(zhuǎn)子Fig.1 High back pressure machine low pressure rotor

2.2 汽輪機(jī)凝汽器的改造

機(jī)組改造后，汽輪機(jī)維持在高背壓下運(yùn)行，排汽溫度相應(yīng)提高，因此，凝汽器設(shè)置補(bǔ)償裝置用來吸收因溫度變化引起凝汽器膨脹量的變化。凝汽器管板、水室、殼體及管束的布置型式相應(yīng)改變。

2.3 熱網(wǎng)系統(tǒng)改造

熱網(wǎng)回水引入高背壓機(jī)組凝汽器進(jìn)行一次加熱，經(jīng)乏汽一次加熱后，再送至熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行二次加熱。

2.4 其他系統(tǒng)改造

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造。增設(shè)兩臺(tái)冷卻水泵，滿足采暖期循環(huán)水泵停用后機(jī)組其他設(shè)備冷卻的需求。

凝汽器噴水減溫水改造。改造后凝結(jié)水溫度升高，凝結(jié)水不再適合作為低壓缸噴水系統(tǒng)的水源。將凝汽器除鹽水補(bǔ)水管路與機(jī)組低壓缸噴水管路聯(lián)接，在利用機(jī)組現(xiàn)有低壓缸噴水電磁閥的前提下，兩路水源進(jìn)行切換。

為提高換熱效果，將原有機(jī)組2臺(tái)換熱面積1 800 m2的波節(jié)管表面式換熱器更換為2臺(tái)2 000 m2的光管表面式換熱器。

增設(shè)羅茨泵抽氣裝置，改造后的低壓缸排汽溫度上升到70℃～80℃。

凝汽器增設(shè)超聲波阻垢裝置，解決了凝汽器熱網(wǎng)水流速低、熱網(wǎng)水質(zhì)差、凝汽器排汽溫度高、換熱管易產(chǎn)生結(jié)垢的缺陷。

3 項(xiàng)目技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 改進(jìn)了軸系加工工藝

在改造工程中，為解決供熱期與非供熱期所使用的不同低壓轉(zhuǎn)子，保證兩根低壓轉(zhuǎn)子在更換時(shí)聯(lián)軸器銷孔的一致性，多數(shù)電廠聯(lián)軸器螺栓改造成液壓螺栓，采用錐套和錐形螺栓配合使用，通過二次拉伸，滿足安裝精度和緊力的不同要求及聯(lián)軸器銷孔和螺栓的間隙要求。因其結(jié)構(gòu)的特殊性，在實(shí)現(xiàn)周向精確定位時(shí)，聯(lián)軸器絞孔無法保證孔內(nèi)的精準(zhǔn)錐度和橢圓度，液壓螺栓緊固的同時(shí)，其轉(zhuǎn)子晃動(dòng)造成偏差，其螺栓緊固順序、調(diào)整周期受限，并為機(jī)組投運(yùn)后軸系振動(dòng)帶來安全隱患。此次長春二熱高背壓改造低壓缸雙轉(zhuǎn)子互換，在充分研討國內(nèi)300 MW及以下機(jī)組改造實(shí)例過程中，決定低壓缸雙轉(zhuǎn)子更換聯(lián)軸器采用剛性螺栓，首先采用專用鏜孔機(jī)對(duì)低發(fā)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器銷孔進(jìn)行鏜孔，并配制間隙保證在0.01～0.03 mm的銷子，絞孔完成后，將原有低壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子返廠，利用制造廠精密數(shù)控機(jī)床，按照低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器銷孔，在原轉(zhuǎn)子軸端車制對(duì)輪模具裝配槽，在環(huán)境溫度達(dá)到金屬膨脹的條件下，裝配對(duì)輪模具，再配制新低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器及銷孔，完成轉(zhuǎn)子互換的前期準(zhǔn)備。轉(zhuǎn)子加工完成后赴現(xiàn)場(chǎng)回裝，在軸系中心調(diào)整后，短時(shí)間內(nèi)完成中低、低發(fā)聯(lián)軸器連接，晃動(dòng)度均小于0.03 mm，機(jī)組運(yùn)行各軸瓦軸振均小于76 um，可安全穩(wěn)定運(yùn)行。

原機(jī)組純凝工況下凝汽器抽氣裝置為水環(huán)真空泵，在高背壓供熱改造后，低壓缸排汽溫度達(dá)到70℃～80℃，抽汽凝結(jié)成水后溫度升高，在水環(huán)式真空泵中心高負(fù)壓區(qū)，部分水蒸發(fā)為蒸汽，真空泵分離器的工作效果下降，因真空泵抽的乏汽和不凝結(jié)氣體的熱量無法釋放，導(dǎo)致抽真空的能力下降，形成低壓缸排汽段鼓風(fēng)，影響高背壓改造后機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)計(jì)增加具有較高抽氣速率羅茨泵抽氣裝置，達(dá)到容積效率高、溫升低、振動(dòng)小的目的，且不受排汽溫度的影響，能安全、穩(wěn)定地運(yùn)行；另一方面，單臺(tái)羅茨泵抽氣裝置配置2臺(tái)18.5 KW電動(dòng)機(jī)，取代原有水環(huán)式真空泵110 KW電動(dòng)機(jī)，單機(jī)能耗大幅度降低。

機(jī)組高背壓供熱改造后，凝汽器冷卻水更換為熱網(wǎng)循環(huán)水，流量為8 000 t/h，凝汽器換熱管流速為1.1 m/s(設(shè)計(jì)流速為1.9 m/s)。因凝汽器熱網(wǎng)水流速低、熱網(wǎng)水質(zhì)差、凝汽器排汽溫度高，機(jī)組高背壓供熱改造后，機(jī)組運(yùn)行凝汽器換熱管易結(jié)垢，影響機(jī)組高背壓供熱改造后的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。國內(nèi)機(jī)組凝汽器管束清洗措施通常選用機(jī)械清洗和化學(xué)清洗，機(jī)械清洗采用高壓水噴射，需停運(yùn)后人工完成，對(duì)管束表面易造成損傷；化學(xué)清洗對(duì)緩蝕劑、清洗主劑配比及清洗速率要求較高，排放處理后清洗液易造成環(huán)境污染。此次機(jī)組高背壓改造后，凝汽器采用除垢、阻垢、防氧化腐蝕、凈化水質(zhì)、環(huán)保節(jié)能為一體的USP系列超聲波除垢裝置，超聲波的聲波作用于液體，超聲波的振動(dòng)使金屬、水垢、水隨之震動(dòng)，由于三者的頻率不同，振動(dòng)不同步，形成垢層與管壁界面上的相對(duì)剪切力，破壞了水垢和金屬之間的結(jié)合，導(dǎo)致垢層疲勞而松脫，彌補(bǔ)了換熱管束機(jī)械清洗和化學(xué)清洗的缺點(diǎn)，保證機(jī)組高背壓改造后凝汽器換熱效果和機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 與同類技術(shù)的綜合比較

利用汽輪機(jī)乏汽余熱供熱的技術(shù)有溴化鋰吸收式熱泵供熱和高背壓供熱。高背壓供熱與溴化鋰吸收式熱泵供熱技術(shù)比較，其供熱的能耗小于吸收式熱泵供熱能耗，高背壓供熱改造投資比熱泵低，設(shè)備占地面積少，后期的溴化鋰溶液維保費(fèi)用較高；高背壓供熱更適用于長春二熱對(duì)外供熱負(fù)荷要求大的條件，尤其適合于在采暖期內(nèi)，其余熱能全部或大部分被吸收的情況。

5 效益分析

高背壓供熱后，利用凝汽式機(jī)組排汽的汽化潛熱將熱網(wǎng)循環(huán)水從48℃加熱至64℃左右，實(shí)現(xiàn)改造后機(jī)組的冷源損失為零。每個(gè)供熱期節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤為3.85萬t，直接增加經(jīng)濟(jì)效益2 000余萬元；節(jié)水效益22萬元；節(jié)電效益18萬元。另外，每年減少排放的二氧化碳為10.1萬t，二氧化硫932.77 t，氮氧化物272.05 t，煙塵77.7 t，具有良好的環(huán)保效益。

6 結(jié)語

該項(xiàng)目通過提高機(jī)組的背壓，擴(kuò)大了機(jī)組的供熱能力、增加了供熱收益。在不增加機(jī)組發(fā)電容量的前提下，減少了機(jī)組的冷源損失，降低了供電煤耗，增大了供熱面積，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平，直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益明顯。具有良好的節(jié)能減排效益，值得推廣借鑒。

[1] 郭強(qiáng)，孫苗青，張龍英，等.回收乏汽余熱的高背壓供熱方式性能分析[J].電力科學(xué)與工程，2016,32(04):94-96.

[2] 王雪峰，張學(xué)鐳，盧家勇，等. 回收乏汽余熱的吸收式熱泵性能及對(duì)機(jī)組調(diào)峰性能的影響[J].電力建設(shè)，2016，37(04)：138-144.

Research and application of high back pressure heating technology for 200MW unit

ZHOU Guo-qing

(Datang Changchun Second Thermal Power Co., Ltd., Changchun 130000, China)

Through the research on the transformation of domestic low-pressure cylinder, condenser and related thermal system of domestic 200MW unit, the heating capacity and energy saving and consumption reduction of the unit are further improved, so as to reduce the pollutants during combustion in urban heating and small-scale industrial boilers.

Energy saving and emission reduction; Heating capacity; Transform

TK11.5

： A

： 1674-8646(2017)16-0044-02

2017-05-25

周國清(1967-)，男，工程師。