小型凝汽式电厂供热改造的探讨

作者：青岛海辰新技术研究所 汪玉林

欢迎访问e展厅 展厅 1 发电站设备展厅 电力锅炉, 汽轮机, 水轮机, 燃气轮机, 核电设备... 摘 要 探讨了凝汽式电厂改造为热电联产电厂的四种方法：开非调整抽汽口，利用抽汽供热；低真空运行，利用循环水供热；改为抽汽凝汽式汽轮机组，利用抽汽供热；改为背压式汽轮机组，利用排汽供热，并对其进行简要分析。 关键词 凝汽式电厂 供热改造 1 前言 目前，世界上汽轮机初参数已达到超高参数(22.8MPa/600℃)，乃至超临界参数(22.9MPa/600℃)；汽 轮机单抽功率达到800MW，双抽功率达到1300MW。小型凝汽式汽轮机 组技术经济指标差、煤耗高、效率低，逐渐将被停用。按照国家制定的能源政策，实现热电 联产是节约能源、保护环境的有效措施。因此，对于小型凝汽式电厂，将凝汽式汽轮机改为 热电联产机组是求得发展的有效途径。其供热改造的方法大致有四种：开非调整抽汽口利用 抽汽；供热低真空运行利用循环水供热；改为抽汽凝汽式汽轮机利用抽汽供热；改为背压式汽轮机利用排汽供热。 2 开非调整抽汽口利用抽汽供热 凝汽式汽轮机开非调整抽汽口是凝汽式机组供热改造的最简单方式，国内已有许多凝汽式电厂进行了改造，效果非常显著。 2.1抽汽口位置、形状和尺寸的确定 非调整抽汽口的位置、形状和尺寸的确定，要根据抽汽参数、抽汽量来决定。限于凝汽式汽 轮机结构布置和轴向尺寸的限制，一般非调整抽汽口均开在前缸复速级后，多在前缸下部开孔，也可在上部开孔。为减少孔口在圆周方向上的长度，开孔多为椭圆形。其开孔尺寸根据抽汽参数、抽汽量和蒸汽流速计算确定。计算公式如下： 式中F：开孔面积，m2；G：抽汽量，kg/h;V：抽汽比容， m3/h;C：抽汽蒸汽流速，m/s;μ：阻力系数，一般取0.95。 抽汽口蒸汽流速不宜选取太高，通常应保持在30～40m/s。抽汽口应采取对称布置，以 便使汽流在汽缸内对称流动。由于非调整抽汽的蒸汽压力随总进汽量变化而变化，因此非调整抽汽要求比较稳定的抽汽量并与额定进汽量相适应。当抽汽量大于额定进汽量的25%时，为保证所要求的抽汽参数，应考虑对抽汽口后压力级的隔板堵塞一定数量的喷嘴，而这样就会影响到机组的发电功率。 2.2汽缸开非调整抽汽口强度校核计算 汽缸开非调整抽汽口通过热力计算确定后，应进行汽缸强度校核计算。在椭圆孔两端的轴向应力最大，因此其最大应力应小于汽缸材料的许用应力值。当轴向应力大于许用应力时，应改变开口形状，以降低应力值。 2.3开孔工艺 汽缸在开非调整抽汽口之前，应用超声波探伤仪对汽缸开孔处进行探伤，检查在开孔部位是否有裂纹或缺陷。如果发现裂纹或缺陷，应予消除或改变开孔位置。为避免在汽缸上加热而引起汽缸变形，汽缸开孔通常不采用气割，而是采用机械钻孔，然后修磨的方法。汽缸开孔完成后，即焊接抽汽口接管。接管材料应与汽缸材料一致，焊接工艺与焊条选择，应保证焊接质量，避免汽缸变形。因此，焊接抽汽接管时，要将汽缸预热，局部预热到250～300℃，并注意跟踪回火，保证汽缸不产生永久变形。 2.4确定抽汽管路的合理布置 抽汽管路的布置，应与基础、主蒸汽管路、高压加热器管路和汽封管路间留有工作距离 ，以便于抽汽口管路的焊接。同时，抽汽口下部的联络总管要有导向支架，允许前后、左右 方向膨胀，避免汽缸及与之相连的抽汽管上因受热膨胀而引起的偏向应力。联络总管安装时 要有一定的坡度，以便疏水。 2.5开非调整抽汽口达到的主要技术指标 根据目前已开非调整抽汽口机组的运行实践，开抽汽口后应能达到的技术经济指标见表1。 3 低真空运行利用循环水供热 凝汽式汽轮机低真空运行，利用循环水供热，六十年代在前苏联已经运行，背压可提高到0.059～0.078MPa，冷却水出口的温度可达80～90℃。直接用循环水供热，减少了冷源损失，显著提高了凝汽式电厂的经济性。七十年代以来，阜新发电厂、哈尔滨热电厂相继 对25MW机组进行了低真空运行，真空降到0.04MPa。长春第一汽车厂动力分厂 、长春发电厂也对3112型12MW机组进行低真空运行，真空降到0.043MPa，冷却 水出口水温达到80℃。有的电厂在12MW机组低真空运行，排汽压力为0.02～0.03MPa，冷却水出口温度48～50℃，一台机组每 小时可供热11.96GJ，供暖面积52万平方米，发电煤耗为378g/kWh，比纯凝工况运行煤耗降低40％以上。 凝汽式汽轮机低真空运行时，一方面由于减少冷源损失，另一方面由于提高背压运行，改变了汽轮机热力工况，使汽轮机长期在变工况下运行，对汽轮机的功率、效率、推力等都产生影响。随着真空的降低，功率下降，轴向推力增大，排汽温 度升高，汽轮机辅机运行工况也都发生变化。 3.1 低真空运行对功率的影响 凝汽式汽轮机组功率同蒸汽流量和理想焓降成正比。即，Ni = 式中：Ni：发电机功率，MW；G0：汽轮机进汽流量，t/h;HO：理想焓降，kJ/kg; ηi：汽轮机内效率；ηj：机械效率，一般取0.98；ηd：发电机效率，一般取0.99。 低真空运行时，由于真空降低，背压升高使理想焓降减少。在进汽量和效率不变的情况下，将使发电机功率降低。低真空运行是汽轮机运行的变工况，对冲动式汽轮机而言，真空降低将引起中间各级的级前压力提高。对于复速级由于级后压力提高，使该级焓降减少， 相对内效率下降，功率下降显著；对于中间各级，由于级前、级后压力变化均改变，而 压比、焓降变化不大，因而相对内效率变化不大，功率变化不大；对于末级和次末级，由于 真空降低使焓降大幅降低，甚至变为负值，以致造成蒸汽流速急剧降低，蒸汽不但不做功， 反而对转子旋转产生阻尼作用，使发电机功率降低。另外，由于低真空运行时，蒸汽没有充分膨胀，相对内效率也相应减少，从而使功率下降。 3.2 低真空运行对轴向推力的影响 汽轮机转子的轴向推力是由动叶前后的压差和蒸汽在动叶内动量变化产生的推力；叶轮轮盘前后压差作用产生的推力以及静推力几部分组成。当汽轮机低真空运行时，这些推力将受到影响。对于冲动式汽轮机，轴向推力随背压的增加而增大。根据长春第一汽车厂动力分厂对3112型汽轮机轴向推力计算，当背压P2＝0．055MPa时，机组的轴向推力比纯凝汽工况时的轴向推力大近一倍。为保证机组安全运行，可以采取降低前端汽封压力，增加叶轮平衡孔面积和拆除末级等方法减小轴向推力。但是，从目前已进行低真空运行的机组运行情况看，轴向推力的增加，仍然在机组推力轴承安全运行的范围内，因此对机组可以不必改动，仍能保证安全运行。 3.3 低真空运行对汽缸膨胀的影响 低真空运行时，由于背压提高，排汽温度升高，汽缸膨胀量增大，从而改变了通流部份 的动静间隙。静子以后缸中心为零点向前膨胀，转子以推力轴承为零点向后伸长，但是由于 温度变化不大，动静间隙的变化不致于产生摩擦和振动。就现有机组低真空运行情况来看， 对汽缸膨胀影响不大。 3.4 低真空运行对凝汽器的影响 低真空运行时，凝汽器的膨胀因排汽温度升高增加。膨胀增加过多，可能会造成管束与管板的膨胀接口因膨胀不同而破坏密封性，甚至使汽轮机后轴承升高，从而影响汽轮发电机组对中，以致加大振动值。但是由于凝汽器膨胀量甚小，在已运行的机组中还没有发生上述现象。为解决排汽过热问题，可在凝汽器排汽口加装除盐水喷水装置，以降低排汽温度。低真空运行时，凝汽器变为循环水加热器，要求提高水室承受能力，并且凝汽器由双路双流程改为单路四流程，因此要加固水室盖、增加水室拉杆数量、设计合理的管路布置，以保证 安全运行。为防止循环水在凝汽器内沉积结垢影响传热效果，降低出力，可在循环水系统加 装胶球清洗机。为保证在循环水供热时安全运行，使凝汽器内保持一定的冷却水压，应该加 装管网补水泵，并在凝汽器进水压力表上安装报警器。当出现凝汽器压力下降情况时，报警 器报警，即可向系统补水。 实践证明，凝汽式汽轮机低真空运行时，将会对机组及凝汽器产生一定的影响。但如果排汽压力选取在0.05MPa以下，对汽轮机及其辅机不会有太大影响。在热负荷较大的情况下，为保证热网循环水温度，可在热网系统设置热网加热器，利用抽汽加热热网循环水，这样既保证低真空安全运行，又使热网循环水达到供热温度要求。 3.5 低真空运行的切换 凝汽式机组改为低真空运行时，通常都是在冬季低真空运行，其它季节纯凝工况运 行，就存在两种运行方式的切换问题。低真空运行时，将原有循环水至冷却塔的闭路循 环方式切换为循环水至外网供热运行方式。这种切换有两种方法：一种是冷态切换，即在机 组运行前，机组处于停运状态下，把循环水至冷却塔的闭路循环系统切换为循环水至外网供 热系统。这种切换方法可靠，但必须在停机状态时进行。另一种是热态切换，即在机组 处于运行状态下，把循环水至冷却塔的闭路循环系统切换为循环水至外网供热系统。这种切换方法机组不必停运，经济性好，而且只要操作得当，同样安全可靠。因此，在机组处于运行状态时，不必停机切换。 3.6 低真空运行的经济效果 一般凝汽式电厂的循环热效率只能达到25～35％，而60%以上的热量被冷却水带走，变 为冷源损失。低真空运行时，将凝汽器作为一级加热器，利用排汽的凝结热加热循环水，用循环水代替热网水供暖，从而将排汽凝结热加以利用，使凝汽式电厂的循环热效率大大提高。根据长春发电厂的经验，一台3112型凝汽式机组低真空运行，一个采暖期可节煤1.5万吨。同时，低真空运行循环水供暖，可以取代众多的小锅炉，经济效果十分显著。 4 凝汽式汽轮机改为调整抽汽凝汽式汽轮机 将凝汽式汽轮机组改造为调整抽汽凝汽式汽轮机组，有两种方法：一种是将原有的凝汽式汽轮机组改为调整抽汽凝汽式汽轮机组。原有的凝汽式汽轮机除汽缸、联轴节、辅机及基础保留外 ，汽轮机的配汽系统、调节系统、热力系统和油系统都将改变。这种改造方式费用较高，但较购置新机组仍然能节省费用。另一种是用抽汽凝汽式机组更换原有的凝汽式汽轮机组。这种方法除基础、联轴节需要适当改变外，其余的发电机、辅机均可使用，改造起来相对比较方便，但更换下来的凝汽式汽轮机将难于再利用，而且费用相对较高。由于这种方法改造方便，适用范围广，经济性好，目前多被一些热电企业采用。 5 凝汽式汽轮机改为背压式汽轮机 在热用户需求量比较大的情况下，凝汽式电厂可以将原有的凝汽式汽轮机改为背压式汽轮机 。背压式汽轮机由于利用排汽供热，没有冷源损失，所以热效率高，经济性好。但背压式汽 轮机的特点是以热定电，电负荷随热负荷而变化，因此在热负荷不稳定的情况下，不宜进行 这 种改造。凝汽式汽轮机改为背压式汽轮机，利用排汽供热，根本上改变了汽轮机的热力工况，实际上只是利用凝汽式汽轮机的现有结构，重新进行背压式汽轮机的设计。因此，进行这种改造，必须根据用户的使用要求，重新进行热力计算、结构改造设计、强度计算以及调节系统设计等。改造因机型不同、要求不同，改造方法也不同。 6 结束语 国家计委、国家经委、电力部和建设部联合下发的计交能（1998）220号文件指出，热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电厂的建设是城市改善大气环境质量的有效手段之一，是提高人民生活质量的公益性基础设施。对于小型凝 汽式电厂改造为热电联供电厂已是大势所趋，也是小型凝汽式电厂求得发展的有效途径。小型凝汽式电厂要根据实际情况，因地制宜进行改造，以提高企业经济效益。上面介绍的 四种供热方式，在国内已有成熟经验，并取得显著的经济效益和社会效益，可以作为借鉴。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/10/2004)