200MW機組高背壓供熱改造技術探討

孟繁江

摘要：通過對某熱電廠200MW供熱機組高背壓改造分析，探討高背壓改造技術在200MW供熱機組上的應用。證實改造后不僅增加熱電廠的供熱能力，還達到了節能減排，創造社會效益的目的。

關鍵詞：高背壓改造；供熱能力；效益

0 引言

隨著城市的不斷擴張，供熱需求也不斷增加，原有的熱電廠已經不能滿足城市對供熱的需求，一些小供熱鍋爐應運而生，但由于環保設備的高昂，這些小供熱鍋爐的很多環保參數都不達標，并且存在供熱效果差、熱源損失嚴重等諸多缺點。同時由于受到電網電量的限制，熱電廠的建設受限，所以通過改造增加原有熱電廠的供熱能力就非常迫切，而高背壓供熱改造技術就可以較好的解決這一問題。

1 改造方案

1.1 改造原理

某熱電廠200MW供熱機組原設計是在冬季采暖過程中，利用中排抽汽作為熱網循環水的加熱熱源。原有的設計方式中熱網循環水與凝汽器冷卻水分屬不同的系統，即機組只要運行就必須有冷水塔參與凝汽器的冷卻工作，有一定的冷源損失。

高背壓供熱改造后，在冬季采暖期間，機組高背壓運行，將凝汽器改為供熱系統的熱網基本加熱器，而冷卻水直接用作熱網循環水，充分利用凝汽式機組排汽的汽化潛熱加熱熱網循環水，將冷源損失降低為零，提高機組循環熱效率；同時本機熱網加熱器作為尖峰加熱器對熱網循環水進行二次加熱，將熱網循環水溫度提高到能夠滿足二次網熱網所需的供水溫度，向用戶供熱，此改造方案可實現其供熱能力得到較大的提升。

1.2 改造設備

1.2.1 汽輪機本體

重新設計制作一個低壓轉子，以滿足低壓缸高背壓運行的要求。同時對低壓缸前后軸承的安裝標高進行預調整，并采用比較適合、經濟的對輪連接形式，其對應的隔板、汽封也應改造為能夠滿足新型低壓轉子的要求。新設計加工的轉子能夠滿足機組在供熱期高背壓運行，且能夠保證機組運行的安全性，夏季非采暖期更換為原純凝轉子，兩根互換的轉子兩端的半聯軸器，無論在對中心或兩半聯軸器螺栓孔的精度等方面都要做到完全一致。即：采暖供熱期間使用動靜葉片級數相對減少的低壓轉子，凝汽器在高背壓下運行；非采暖期使用原設計純凝轉子，凝汽器在低背壓運行。

1.2.2 凝汽器

機組改造后，汽輪機維持在高背壓下運行，排汽溫度較高，對凝汽器熱膨脹會發生變化，對低壓缸和軸系的運行安全性有一定影響。因此改造后應設置補償裝置，用來吸收因溫度變化引起凝汽器膨脹量的變化。由于采暖期凝汽器循環冷卻水更換為熱網循環水，凝汽器殼側、水側壓力及換熱溫度提高，對凝汽器強度提出了更高的要求，需根據改造后熱網循環水的參數來核算凝汽器冷卻面積等相關參數，管束需更換為耐壓抗腐蝕性能更強的管材，同時需進行脹板加固，管板加厚，水室、殼體加強等一系列加固或更換措施。

鑒于熱網循環水水質及熱網加熱器實際運行情況，為滿足供暖期機組供熱可靠性，非采暖期安全、經濟運行，加強除垢、防垢、防腐效果，提高換熱效率，在進行凝汽器改造的同時增設USP 超聲波除垢裝置。USP 除垢裝置具有除垢、阻垢、防止氧化腐蝕、提高換熱效率和殺菌滅藻、凈化水質等作用。

1.2.3 凝汽器抽氣系統

原有機組的凝汽器抽真空系統采用水環式真空泵，水環真空泵的性能與所抽吸氣體的狀態（壓力、溫度）和工作液的溫度等有關。同時運行中受到"極限抽吸壓力"的影響，容易在葉輪表面發生局部水錘現象，運行噪音很大且會使葉片產生很大的拉應力，長時間運行易導致葉片的斷裂，威脅機組的安全運行。本次機組高背壓供熱改造后凝汽器排汽溫度達70～80℃，水環式真空泵工作條件更惡劣，故在本次機組改造過程中增設高效節能的多級羅茨變頻泵組，即保證機組高背壓供熱改造后凝汽器抽氣系統正常運行，同時節能。

1.2.4 熱網系統

在熱網回水和高背壓機組凝汽器循環水間增設聯絡管，將熱網循環水先引入高背壓機組凝汽器進行一次加熱，經乏汽一次加熱后再送至熱網加熱器進行二次加熱。

1.2.5 循環冷卻水系統

機組改造后，采暖期間機組循環水泵停用，原有系統的發電機氫冷卻器和冷油器均無冷卻水。為此，增設兩臺冷卻水泵，水源取自本機前池，經發電機氫冷卻器和冷油器的冷卻水回水排至凝汽器出口電動門后管道，進入冷卻塔水池。此方式簡化了冷卻水系統，同時解決了本機前池和水塔水池防凍問題。

1.2.6 低壓缸噴水系統

機組改造后，汽輪機低壓缸排汽溫度升高，相應的凝結水溫度也升高，不再適合作為低壓缸噴水系統的水源，故將其改為除鹽水，對低壓缸進行噴水減溫。

1.2.7 軸封冷卻器系統

機組改造后，排汽壓力升高，凝汽器出水溫度達到70～80℃，遠高于純凝運行的30～40℃。因此采用了換熱面積更大的軸封冷卻器，回收進入軸冷的熱量至凝結水。

1.2.8 低壓加熱器系統

機組高背壓供熱工況下，末級低壓加熱器的進水溫度接近80℃，低加進出口已沒有溫升，回熱抽汽無法正常投入，因此供熱運行時末級低加停運。

2 供熱能力分析

2.1 改造前的供熱能力

因冬季電負荷受限，以160MW負荷為例進行分析，根據汽輪機廠提供的原設計熱平衡圖可以查出160MW負荷時，主汽流量593t/h，采暖抽汽焓值2994.34 kj/kg，飽和水焓值532.53 kj/kg，最大疏水量為350t/h。

根據熱量公式：

可以計算出供熱量為861.6GJ/h，按加熱器效率為0.98，管道效率（含散熱損失）為0.99計算，改造前160MW負荷時，最大供熱量為835.9GJ/h。

2.2 改造后的供熱能力

根據汽輪機廠提供的改造后的熱平衡圖可以查出160MW負荷時，主汽流量593t/h，采暖抽汽焓值2985.4 kj/kg，對應的飽和水焓值532.53kj/kg，最大疏水量為220t/h；低壓缸排汽焓值2636 .5kj/kg，對應的飽和水焓值289.4 kj/kg，低壓缸蒸汽流量為232.96t/h。根據公式（1）可以計算出采暖抽汽供熱量為539.6 GJ/h，低壓缸排汽供熱量為546.8 GJ/h，按加熱器效率為0.98，管道效率（含散熱損失）為0.99計算，改造后160MW負荷時，最大供熱量為1054GJ/h。

通過對比可以看出，在160MW負荷時，高背壓改造后可以增加218GJ/h的熱量。整個供暖期按168天計算，可增加供熱量87.9萬吉焦。按照《城市熱力網設計規范》（CJJ34-2010）中對供熱的要求，長春市供熱區域內建筑綜合熱指標為50W/m2，可增加供熱面積121萬平方米。

機組高背壓供熱改造后，在增加集中供熱能力的同時，可以減少供熱鍋爐的數量，二氧化碳、二氧化硫、煙塵等污染物的排放量也大為減少，具有極大的環保效益、經濟效益和社會效益。

3 結束語

通過對200MW供熱機組的高背壓供熱改造探討，證實此技術是可行的，而且可以明顯提高機組的供熱能力，不僅為供熱企業增加經濟效益，同時還有很好的社會效益，值得大力推廣。

參考文獻

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[2]付振春，王鳳良，張貴強等.長春熱電發展有限公司4號機組高背壓供熱改造工程可行性研究報告.大唐東北電力試驗研究所有限公司，2014.9。