凝汽發(fā)電機組的供熱改造方法研究

與純凝汽式電廠相比，熱電聯(lián)產即提高能源利用率又保護了環(huán)境，是發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排的一項重要手段。將純凝汽式汽輪機組改造為供熱機組是實現(xiàn)熱電聯(lián)產最為快捷和有效的方法。“十一五”期間我國已經關閉、改造了一批能耗高的小型火電機組，隨著節(jié)能減排的逐步深入，“十二五”期間300 MW及以上的亞臨界、超臨界甚至超超臨界的純凝式汽輪機組也逐步面臨供熱改造。為了適應火力發(fā)電廠節(jié)能減排的需要，本文介紹幾種純凝汽輪機組供熱改造的方法，以供相關人員借鑒。

改造基本原則

改造基本原則是在對經濟性影響較小的情況下，應用新技術盡可能保留現(xiàn)有設備，即汽輪發(fā)電機組的基礎不動，各軸承座及軸承跨距保持不變；高中壓外缸及低壓外缸不換，各管道接口位置不變；汽輪機與發(fā)電機連接方式和位置不變；機組主、再熱門及與外缸保持不變；現(xiàn)有進排汽參數(shù)基本不變。

凝汽式機組改造為供熱機組的方法

·降低排汽真空度法

方法：將純凝汽機組或抽凝機組改成低真空運行，使用循環(huán)水供熱。其基本原理是降低凝汽器的真空，提高汽輪機的排汽溫度，將凝汽器的循環(huán)水直接作為采暖用水為熱用戶供熱，從而實現(xiàn)汽輪機低真空循環(huán)水供暖的目的。一般將排汽壓力提高到30～40 kPa，凝汽器真空約從95 kPa降至70kPa，同時將冷卻水量減少，從而使循環(huán)水出口溫度由30～35℃提高到65～70 ℃。循環(huán)水不再去冷卻塔，而是通過熱網(wǎng)泵送到各熱用戶，回水一般為50～55℃。循環(huán)水經過散熱器冷卻后再回到凝汽器吸收乏汽熱量，再送入熱網(wǎng)連續(xù)循環(huán)運行。循環(huán)水供熱實際上用散熱器作為冷卻塔使用。

分析：

對于降低排汽真空度，使用循環(huán)水供熱的方法，利用凝結熱加熱循環(huán)水，使循環(huán)水代替熱網(wǎng)水供熱，可以消除冷源損失，方法簡單易行，投資小，但是降低真空度提高背壓會對機組的功率、安全性和凝汽器產生一定的影響。比如低真空運行時，背壓升高，焓降減少，蒸汽做功能力減少，使發(fā)電功率減少約10％～20％；同時，由于背壓升高排汽溫度升高，凝汽器部件的熱膨脹量增大，可能會造成管束與管板的膨脹接口因膨脹不同而破壞密封性，甚至使汽輪機后軸承升高，從而影響汽輪機發(fā)電機組的對中，以致加大機組振動值。當排汽壓力為50 kPa以下時，對整個設備不會產生太大的影響。在熱負荷較大的情況下，為保證熱網(wǎng)的循環(huán)水溫度，可以在熱網(wǎng)系統(tǒng)設置熱網(wǎng)加熱器，利用抽汽來加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，這樣既保證低真空安全運行，又使熱網(wǎng)循環(huán)水達到供熱溫度要求。凝汽式機組改為低真空運行時，通常都在冬季低真空下運行，而在其它季節(jié)恢復純凝工況運行。該方法是將凝汽器變?yōu)楣岬难h(huán)水加熱器，因此，需要另行設計改造，以滿足強度和換熱的要求。

·改造為背壓式汽輪機

方法：凝汽式汽輪機改造為背壓式汽輪機，利用排汽供熱，從根本上改變了汽輪機的熱力工況，實際上僅僅利用凝汽式汽輪機的現(xiàn)有結構，重新進行熱力計算、結構改造設計、強度計算以及調節(jié)系統(tǒng)設計等。因此這種改造因機型不同、要求不同，改造方法也不相同。

分析：

將原有的凝汽式汽輪機改造為背壓式汽輪機，直接利用排汽供熱，省掉了凝汽器，而且完全沒有冷源損失，與凝汽式汽輪機相比背壓式汽輪機組的能源利用率比抽汽式汽輪機高。但是蒸汽沒有完全膨脹發(fā)電效率低。同時，當熱負荷變化時調整起來不方便，因為背壓式汽輪機的特點是以熱定電，電負荷隨熱負荷的變化而變化，所以該方法只適應于熱負荷比較穩(wěn)定的情況。在熱負荷不穩(wěn)定的情況下，不宜進行這種改造。該方法一般用在避免暫時關停的小機組上。

·汽輪機汽缸上直接開孔法

方法：汽缸上開非調整抽汽口，利用抽汽供熱。由于凝汽式汽輪機結構布置和軸尺寸的限制，非調整抽汽口一般開在前缸復速級后，多在前缸下部開孔。抽汽口采取對稱布置，以便使汽流在汽缸內對稱流動。為了減少孔口在圓周方向上的長度，開孔盡可能為橢圓形，開孑L尺寸根據(jù)抽汽參數(shù)、抽汽量和蒸汽流速計算確定。

分析：

由于非調整抽汽的蒸汽壓力隨總進汽量變化而變化，因此非調整抽汽要求是抽汽量比較穩(wěn)定，并且與額定進汽量相適應。當抽汽量大于額定進汽量的25％時，為保證所要求的抽汽參數(shù)，還必須考慮對抽汽口后壓力級的隔板堵塞一定數(shù)量的噴嘴，當然這樣會影響到機組的發(fā)電功率。抽汽蒸汽流速不宜選取太高，通常保持在30～40 m/s。抽汽量、開孔面積、抽汽流速按照如下公式進行確定：r=cv/c#，其中：F為開孔面積；G為抽汽量；V為抽汽比體積；C為抽汽蒸汽流速； 為阻力系數(shù)(一般取0．95)。凝汽式汽輪機開非調整抽汽口是凝汽式機組供熱改造的最簡單的方式之一。改造方法簡單易行，改造費用低，但僅僅適合在熱負荷穩(wěn)定、用汽量不大、抽汽壓力較高的場合。由于僅僅使用了抽汽供熱，沒有利用凝汽器的排氣廢熱，所以依然存在冷源損失，熱經濟性不高。目前，我國許多凝汽式小機組大都進行這樣的改造，效果較好。成功案例是南京汽輪機廠生產的N12-35-1型汽輪機的開孔抽汽供熱改造。

結論

通過以上純凝機組供熱改造方法的分析可以看出，將純凝機組改造為供熱機組，利用汽輪機打孔抽汽和壓力匹配器聯(lián)合運行的改造方法，簡便易行、適應性較強、投資小、不改動汽機本體、安全可靠，一般半年內即可回收投資。該方法是300 WM及以上機組供熱改造值得借鑒的方法。這是一種大型凝汽式機組改造成供熱機組的新途徑。連通管抽汽供熱改造方法改造難度不大，同時適合抽汽量較大的情況，該方法也是300 WM及以上機組供熱改造值得參考的方法。

（作者單位：長春房地（集團）有限責任公司房屋供暖總公司）