凝汽式汽輪機改造為背壓式汽輪機的方法及其節能效益

馬海珊

（浙江拓峰科技有限公司，浙江 杭州 310012）

1 概述

就目前的實際情況來看，國內很多企業自備電站和中小型電站所配備的抽凝式汽輪發電機組都因為各種主客觀因素的影響而長期處于閑置狀態，這些因素既包括煤、電價格矛盾突出，企業因生產經營活動處于虧損狀態而不得不做出的選擇、熱要求參數與抽汽參數匹配度不足，無法滿足熱需求而導致的長期閑置，也包括因為凝汽發電部分比例過大、熱效率無法滿足政策要求而導致的政策性停運。例如，某熱電有限責任公司的兩臺抽凝機組，就因為煤電比例失衡，燃煤成本高于發電效益而不得不將其停運，并通過減溫減壓對外供熱來彌補自身的經濟損失。為了最大程度降低企業的經濟損失，發揮這些閑置機組在滿足供熱需求方面的積極作用，公司將其改造成為背壓式汽輪機，并在實際工作中獲得了滿意的效果。

2 實際案例

受某熱電有限公司的委托，筆者所在單位對該公司的一臺C15-4.9／0.981型抽凝機組進行改造，目標是將其改造成為僅供補水用的低背壓、小排汽抽背式汽輪機。在對改造工作進行可行性研究的基礎上，工作人員進行了改造方案的論證和設備結構的設計，并完成了對于氣動熱力的計算，最終在保留噴嘴數目和級數的基礎上明確了改后的結構形式，并對方案進行了具體的實施。設備改造結束并投入運營數月后，證明了改造工作的可行性。由于在改造中，去掉了原有的循環水系統和冷凝器，所以減少了循環水泵和冷源方面的能量損失，使機組的熱效率和熱電比都得到了明顯提升，真正滿足了“以熱定電”的要求。與改造前的抽凝式汽輪機相比，改造后的設備在滿足相同供熱需求的同時，獲得了更好的節能效益，有效的響應了國家有關節能減排的號召。

3 改造工作的實施

3.1 確保改造工作的科學與合理性

原有設備的尺寸和結構設計是根據抽凝式汽輪機的使用需求進行的，所以與改造后的使用需求之間存在著的很大的差異。原有設備的排汽壓力為0.005828MPa，容積流量約為1.3×106m3·h-1，處于高度真空的狀態，末級對通流面積的要求較高，所以葉片相對較長。在改造成低背壓（＜0.02MPa）、小排汽量（＜10t·h-1）抽背式汽輪機后，末級排汽的容積流量降低為原來的1/20，約為0.065×106m3·h-1，所以對于排汽管道尺寸、末級通流面積的要求都大幅減小。另外，原機組的焓降理想值為12222kJ/kg，由12級構成，級數相對較多。改造后，焓降理想值降低約60%，為750kJ/kg。各級理想焓降按照最佳速比原則配置，對于級數的需求大幅降低，因此要將后面的若干級數去除。

改造后，汽輪機的背壓和排汽溫度都會增加，后汽缸溫度會因此上升，若采用后汽缸和后軸承座一體結構，就必然會導致后軸承因上揚而出現振動，降低機組的安全運行系數。為了對這一問題進行解決，工作人員在去掉末級葉輪車后將其改為軸套，并在被摘除隔板的位置加設了專門設計的帶軸封裝置的隔熱擋板，確保后汽缸始終處于合理的工作溫度。

若對外供汽的壓力＜0.5MPa，可將其改造為背壓式汽輪機，對外供熱由排汽直接進行；若對外供汽壓力和溫度相對較高，對外供熱則需由原抽汽口進行，在保留其后若干級的基礎上，將壓力通過少量的蒸汽控制在＜0.2MPa的水平，以發揮降溫的作用。利用原有的低加抽汽口能夠將排汽直接輸入低壓加熱器當中，以發揮其作為加熱補水的作用，滿足機組的自身需求。

在本次工作中，所采用的改造方案為：根據原有的結構尺寸和當前的實際需求，重新進行了相應的計算與設計。首先，通過計算對汽輪機在改造后所需級數、抽汽口位置進行確定。其次，按照設計及相關參數，對整體焓降進行確定，再重新分配所保留各級的焓降，使各級速比盡量處于最佳范圍內。第三，逐級進行更加全面的計算。最后，在滿足各級冷卻流量的前提下，對不同的方案進行比較分析，確定保留各級的噴嘴數和通流面積，并對多余噴嘴進行處理。

3.2 改造工作的具體實施

3.2.1 本體改造

隔熱擋板采用了隔板的形式，水平中分為上下兩部分，接合面即為中分面，加工制作仍按照原有的配合尺寸與隔板位置進行。由于改造后，背壓和漏汽量都會提高，所以對于汽封軸的尺寸要求也大幅增加，為此，工作人員設置了五道梳尺汽封，并在擋板加強筋的兩側位置留置了疏水孔，以便凝結水能夠在啟動時被排出。除末級外，拆除級均進行了葉根和葉輪的保留，以防止出現槽道沖蝕的現象。去除噴嘴的位置依據上下缸的溫度均勻性來決定，轉子在改造后重新進行了動平衡。

3.2.2 系統改造

系統的改造主要是在原有抽凝系統的設計和布局上進行，所以改造的時間大幅縮短，改造費用也隨之降低，有利于改造結束后的運行操作。例如，對外供熱仍沿用原有的一段抽汽，同時在保留二、三段抽汽的基礎上加設聯通閥。排氣口選擇為原有的三段抽汽口，對除氧器和低壓加熱器進行補水的加熱。若去除氧器的抽汽壓力在低負荷工況時有所不足，則可將聯通閥關閉，以原有的二段抽汽滿足除氧器的用汽供應。改造結束后，原凝汽器中的噴水裝置仍發揮對系統進行補水的作用，同時負責原機組均壓箱改道后往凝汽器中輸入蒸汽和隔熱擋板汽封漏入蒸汽的凝結任務。凝結水會通過水泵被先后輸往低壓加熱器和除氧器，最終被加熱到104℃。改造結束后，機組原有的兩臺27kW射水抽汽器水泵和三臺280kW循環水泵被停用。

4 效益分析

改造結束后，機組獲得了很好的節能效果與效益，經測算，熱效率、熱電比、煤耗、經濟效益等指標均得到了有效提升。

4.1 熱效率

在機組改造前后，均在65t·h-1的條件下對外供熱，改造前后的熱效率分別為55.8%和79.5%，熱效率提升了23.7%，使能量的利用更加合理。

4.2 熱電比

在機組改造前后，均在65t·h-1的條件下對外供熱，改造前后的熱電比分別為5.42和13.55，提升近250%，這主要是因為凝汽發電部分被去除的原因。

4.3 煤耗

在機組改造前后，均通過熱值平均為20935kJ/kg的原煤對發電的煤消耗量進行計算，改造前后的煤耗分別為553.6g（kW·h）-1和 166.2 g（kW·h）-1，較大機組發電煤耗有了較大幅度的下降。

4.4 經濟效益

按照每年運行7000h，上網電價為0.5元（kW·h）-1、以及煤耗、發電效益進行比較，改造前后的經濟效益分別約為240萬元和1103萬元，經濟收益增多近870萬元。

結語

進行背壓式汽輪機的改造是特定歷史和現實條件下的一種折中之選，并不是節能的發展方向。不過在當前的實際條件下，改造后機組的經濟、節能效益對于某些企業而言的確具有一定的幫助，所以本次改造所獲得的經驗對于解一時之急仍具有一定的指導和借鑒意義。

[1]張玉峰，崔健鋒，等.凝氣或抽凝機改造為背壓機組的方法及效益 [J].化肥工業，2010，(5):46-48,52.

[2]王興平，黃功文.汽輪機凝汽器雙背壓改造的經濟性探討[J].發電設備，2010，(4):241-243.

[3]張玉峰，管立君，等.中小型凝汽式或抽凝式汽輪機改造成背壓式汽輪機的一種新方法[J].節能技術，2008，(3):167-173.