三缸三排汽200 MW純凝汽輪機組背壓改造后對機組運行的影響分析及應對措施

董鳳亮

（華電能源股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

三缸三排汽200 MW純凝汽輪機組背壓改造后對機組運行的影響分析及應對措施

董鳳亮

（華電能源股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

對于三北地區，特別是東北等高寒地區，“以熱定電”現象很大程度上決定了供熱機組在冬季運行的機組出力。如何在有限的機組容量下實現供熱量最大化是華電富拉爾基電廠所面臨的一個問題，對汽輪機進行背壓改造很好地解決了上述問題。本文就三缸三排汽200 M W純凝汽輪機組背壓改造后對機組運行的影響分析及應對措施展開討論。

汽輪機；機組影響；背壓改造

現階段，節能減排是火力發電機組發展的主要方向，如何實現環保和節能雙重效益，是本文研究的目標。以下對華電能源股份有限公司富拉爾基發電廠200 MW汽輪發電機組高背壓供熱改造項目進行研究，分析200 MW汽輪發電機組供熱期高背壓供熱改造項目，有利于提高機組熱效率，能夠大幅度降低汽輪發電機組的能耗水平，給企業帶來可觀的經濟效益，也可有效地解決城鎮日益擴大的熱網需求。

1 項目簡介

華電能源股份有限公司富拉爾基發電廠位于富拉爾基區新電街1號，距富拉爾基城區中心8.5 k m，總裝機容量1200 MW，分為二期建設，一期3臺200 MW機組，二期擴建3臺200 MW機組，共6臺200 MW凝汽式機組。汽輪機均為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司20世紀80年代產品，汽輪機為沖動式三缸三排汽凝汽式汽輪機，分別于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投產發電。

汽輪機采用高背壓供熱改造技術，減少了循環水帶走的冷端損失，擴大熱網供熱能力，降低機組運行熱耗，實現電廠節能減排、節約用水的目標。符合國家“節能減排”、降低環境污染和創造經濟效益的原則。

2 背壓改造的必要性

隨著我國環境問題日益嚴峻，發電裝機結構調整，特別是《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》要求，“到2020年，現役燃煤發電機組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時”。富發電廠要想求生存求發展必須進行熱電聯產改造。齊齊哈爾中心城區南部供熱分區，目前沒有大型集中供熱熱源。截止到2015年底，本供熱區域內現有供熱面積1400萬平方米，現有區域鍋爐房10座，鍋爐32臺，供熱面積835.5萬平方米；現有分散小鍋爐房75座，鍋爐98臺，供熱面積564.5萬平方米。由于現有分散采暖鍋爐不能滿足環保要求，能效低，制約著城市的發展，因此，齊齊哈爾市政府決定全部拆除現有分散采暖鍋爐，建設大型集中供熱熱源，實現大型集中供熱，不僅能給齊齊哈爾市區提供穩定、可靠、高品質的熱源，而且能有效節約能源，減少城市污染，對改善居民生活環境，方便居民日常生活，合理利用城區有效空間等，都具有積極的意義，其經濟效益、環境效益和社會效益均十分顯著。

3 背壓改造技術方案論證

鍋爐來的新蒸汽通過兩個高壓主汽閥，四個高壓調節閥(一個主汽閥和兩個調節閥組成一體)進入高壓汽缸，蒸汽經高壓通流部分做功后，通過高壓缸排汽口排出高壓缸，進入中間再熱器后，再通過兩個中壓主汽閥、四個中壓調節閥進入中壓缸，中壓缸排一部分進入1#低壓缸，另外一部分經中低壓連通管排入2#、3#低壓缸。汽輪機采用噴嘴調節，負荷變化時主要靠高壓調節汽閥進行調節。當負荷低于額定負荷的35%時，中壓調節汽閥才起作用。高、中壓主汽閥及調節閥均采用單閥座，帶有預啟閥結構。

3.1 汽輪機改造原則

汽輪機供熱改造遵循以下原則。

（1）汽輪機組現有的高、中通流不變。

（2）汽輪機進汽參數不變。

（3）汽輪機高、中、低壓缸安裝尺寸及對外接口尺寸不變。

（4）汽輪機中壓主汽門、調門不動，前、中、后軸承座與基礎接口不變，轉子與發電機及主油泵的聯接方式不變，與盤車裝置連接方式及位置不變。

（5）汽輪機組的基礎不動，對基礎負荷基本無影響，機組的軸向推力滿足設計要求。

3.2 汽輪機改造方案分析

（1）采暖期運行。①取消1#、2#、3#低壓缸3×5級通流，去掉低壓全部隔板和純凝低壓轉子。②新設計中轉子取消原低壓部分的5級葉輪葉片，采用等徑配重套筒替代原有5級葉輪。取消1#低壓缸中的隔板套及隔板，新設計三級密封堵板，防止中壓排汽進入1#低壓排汽缸。2#、3#低壓缸重新設計一根低壓光軸轉子，只起到將中壓轉子和發電機轉子連接傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉子的互換，新中壓轉子、新低壓光軸轉子仍采用套裝結構，其重量、揚度和臨界轉速與原轉子基本相同。新設計中壓轉子及低壓光軸轉子前后軸徑仍采用原機組軸徑尺寸，在轉子互換時，無需更換原中壓和低壓支持軸承。③機組在供熱運行期間，在2#、3#低壓缸隔板槽內安裝新設計隔板槽保護部套，以防止低壓隔板槽在供熱運行時變形、銹蝕。④機組以熱定電方式運行，需對調節系統改造，使機組具備供汽壓力調節功能。⑤改造供熱運行后，機組最大供汽量可達512.9 t/h，供汽壓力為0.245 MP a。

（2）非采暖期運行。機組在非供熱期（夏季）要恢復純凝汽工況運行，在冬季供熱期應將換下的原中壓轉子、原低壓轉子、低壓隔板等設備部件進行維護保養，便于夏季重新安裝后直接恢復純凝汽運行，為此要向電廠提供專用的轉子及隔板支架。夏季純凝汽運行時，同樣應保養好換下的供熱中壓轉子、低壓光軸轉子等設備。

4 技術改造技術措施及影響

4.1 對汽輪機軸系標高的影響

低壓缸真空度、凝汽器重量及后汽缸溫升都會對機組運行時軸系標高產生影響。

對低壓缸運行標高產生最大影響的就是低壓排汽缸溫升產生的熱膨脹變形量，原機組純凝工況排汽溫度為33.4度，高背壓運行時，低壓缸不再作功，沒有蒸汽流入，#1低壓缸的溫升主要由于堵板熱傳導產生，2#、3#低壓缸溫升主要由于轉子鼓風造成，通過凝汽器在供熱時投運以及#1低壓缸持續噴水降低低壓缸溫度，1#、2#、3#低壓缸溫度一般不會超過65度，溫升為31.6℃，此時低壓轉子運行標高抬升約為0.32 mm，原機組設計低壓缸排汽溫度在80℃以下機組基本安全。檢查機組排汽溫度在65度時的相關運行記錄，如轉子振動情況良好，在供熱期可維持原機組軸系標高運行，不進行處理。如振動情況不好，可減小4#、5#軸承下的墊片厚度，減小量約為0.15 mm。從數值反應轉子瓢偏情況應該不是很嚴重。新光軸轉子及中壓轉子安裝時需仔細檢查轉子張口情況。按現有情況看，新轉子安裝后，軸瓦振動基本不會發生大的變化。

4.2 汽輪機脹差影響的措施

高中壓缸各級流量基本不變，各級溫度、焓降基本不變，高中壓缸轉子和汽缸膨脹量基本不會發生變化。低壓缸在冬季高背壓供熱工況運行時停止運行增加1#低壓部分脹差變化，經核算，運行狀態下，低壓轉子與低壓缸的溫升較低35～45℃，正常運行工況下，低壓轉子及汽缸的絕對膨脹量都不大，差脹±0.7 mm。原設計軸封間隙能滿足運行要求。

4.3 軸向推力影響的措施

機組抽汽供熱運行時，1#、2#、3#低壓缸都不再運行。機組2#、3#低壓缸為對稱結構，取消運行對機組軸向推力沒有影響。1#低壓缸取消運行，機組的正向推力減小。為了平衡取消1#低壓缸減小的正向推力，對中壓缸前汽封改造來增大正向推力。將機組的中壓缸調端軸封直徑減小，即可增加正向推力，使得機組軸向推力供熱運行期間與純凝運行期間基本相同，完全滿足機組安全運行需要。目前2#汽輪機運行數據顯示，發電機功率196 MW工況，推力瓦平均瓦溫62.3度，最高77度，機組改造后原有推力軸承應能滿足運行要求。

4.4 控制系統措施

改背壓運行后，需對原控制系統進行相應改造。排汽管道上安裝有壓力調節閥，控制系統可根據排汽壓力的變化調整壓力調節閥的開度，使排汽壓力穩定保持在設計范圍內。如果汽輪機以熱定電方式運行，調節系統改造后，可通過控制主汽調節閥開度增加或減少機組進汽量，來完成排汽壓力調節功能。

4.5 對中壓缸隔板、葉片強度的影響

原機組額定純凝汽工況下，中低壓缸分缸壓力為0.23 MP a，改造后中壓缸排汽壓力為0.22～0.245 MP a，排汽壓力通過供汽管道上調節閥來調整，使末級壓差壓力范圍始終保持在不大于原純凝汽運行時的最大壓差，從而保證中壓末級的安全。

5 結語

高背壓供熱改造后，機組采用雙轉子互換形式，非供熱期仍采用原機組轉子，低壓缸以純凝形式運行；供熱期低壓轉子采用新中壓轉子及低壓光軸轉子，只起連接作用，1#、2#、3#低壓部分并不作功發電，中壓排汽全部用于供熱，充分利用汽輪機排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，同時降低機組運行煤耗，機組供電煤耗為160 k g/k W·h，實現電廠節能減排、節約用水、創造經濟效益的目標。

[1]哈爾濱汽輪機廠N2 0 0-130/535/535汽輪機運行規程．

[2]李子芳．135 MW等級汽輪機的改進研究—以雙背壓轉子互換循環水供熱技術為例.技術研發，2014．11:44～45．

F 426.61

：A

：1671-0711（2017）12（下）-0042-02