200 MW機組高背壓供熱改造技術研究與應用

周國清

(大唐長春第二熱電有限責任公司，長春 130000)

200 MW機組高背壓供熱改造技術研究與應用

周國清

(大唐長春第二熱電有限責任公司，長春 130000)

通過對國產200 MW機組汽輪機低壓缸、凝汽器及相關熱力系統改造的研究，進一步提高了機組的供熱能力及節能降耗，達到減少市區采暖、生活用小型工業鍋爐及少數居民爐灶在燃燒過程中排放污染物的目的。

節能減排；供熱能力；改造

1 研究背景及意義

高背壓供熱即低溫循環水供熱，通過降低凝汽器的真空度，提高排汽壓力和溫度，以提高通過凝汽器的循環水溫度，達到直接供熱或經過尖峰二次加熱后供熱的目的。由于這種方式在不增加機組規模的前提下回收冷源損失，增加了供熱量及供熱面積，大大地增加了電廠的效益。

2015年長春市區采暖供熱總面積為1.85億m2。其中，熱電聯產供熱0.76億m2，區域鍋爐房供熱0.92億m2，分散鍋爐房供熱0.12億m2，其他供熱560萬m2。長春二熱是長春市的重要供熱單位，公司所供基本采暖供熱面積3 400萬m2，平峰供熱面積1 050萬m2。預計近5年公司所帶熱網覆蓋范圍內，市中心區有800萬m2采暖熱源缺口，經開區有1 000萬m2熱源缺口。熱力市場呈現嚴重的供不應求局面。

經前期調研、國內同類機組考察，比對1～6號機組運行方式與運行工況，確定“200 MW機組高背壓供熱改造技術研究與應用”項目，依托長春二熱4號機組進行實施。自2015年11月27日簽訂4號機組高背壓本體改造及凝汽器改造合同起，于2016年10月25日順利完工。改造范圍包括汽輪機本體、凝汽器和熱網系統。配套改造設備和系統包括循環冷卻水系統、真空系統、低壓缸噴水系統、熱網加熱器，等等。

2 主要科學技術內容

2.1 汽輪機本體部分改造

重新設計加工一根低壓轉子，以滿足低壓缸高背壓運行的要求。實現夏季與采暖期的純凝轉子與高背壓轉子的互換。

圖1 高背壓機低壓轉子Fig.1 High back pressure machine low pressure rotor

2.2 汽輪機凝汽器的改造

機組改造后，汽輪機維持在高背壓下運行，排汽溫度相應提高，因此，凝汽器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。凝汽器管板、水室、殼體及管束的布置型式相應改變。

2.3 熱網系統改造

熱網回水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。

2.4 其他系統改造

循環冷卻水系統改造。增設兩臺冷卻水泵，滿足采暖期循環水泵停用后機組其他設備冷卻的需求。

凝汽器噴水減溫水改造。改造后凝結水溫度升高，凝結水不再適合作為低壓缸噴水系統的水源。將凝汽器除鹽水補水管路與機組低壓缸噴水管路聯接，在利用機組現有低壓缸噴水電磁閥的前提下，兩路水源進行切換。

為提高換熱效果，將原有機組2臺換熱面積1 800 m2的波節管表面式換熱器更換為2臺2 000 m2的光管表面式換熱器。

增設羅茨泵抽氣裝置，改造后的低壓缸排汽溫度上升到70℃～80℃。

凝汽器增設超聲波阻垢裝置，解決了凝汽器熱網水流速低、熱網水質差、凝汽器排汽溫度高、換熱管易產生結垢的缺陷。

3 項目技術的創新點

3.1 改進了軸系加工工藝

在改造工程中，為解決供熱期與非供熱期所使用的不同低壓轉子，保證兩根低壓轉子在更換時聯軸器銷孔的一致性，多數電廠聯軸器螺栓改造成液壓螺栓，采用錐套和錐形螺栓配合使用，通過二次拉伸，滿足安裝精度和緊力的不同要求及聯軸器銷孔和螺栓的間隙要求。因其結構的特殊性，在實現周向精確定位時，聯軸器絞孔無法保證孔內的精準錐度和橢圓度，液壓螺栓緊固的同時，其轉子晃動造成偏差，其螺栓緊固順序、調整周期受限，并為機組投運后軸系振動帶來安全隱患。此次長春二熱高背壓改造低壓缸雙轉子互換，在充分研討國內300 MW及以下機組改造實例過程中，決定低壓缸雙轉子更換聯軸器采用剛性螺栓，首先采用專用鏜孔機對低發轉子聯軸器銷孔進行鏜孔，并配制間隙保證在0.01～0.03 mm的銷子，絞孔完成后，將原有低壓轉子和中壓轉子返廠，利用制造廠精密數控機床，按照低壓轉子發電機側聯軸器銷孔，在原轉子軸端車制對輪模具裝配槽，在環境溫度達到金屬膨脹的條件下，裝配對輪模具，再配制新低壓轉子發電機側聯軸器及銷孔，完成轉子互換的前期準備。轉子加工完成后赴現場回裝，在軸系中心調整后，短時間內完成中低、低發聯軸器連接，晃動度均小于0.03 mm，機組運行各軸瓦軸振均小于76 um，可安全穩定運行。

原機組純凝工況下凝汽器抽氣裝置為水環真空泵，在高背壓供熱改造后，低壓缸排汽溫度達到70℃～80℃，抽汽凝結成水后溫度升高，在水環式真空泵中心高負壓區，部分水蒸發為蒸汽，真空泵分離器的工作效果下降，因真空泵抽的乏汽和不凝結氣體的熱量無法釋放，導致抽真空的能力下降，形成低壓缸排汽段鼓風，影響高背壓改造后機組的穩定運行。設計增加具有較高抽氣速率羅茨泵抽氣裝置，達到容積效率高、溫升低、振動小的目的，且不受排汽溫度的影響，能安全、穩定地運行；另一方面，單臺羅茨泵抽氣裝置配置2臺18.5 KW電動機，取代原有水環式真空泵110 KW電動機，單機能耗大幅度降低。

機組高背壓供熱改造后，凝汽器冷卻水更換為熱網循環水，流量為8 000 t/h，凝汽器換熱管流速為1.1 m/s(設計流速為1.9 m/s)。因凝汽器熱網水流速低、熱網水質差、凝汽器排汽溫度高，機組高背壓供熱改造后，機組運行凝汽器換熱管易結垢，影響機組高背壓供熱改造后的安全、穩定運行。國內機組凝汽器管束清洗措施通常選用機械清洗和化學清洗，機械清洗采用高壓水噴射，需停運后人工完成，對管束表面易造成損傷；化學清洗對緩蝕劑、清洗主劑配比及清洗速率要求較高，排放處理后清洗液易造成環境污染。此次機組高背壓改造后，凝汽器采用除垢、阻垢、防氧化腐蝕、凈化水質、環保節能為一體的USP系列超聲波除垢裝置，超聲波的聲波作用于液體，超聲波的振動使金屬、水垢、水隨之震動，由于三者的頻率不同，振動不同步，形成垢層與管壁界面上的相對剪切力，破壞了水垢和金屬之間的結合，導致垢層疲勞而松脫，彌補了換熱管束機械清洗和化學清洗的缺點，保證機組高背壓改造后凝汽器換熱效果和機組的穩定運行。

4 與同類技術的綜合比較

利用汽輪機乏汽余熱供熱的技術有溴化鋰吸收式熱泵供熱和高背壓供熱。高背壓供熱與溴化鋰吸收式熱泵供熱技術比較，其供熱的能耗小于吸收式熱泵供熱能耗，高背壓供熱改造投資比熱泵低，設備占地面積少，后期的溴化鋰溶液維保費用較高；高背壓供熱更適用于長春二熱對外供熱負荷要求大的條件，尤其適合于在采暖期內，其余熱能全部或大部分被吸收的情況。

5 效益分析

高背壓供熱后，利用凝汽式機組排汽的汽化潛熱將熱網循環水從48℃加熱至64℃左右，實現改造后機組的冷源損失為零。每個供熱期節約標準煤為3.85萬t，直接增加經濟效益2 000余萬元；節水效益22萬元；節電效益18萬元。另外，每年減少排放的二氧化碳為10.1萬t，二氧化硫932.77 t，氮氧化物272.05 t，煙塵77.7 t，具有良好的環保效益。

6 結語

該項目通過提高機組的背壓，擴大了機組的供熱能力、增加了供熱收益。在不增加機組發電容量的前提下，減少了機組的冷源損失，降低了供電煤耗，增大了供熱面積，達到了國內先進技術水平，直接經濟效益和間接經濟效益明顯。具有良好的節能減排效益，值得推廣借鑒。

[1] 郭強，孫苗青，張龍英，等.回收乏汽余熱的高背壓供熱方式性能分析[J].電力科學與工程，2016,32(04):94-96.

[2] 王雪峰，張學鐳，盧家勇，等. 回收乏汽余熱的吸收式熱泵性能及對機組調峰性能的影響[J].電力建設，2016，37(04)：138-144.

Research and application of high back pressure heating technology for 200MW unit

ZHOU Guo-qing

(Datang Changchun Second Thermal Power Co., Ltd., Changchun 130000, China)

Through the research on the transformation of domestic low-pressure cylinder, condenser and related thermal system of domestic 200MW unit, the heating capacity and energy saving and consumption reduction of the unit are further improved, so as to reduce the pollutants during combustion in urban heating and small-scale industrial boilers.

Energy saving and emission reduction; Heating capacity; Transform

TK11.5

： A

： 1674-8646(2017)16-0044-02

2017-05-25

周國清(1967-)，男，工程師。