某小型電廠抽凝機(jī)改背壓機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及對(duì)策

李鯤

（湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，武漢430040）

0 引 言

湖北某公司自備熱電廠現(xiàn)有2×25 MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組于2011年投入運(yùn)行，全廠機(jī)爐配置為三爐兩機(jī)，母管制系統(tǒng)。該熱電廠為自備電廠，主要為化工生產(chǎn)提供電力負(fù)荷和工業(yè)熱負(fù)荷。汽輪機(jī)入口高壓主汽門前主蒸汽額定壓力為8.83 MPa，額定溫度為535 ℃，額定進(jìn)汽量為168 t/h，額定排汽壓力為4.9 kPa，工業(yè)抽汽額定壓力為1.27 MPa，額定抽汽量為80 t/h，汽輪機(jī)乏汽采用機(jī)力通風(fēng)冷卻塔供循環(huán)水冷卻。

在國(guó)內(nèi)電廠裝機(jī)向大機(jī)組、高參數(shù)、高效率、低排放發(fā)展的背景下，小型凝汽式機(jī)組凸顯出煤耗高、熱效率低的缺點(diǎn)[1-4]。作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程產(chǎn)物，這些小型燃煤抽凝機(jī)組正處于一種尷尬的境地，而對(duì)它們進(jìn)行技術(shù)改造，提高機(jī)組熱效率，則成了必然選擇。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，提升全廠熱效率，該公司決定將2#抽凝式汽輪機(jī)改造成背壓式汽輪機(jī)，同時(shí)改造機(jī)組改型涉及的公用系統(tǒng)。

1 改造原則

1.1 總體原則

在確保抽凝機(jī)改背壓機(jī)后能安全正常運(yùn)行的前提下，對(duì)鍋爐、發(fā)電機(jī)原則上不做改動(dòng)，原汽機(jī)基礎(chǔ)可保留，僅做局部改造和加固，汽機(jī)房建筑面積不增加。盡量利用現(xiàn)有抽凝機(jī)組輔機(jī)，熱力系統(tǒng)改造需滿足背壓機(jī)運(yùn)行要求，并盡可能縮短改造周期和減少投資。

原2#抽凝機(jī)本體及凝汽式機(jī)組專有系統(tǒng)拆除，新背壓式汽機(jī)按原汽機(jī)基礎(chǔ)利舊定制采購(gòu)。要求2#抽凝機(jī)拆除后和背壓機(jī)安裝期間必須保證原1#抽凝機(jī)組安全正常運(yùn)行，原1#抽凝機(jī)組本期暫不進(jìn)行改造。

1.2 拆除范圍

凝汽式汽輪機(jī)是蒸汽在汽缸內(nèi)做完功后排入凝汽器（真空）被凝結(jié)成水的汽輪機(jī)，排汽能量品位低，潛熱基本無(wú)利用價(jià)值，排汽在凝汽器內(nèi)被循環(huán)水冷卻成凝結(jié)水后循環(huán)利用，凝汽式汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)工作原理如圖1所示。而背壓式汽輪機(jī)是將汽輪機(jī)的排汽供熱用戶，排汽壓力（背壓）高于大氣壓力，可根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)成指定排汽壓力，排汽具有一定能量品位，利用價(jià)值較高[5-7]，背壓式汽輪機(jī)廠熱力系統(tǒng)工作原理如圖2所示。這是兩類汽輪機(jī)在工藝上的最大區(qū)別。背壓式汽輪機(jī)無(wú)凝汽器和凝結(jié)水相關(guān)系統(tǒng)，除原2#抽凝機(jī)本體需全部拆除外，凝汽器系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)管道、凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)管道、抽真空系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)管道、抽凝機(jī)本體相關(guān)設(shè)備及管道全部拆除。

圖1 凝汽式汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)工作原理

1.3 利舊范圍

利舊不僅可以減少工程量和投資，還可以進(jìn)一步縮短工期，但必須核實(shí)設(shè)備利舊的可行性和可靠性，不能為了減少工程量和投資而盲目利舊，利舊必須有依據(jù)。通過(guò)對(duì)有利舊可能的設(shè)備資料統(tǒng)計(jì)、整理和分析，經(jīng)與各相關(guān)設(shè)備廠家咨詢復(fù)核，確認(rèn)以下設(shè)備可利舊：發(fā)電機(jī)、2臺(tái)高壓加熱器、汽封加熱器及風(fēng)機(jī)、本體疏水?dāng)U容器、集裝油箱及其附屬設(shè)備、冷油器、濾水器。除發(fā)電機(jī)外，其它輔機(jī)的利舊可為本項(xiàng)目減少180 萬(wàn)元左右的投資額（包含新設(shè)備采購(gòu)、老設(shè)備拆除、新設(shè)備安裝）。

圖2 背壓式汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)工作原理

2 主機(jī)改造

本項(xiàng)目改造初期制定方案時(shí)，曾考慮過(guò)拆除汽機(jī)基礎(chǔ)，按新背壓機(jī)重新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，但該方案成本高，施工周期長(zhǎng)，轉(zhuǎn)而采用不拆除原汽機(jī)基礎(chǔ)，僅對(duì)汽機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行局部改造方案，因此汽機(jī)廠設(shè)計(jì)本項(xiàng)目背壓機(jī)和設(shè)計(jì)院改造汽機(jī)基礎(chǔ)時(shí)需密切溝通和匹配。經(jīng)與汽機(jī)廠多次溝通配合，汽機(jī)廠核算，確認(rèn)在不降低安全性、可靠性的情況下，背壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)匹配原局部改造后汽機(jī)基礎(chǔ)。

受汽機(jī)基礎(chǔ)利舊條件約束，汽機(jī)廠結(jié)合實(shí)際的情況，對(duì)此機(jī)組進(jìn)行了分析、校核，重新計(jì)算了熱平衡，并對(duì)其通流尺寸、熱力系統(tǒng)、葉片、葉輪、隔板、前后汽封等進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，最終制定背壓機(jī)本體改造方案：背壓機(jī)前后軸承箱中心距為4993 mm，與原抽凝機(jī)組一致，與利舊發(fā)電機(jī)的連接方式不變；同規(guī)模的背壓機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度比凝汽式機(jī)組短，為匹配前后軸承箱中心線一致，轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度設(shè)計(jì)增長(zhǎng)，與原抽凝機(jī)長(zhǎng)度保持一致；背壓機(jī)前軸承箱底板、前軸承座地腳螺栓孔尺寸和定位與原抽凝機(jī)保持完全一致；后軸承箱底板完全落在原汽機(jī)基礎(chǔ)改造新增加的梁上，與原汽機(jī)基礎(chǔ)不直接接觸。

3 輔助系統(tǒng)改造

1）抽凝機(jī)本體系統(tǒng)。原抽凝機(jī)本體系統(tǒng)包括回?zé)岢槠到y(tǒng)、本體汽封系統(tǒng)、本體疏水系統(tǒng)、汽機(jī)門桿漏汽系統(tǒng)、工業(yè)抽汽系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)。回?zé)岢槠到y(tǒng)為單元制，2臺(tái)低壓加熱器抽汽管道全部拆除。汽封、門桿漏氣、疏水、工業(yè)抽汽均拆除至母管處，管道切口處采用堵頭焊接封堵。潤(rùn)滑油系統(tǒng)根據(jù)新背壓機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)資料，選擇合適拆除范圍，以最大程度地利舊管道和設(shè)備。

2）主蒸汽系統(tǒng)。背壓機(jī)較原抽凝機(jī)進(jìn)汽量增大，經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)有主蒸汽母管至原抽凝機(jī)進(jìn)汽主汽閥的支管管徑偏小，蒸汽流速偏大，無(wú)法再利用，該支管需拆除更換公稱直徑大一級(jí)的管道。

3）凝汽器相關(guān)系統(tǒng)。原熱力系統(tǒng)中進(jìn)入凝汽器的介質(zhì)主要包括汽輪機(jī)排汽、低壓加熱器疏水、疏水?dāng)U容器疏水、減溫水、其他疏水等。因背壓式汽機(jī)工藝無(wú)凝汽器系統(tǒng)，原抽凝機(jī)所配凝汽器、凝結(jié)水泵、射水泵、射水池、膠球泵及與設(shè)備相關(guān)管道全部拆除。凝汽器相關(guān)的循環(huán)水系統(tǒng)拆除，但保留循環(huán)水接至發(fā)電機(jī)空冷器和冷油器的冷卻水系統(tǒng)。

4) 低壓加熱器系統(tǒng)。原抽凝機(jī)配有2臺(tái)低壓加熱器，改造成背壓機(jī)后，已無(wú)凝結(jié)水系統(tǒng)，用來(lái)加熱凝結(jié)水的2臺(tái)低壓加熱器已無(wú)作用，因此原抽凝機(jī)配套的2臺(tái)低壓加熱器拆除，與低壓加熱器相關(guān)的所有系統(tǒng)拆除。

5)背壓機(jī)新建系統(tǒng)。背壓機(jī)系統(tǒng)包括回?zé)岢槠到y(tǒng)、本體汽封系統(tǒng)、本體疏水系統(tǒng)、門桿漏氣系統(tǒng)、排汽供熱系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)?；?zé)岢槠到y(tǒng)為單元制，新安裝抽汽管道直接與利舊的高壓加熱器接口復(fù)聯(lián)。背壓機(jī)汽封系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、門桿漏氣系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)均需與老廠相關(guān)系統(tǒng)母管或利舊管道復(fù)聯(lián)。

4 母管系統(tǒng)隔離

4.1 隔離方案

為將電廠施工改造過(guò)程導(dǎo)致業(yè)主方生產(chǎn)停產(chǎn)的損失降到最小，業(yè)主方要求背壓機(jī)和新管道安裝施工期間必須保證電廠另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組安全正常運(yùn)行，新安裝管道與老廠母管復(fù)聯(lián)時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組不停機(jī)，整個(gè)施工期間僅抽凝機(jī)拆除及支管隔離時(shí)全廠停機(jī)1次。因此對(duì)于抽凝機(jī)與母管連接的支管拆除后，背壓機(jī)不需要與母管復(fù)聯(lián)的支管管道切口用堵頭焊接封堵，如圖3所示；而需要與背壓機(jī)復(fù)聯(lián)的支管管道切口采用閥門加堵板形式隔離，同時(shí)需要考慮低位點(diǎn)的疏放水，如圖4所示。

根據(jù)上述原則，背壓機(jī)與老廠熱力系統(tǒng)需復(fù)聯(lián)的管道有主蒸汽管道、除氧器加熱蒸汽管道、門桿漏氣管道、供熱管道、除鹽水管道、壓縮空氣管道。抽凝機(jī)其它與老廠母管相連的支管拆除后，管道切口均用堵頭封堵。該方案可將全廠停機(jī)的時(shí)間降到最低。

圖3 母管隔離方式一

圖4 母管隔離方式二

4.2 隔離要點(diǎn)

本改造項(xiàng)目有4類管道需拆除和隔離，分別是蒸汽管道、水管道、潤(rùn)滑油管道、壓縮空氣管道。電廠內(nèi)管線錯(cuò)綜復(fù)雜，在做隔離設(shè)計(jì)時(shí)需做足前期工作，務(wù)必做到細(xì)心、耐心、考慮周全，不僅要對(duì)照原廠竣工圖，還需深入現(xiàn)場(chǎng)，摸清需拆除范圍內(nèi)的每一根管道。只有保證每一根管道落實(shí)清楚，才能保證設(shè)計(jì)上能做出正確拆除和隔離，并滿足拆除后續(xù)管道復(fù)聯(lián)施工期間不停機(jī)要求。

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程，以下3點(diǎn)在設(shè)計(jì)中必須著重注意：1）竣工圖上沒(méi)有，業(yè)主自行改造的管道；2）沒(méi)有布置圖的小管道；3)需復(fù)聯(lián)母管的預(yù)留（閥門加堵頭）接口齊全。第1）、2）條是設(shè)計(jì)時(shí)容易遺漏管道，因電廠內(nèi)管道介質(zhì)參數(shù)（穩(wěn)溫度或壓力）均較高，任何一處管道切開(kāi)后未設(shè)計(jì)封堵都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)1#機(jī)組重新運(yùn)行時(shí)發(fā)生無(wú)法想象的事故。第三條是只有所有預(yù)留需復(fù)聯(lián)的接口采用閥門隔離，才能確保后續(xù)背壓機(jī)管道復(fù)聯(lián)時(shí)，另一臺(tái)抽凝機(jī)可正常運(yùn)行。任何一處需預(yù)留復(fù)聯(lián)接口的遺漏，都會(huì)導(dǎo)致1#機(jī)組停機(jī)以供遺漏預(yù)留接口處的管道復(fù)聯(lián)，給業(yè)主帶來(lái)額外的停產(chǎn)損失。

5 結(jié) 語(yǔ)

將25 MW抽凝機(jī)組改造為25 MW背壓機(jī)組，經(jīng)初步估算能源利用效率可提高30%以上，減少循環(huán)水水量4500 t/h以上。因背壓機(jī)組不再使用凝結(jié)水泵，循環(huán)水大量減少，循環(huán)水泵運(yùn)行數(shù)量減少，機(jī)力冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量減少，每小時(shí)可節(jié)省廠用電318 kW。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)環(huán)保政策日益嚴(yán)格，國(guó)務(wù)院于2018年印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》在國(guó)家層面明確節(jié)能減排，作為低效率的小型抽凝機(jī)組節(jié)能減排就首當(dāng)其沖。國(guó)內(nèi)小型凝汽式燃煤機(jī)組已禁止新建，效率低下的小型燃煤電廠的改造業(yè)務(wù)必然越來(lái)越多，不僅對(duì)于25 MW等級(jí)機(jī)組，12 MW、50 MW、100 MW等級(jí)抽凝機(jī)組也可依據(jù)本改造思路進(jìn)行，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)具有廣闊的推廣前景。