于海涛 姜庆贤
中国船舶集团有限公司第七〇三研究所 黑龙江哈尔滨 150000
摘要:本文以某热电厂单台25MW湿冷机组单转子低真空供热改造为例,分别从技术性、安全性、经济性等方面对中小型抽凝式机组改造成低真空供热机组进行了相关分析,可为其他同类技改项目的决策与实施提供有效的参考。
关键词:抽凝式机组;单转子改造;低真空供热
1 引言
低真空供热方式于上世纪80年代最早出现在我国东北地区,因其成熟技术,节能环保效果显著,目前已得到了广泛的推广与应用。低真空循环水供热是将凝汽器中乏汽的压力提高,即提高冷却水温,把凝汽器改为供热系统的加热器,将冷却水直接用作热网的循环水,充分利用汽轮机排汽的汽化潜热加热循环水,大大降低冷源损失,从而提高机组的循环热效率[1-3]。
2系统改造技术方案
某小型热电厂现有3台25MW、1台12MW和1台15MW供热机组,总装机容量为102MW。其中25MW汽轮机型式为高温高压、冲动、单轴、单缸、双抽供热凝汽式机组,型号为CC25-8.83/0.981/0.118,凝汽器设计背压为5 kPa,机组运行时冷源损失较大,总体热效率不高。为满足逐年增加的采暖供热面积,采用单转子低真空供热改造,以减少机组运行时的冷源损失,达到节能目的。
在机组低真空循环水供热工况运行时,循环水管道与凝汽器间的快关阀关闭,原循环冷却水系统退出运行,将凝汽器的循环水系统切换至热网循环泵建立起来的热水管网循环水回路,形成新的“热-水”交换系统。循环水回路切换完成后,凝汽器背压由5~7 kPa左右升至30~40 kPa,低压缸排汽温度由30~40 ℃左右升至69~75 ℃。为尽可能满足一级热网与二级热网的换热要求,低真空循环水供热采用串联式两级加热系统,即热网循环水首先经过凝汽器进行第一次加热,温度由55~60 ℃提升至65~71 ℃,然后经热网循环泵升压后送入首站热网加热器,将热网水温度进一步加热后供向一次热网,如图1所示。
图1 机组低真空改造系统示意图
3安全性分析
利用中、低压抽凝式机组冬季低真空循环水供热目前已积累了较多经验,但仍存在着诸如对机组发电量有影响、机组运行安全性较差(排汽缸温度高、振动增大、凝汽器承压)等许多问题[4]。为保证系统安全经济运行,在对机组进行单转子低真空改造设计时,应着重考虑汽轮机本体通流部分、凝汽器部分以及热力系统部分三方面,具体如下:
3.1汽轮机本体
改造后,在供暖期内汽轮机的背压将大幅升高,相应的排汽容积流量将大幅降低。汽轮机末几级叶片,尤其是末级叶片会处于严重的鼓风状态,不仅使汽轮机的效率降低,而且增大了末级叶片的动应力,影响机组运行的安全性。为尽可能提高供暖期内的通流效率,同时减小非供暖期内通流效率降低的幅度,实现一根转子兼顾冬夏两季的运行工况,需对本体采取以下主要改造措施:
1、去掉低压末两级隔板、动叶、套装叶轮,再增加一级新的末级隔板、动叶、套装叶轮;
2、对转子进行部分加工处理;
3、重新核算转子临界转速和轴向推力;
4、进行叶片频率的分散度、叶片重力矩及转子高速动平衡试验等;
5、为避免引起汽轮机的振动和动静部分的摩擦,运行过程中排汽温度最高不超过80℃。
3.2凝汽器系统
改造前凝汽器水侧压力设计值为0.25 MPa,改造后为0.4 MPa;改造前凝汽器背压设计值为5kPa,改造后为38 kPa。由于改造后凝汽器汽水侧压力、温度均高于改造前,因此凝汽器管侧的水室、管板等需进行强度加固处理,以防止回水超压引起凝汽器损坏。在保留凝汽器壳体不更换的前提下,还需要做以下适应性变更:
1、增加管板厚度并更换水室及水室盖板;
2、重新核算凝汽器换热面积,更换换热管规格、数量、材质等;
3、凝汽器布管变化,需更换凝汽器间隔板及相应结构;
4、汽侧运行背压提高,换热管热膨胀增加,需考虑在后水室侧增设补偿节;
5、汽水侧温度升高,对低压缸的推力发生变化,需核算后适度调整支撑弹簧。
3.3热力系统
低真空循环水供热除了对机本体、凝汽器等主要设备进行改造外,还需要对配套的热力系统进行相应的适配性分析及改造。其中对于改造前后循环水流量与热网水流量基本相当的机组,凝汽器可保持原有的“二流程”运行方式,从而保证改造后凝汽器换热管束内的水速适中;反之对于改造前后循环水流量与热网水流量相差较多的机组,应根据实际情况考虑“四流程”的设计,以免因流速太低引起换热效果差、结垢堵塞等问题。同时还应考虑低真空供热后,凝汽器出口凝结水和热网循环水温度变高,可能导致的凝结水泵、热网循环水泵等设备的汽蚀、密封问题。
改造中还涉及的循环冷却水系统、回热系统、凝补水系统等应在设计时一并充分考虑,以使系统运行经济合理。
4经济性分析
改造后,经初步运行统计,在其全年发电量保持不变的情况下,采暖期供热量增加了42.25万GJ,平均发电标准煤耗率下降了98g/kWh,下降的幅度非常可观。由于单转子机组在夏季时热耗增高,因此综合全年平均发电标准煤耗率下降了37g/kWh。与同期水平相比,改造后全年节约标煤7659吨,年减少CO2排放量40426吨,年减少SO2排放量72吨,年减少NOX排放量75吨,年减少烟尘排放量36.8吨。成功实现了当年设计、当年施工、当个采暖季回收成本的预期目标,具有良好的经济效益和社会效益。
5 结论
(1)充分利用了汽轮机的排汽余热,实现了能源阶梯利用,提高了热电厂的能源综合利用效率。
(2)在保证安全的前提下,改造过程中尽可能结合原有系统做局部改动,避免了新增设备带来的综合经济性降低。
(3)与常规双转子互换技术相比,采用一根转子兼顾冬夏两季的运行工况,提高了机组运行的可靠性并大幅缩减投资和转子互换时间。
(4)经过长周期的低真空供热运行检验,目前中小型抽凝机组单转子供热技术已发展成熟,可为同类机组的供热改造提供有效的参考和借鉴。
参考文献
[1] 栾忠兴,徐立巍. 汽轮机低真空供热的经济性分析[J].东北电力学院学报,2003,23(4):44-47.
[2] 朱奇,陈鹏帅,侯国栋. 低真空循环水供热改造[J]. 热力发电,2013,42(3):95-97.
[3] 张胜华,张胜强. 双抽汽轮机低真空供热改造[J]. 电站系统工程,2014,30(2):52-53.
[4] 张秀琨,郑刚,刘传威,等. 抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用[J]. 上海电力学院学报,2009,25(6):543-546.