于鑫
哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司 150090
摘要:电厂供热改造就是以最大化利用冷端热量为节能目的，采用冷端高背压供热加连通管抽汽的凝背机运行模式为主，辅以电泵改汽泵等改造手段，多方挖掘能耗，实现能量的梯级利用。本文着重介绍为该项目凝背机组配套的热网凝汽器的设计及应用。
关键词:热网凝汽器;在线切换;供热改造
引言
为满足城市周边不断增长的供热需求及响应国家节能减排政策，北方大型纯凝汽轮机组及直接空冷机组以最大化利用冷端热量、蓄热供热等为主要节能方向逐渐进行升级改造。依托某电厂供热改造项目，提出一种可以在线切换，同时具备凝汽器和加热器两种功能的热网凝汽器。介绍了热网凝汽器的结构，对其性能进行了简要的分析，为后续类似供热改造项目凝背式汽轮机组热网凝汽器的设计提供了一种思路。
1热网凝汽器运行系统简述
以某电厂改造项目为例，从直接空冷汽轮机(简称大机)的中低压连通管上抽汽作为凝背式汽轮机的主蒸汽，凝背机纯凝工况发电50MW，背压工况发电25MW。凝背机采用高、低压两缸单排汽结构，高低压缸转子通过3S离合器连接在一起，低压缸与热网凝汽器直接连接。在非采暖季，高低压转子同步运行，低压缸排汽进入热网凝汽器，热网凝汽器采用再生水水冷，起凝汽器作用。在采暖季，大机排汽部分或者全部进入空冷岛下方的高背压凝汽器对热网回水进行第一次加热，升温后的热网水再进入热网凝汽器进行二次加热，此时凝背式汽轮机组低压缸解列，3S离合器切换到低速状态，高压缸排汽(压力0.15MPa(a))全部进入热网凝汽器加热热网水，此时热网凝汽器起热网加热器作用，全部回收排汽热量。在夏季高峰期时，凝背机背压11.8kPa，低于空冷岛33kPa的背压，另外大机排汽量的减少，也引起空冷岛运行背压的降低，最终汽轮机组整体经济性得到提高。两个工况下热网凝汽器壳侧工作压力、工作温度差异比较大。非采暖季热网凝汽器在高真空下运行，必须配置抽真空系统，而采暖季由于壳侧工作压力、工作温度均比较高，未凝结的蒸汽较多，建议在采暖季运行时凝泵前增设节流孔板、换热器，也可直接排入空冷岛二次冷却。
2热网凝汽器介绍
凝背机在采暖工况运行时，排出的蒸汽工作压力为0.015MPa(a)，但热网凝汽器的工作压力设计为低真空运行，背压为0.090MPa(a)，是与现有的设计和布置相适应的。如果背压0.15MPa(a)作为热网凝汽器的实际运行背压，就需从系统和布置方式上做比较大的调整，需考虑低压缸的切除，低压缸与热网凝汽器间是否需设置阀门，阀门大小、阀门开启内部空间，低压缸轴封切除等系列问题。该改造项的目热网凝汽器按照低真空运行模式设计，投资少，节约厂房空间。
2.1热网凝汽器结构
热网凝汽器采用单壳体、对分双流程、横向布置结构，底部设置弹簧支座，布置在中间层上。凝汽器喉部与汽轮机低压缸可以采用刚性连接，也可采用柔性连接。由于本项目受到整体空间制约，高压缸排汽接管规格、位置限制等，喉部补偿节不满足采暖季纵横补偿量要求，所以本项目与低压缸设计为刚性连接。在热网凝汽器的一侧设置有背包式疏水扩容器，接收凝背机启停疏水。换热管采用TP316L不锈钢管，规格为19×1。冷却管排列呈UT状。
2.1.1水室
热网凝汽器水室采用3段圆弧结构，耐压性能好、具有良好的水力流场特性，能够保证进入各个冷却管的循环水流速均匀。在水室上设置有人孔、液位计、放水放气接口，液位计可方便观察换热管内是否充满冷却水，防止换热管干烧进而影响换热性能。水室内部涂有耐高温的防腐涂层，水室和管板采用全焊接结构，可防止设备在冷热介质切换过程中垫片泄漏。
2.1.2喉部
热网凝汽器喉部入口与低压缸直连，在喉部侧面设置两根DN1200的接管与高压缸两根DN900的排汽管相连，喉部采用十字桁架结构，安装简单。在喉部的顶端设置有水幕喷水降温装置，当热网凝汽器在线切换、半侧运行时投运，防止过大的温差应力造成设备的损坏。喉部还设置有压力、温度测点及检修人孔。喉部的高压缸排汽接管伸入热网凝汽器内部，其上开有多个小孔，起减压消能均布汽流及导向作用，能防止大量高压蒸汽进入凝汽器对管束和壳体造成冲刷腐蚀，也能限制蒸汽向低压缸的流动。
2.1.3壳体
热网凝汽器壳体采用矩形结构，可降低设备整体高度，换热管安装在内部的支撑隔板上，呈一端抬高趋势可减少换热管振动及排净内部积水，在换热管顶部设置防冲刷装置，管束下部为热井空间。壳体侧面安装有疏水扩容器，底部通过4组弹簧布置于中间层上。
3热网凝汽器的性能分析
通过数值模拟软件对热网凝汽器在不同参数下的状态进行模拟，整体趋势是一致的。在非采暖工况下，各项数据相对合理，非采暖季工况管束区最大流速36.3m/s，压力降约900Pa，平均传热系数3783.6W/(m2.K)，高于设计值20%，空气聚集性较好、集中于空冷区，蒸汽凝结率为99.94%。在整个管束区蒸汽流程较短，有大量蒸汽直接流向热井的凝结水面，然后转向在管束底部与热井之间横向流动，可消除凝结水的过冷度。整个管束区流场稳定，无死区。
4热网凝汽器运行维护
对于热网凝汽器的维修养护而言，其主要就是对电厂运转期间使用的维修养护对策，降低其运转故障的发生概率以及风险，满足对装置为养护效果的加强。针对装置运转进行维修养护过程中，需要结合信号来识别装置的运转情况，信号稳定则表示装置在运转期间有可能出现了故障问题，或装置邻近设备出现故障，这样就会导致其运转受到限制。加强对装置的维修养护工作，对其运转开展全面监管，排除能够影响其正常运转的所有不利因素，定期对装置开展维修养护，如果出现报警操作要第一时间登记有关内容以及时间，并且存入到档案当中。技术工作人员在监管装置运转期间，要确保每个阶段都配合好，同时要保证装置周边设备的正常运转，将管理工作落实到位，确保火电厂能够正常供电。装置运转期间出现的故障问题，使管理者需要保证管理制度的高效率管理工作过程中，根据实际情况达到对装置的有效维修养护，火电厂很容易出现电磁干扰问题，所以需要对装置的运转维修养护进行容错逻辑优化，消除运转期间的电子干扰，以免信号受到干扰，确保装置的工作效率，以免误动概率有所加强，有效将热网凝汽器运转维修养护能力提高。对于热网凝汽器而言，其维修养护工作是一项长时间的工作，并且也是保证热电系统安全运转的重要目标。在管理过程中，为了将其维修养护的有序性以及有效性、工作效率提高，需要对热网凝汽器构建档案系统。与此同时，还要制定预防安全管理体系，加大周期性的维修养护检查以及规律性，遵循以预防为主的目标，加大问题识别管理力度，强化现场检验以及维修养护和调试工作，第一时间排除潜在风险问题。
结论
本文以某电厂深度供热改造工程为依托，从系统配置、结构和性能上对改造工程进行了简要分析，得到以下结论:(1)凝背机热网凝汽器采暖季工作压力的选取与项目的整体规划、设备的安装空间及投资相关联，需要根据项目实际情况综合考虑，本工程采用的是低真空的运行模式。(2)热网凝汽器在采暖季采用低真空运行时，需要确保凝汽器的真空不超过规定值，避免汽流返流入低压缸，造成叶片的冲蚀、防止汽封系统的非正常运行。(3)对热网凝汽器的结构及选用原则进行了简要介绍，为后续相关凝汽器的设计提供了参考。
参考文献
［1］张卓澄.大型电站凝汽器［M］.北京:机械工业出版社，1993.
［2］张道丽，李家富，张春秀.1000MW超超临界机组单背压凝汽器结构分析［J］.东方汽轮机，2017，(4):1－4，11.
［3］董建华，董爱华.管束布置对凝汽器性能影响的数值模拟分析［J］.汽轮机技术，2014，56(3):176－178.
［4］李平，朱光宇，余茂铮.凝汽器内低压加热器对流动与传热特性影响的数值分析［J］.汽轮机技术，2000，42(4):208－213.
［5］汪国山，毛新青，田子平，等.125MW汽轮机凝汽器内流体流动和传热特性的数值分析［J］.动力工程学报，2001，21(3):1263－1266.