摘 要：隨著城市集中供熱的快速發展，熱電聯產機組的節能環保效益逐漸受到重視，供熱形式也從常規的抽汽供熱向汽輪機高背壓循環水供熱形式發展。火電廠濕冷機組排汽余熱損失約占系統總輸入能耗的50%，汽輪機低溫乏汽通過循環水余熱回收利用，可提高系統供熱能力20%以上。對濕冷供熱機組而言，采用汽輪機低壓缸雙背壓雙轉子互換循環水供熱技術是一種行之有效的措施，可實現采暖期高背壓供熱運行工況汽輪機排汽余熱全部利用、非采暖期純凝運行工況熱耗率不高于原純凝設計水平。 　　高背壓供熱改造涉及低壓缸本體、凝汽器、給水泵汽輪機、凝結水精處理、熱網循環水及系統配套改造，機組運行安全可靠，效率不受負荷影響，能夠利用汽輪機低溫乏汽供熱，達到節能降耗的目的，使汽輪機的冷源損失降為零。 　　關鍵詞：濕冷機組;高背壓;供熱改造;經濟性 　　《電機與控制學報》是立足國內、面向國際的專業性學術期刊，旨在反映國內外電氣工程、控制科學與工程領域中最新的重要研究成果和具有創造性的學術成果。 　　1 高背壓供熱技術介紹 　　濕冷機組高背壓供熱技術是在直接空冷機組供熱系統的基礎上改造發展而來的，從135MW、200MW逐漸發展到320MW。濕冷機組采用高背壓供熱后，機組供熱用汽的品位下降，機組供熱的經濟性會顯著提高。其工作流程圖如圖1-1所示： 　　汽輪機采用高、低背壓轉子互換，對汽輪機低壓缸的通流部分進行改造，同時相應改造凝汽器、給水泵汽輪機、凝結水精處理、熱網循環水等相關系統。改造后，汽輪機通過更換低壓轉子，使機組可按高、低兩種背壓運行;采暖期高背壓運行，將排汽余熱用于集中供熱，提高機組供熱能力;非采暖期低背壓純凝工況運行，保證較低的發電能耗。 　　高背壓改造后的汽輪機在采暖期提高汽輪機的排汽參數，設計背壓45 kpa可在30 kpa-60 kpa運行，供熱初、末寒期背壓可降低至 30kPa運行;40～50℃熱網回水作為凝汽器的冷卻循環水，在凝汽器中被汽輪機排汽加熱至 67℃～76℃，直接供熱網。極寒期熱網循環水經凝汽器加熱至67℃～76℃后，再進入熱網加熱器進行補充加熱至90～105℃后，向熱網供熱。 　　非采暖期汽輪機采用純凝低壓轉子，凝汽器循環水切換到原設計循環水供水狀態，汽輪機排汽參數恢復到原設計參數，按原純凝工況運行。 　　2 高背壓供熱改造技術方案 　　2.1 高背壓供熱改造的范圍 　　高背壓供熱改造主要涉及汽輪機低壓缸部分、給水泵驅動汽輪機、凝汽器、熱網加熱器、軸封加熱器、熱網循環泵等設備進行改造，同時對凝結水精處理、抽真空、循環水、循環水補水及水處理、輔機冷卻水、一二期蒸汽疏水管道、供熱循環泵、供熱循環泵驅動汽輪機等設備和系統進行改造，并配套進行相應熱控、電氣設備改造。 　　2.2 高背壓供熱改造的具體方案 　　2.2.1主機低壓部分改造 　　主機低壓部分改造需重新制作一套高背壓供熱工況低壓通流部套，滿足高背壓供熱的要求。新設計低壓2x4級隔板、動葉、隔板汽封、葉頂汽封、排汽導流環（帶有隔板槽保護功能），用于高背壓供熱工況;對中低壓對輪及低發對輪螺栓孔進行標準化處理;增加1套低壓缸噴水減溫裝置，以滿足高背壓供熱工況的要求。 　　2.2.2凝汽器改造 　　供熱改造后，循環水工作壓力將大幅升高，原有凝汽器水室及管板的設計強度不能滿足改造后的運行要求，因此必須對凝汽器進行改造。 　　凝汽器采用新的排管方式和進行加強設計，以滿足純凝工況和冬季高背壓供暖工況交替穩定運行。凝汽器僅保留外殼和底部彈簧，對冷卻管束、內部附件及水室全部進行改造。水室采用弧形水室，剛性較好，能承受較高水壓。為適應冬季供暖高背壓運行時殼體高溫引起的熱膨脹，需在后水室側殼體上安裝2個管束膨脹節。殼體前、后管板與對應水室為焊接結構。管子兩端脹焊在管板上，兩端的管板與殼體焊牢。運行中，凝汽器的自重由彈簧承受，而凝汽器內水側的水重則由低汽缸傳遞給低壓基礎框架承受，運行時凝汽器熱膨脹由底部彈簧進行補償。 　　汽輪機組在供熱期利用熱網回水作為凝汽器循環水，循環水流量降低至10000～15000t/h左右，凝汽器管束內水流速將明顯降低，使換熱系數降低并增加結垢風險，將凝汽器改造成雙流程/四流程切換方式，在純凝工況運行時凝汽器為雙流程運行;高背壓供熱運行時切換為四流程。如圖2-1所示。 　　2.3 給水泵汽輪機改造 　　機組給水泵小汽輪機的排汽直接排入主機凝汽器，當機組實施高背壓供熱改造后，由于主機高背壓供熱運行時排汽背壓可達到54～60KPa左右，而給水泵汽輪機最高允許的排汽壓力應在15KPa以內，末幾級動葉片的強度不能滿足高背壓的要求，影響小機的安全運行。因此應對給水泵汽輪機進行改造。 　　給水泵汽輪機的轉子、隔板、低壓噴嘴組、高壓噴嘴組、汽封圈等通流部分全部進行改造，增設備用高壓汽源和排汽減溫裝置。全部動葉葉頂為自帶冠結構，中低壓動葉圍帶內斜外平，通道光順;全新設計的高效動、靜葉片型線，保證機組高的通流效率和很好的變工況性能。改造后兩臺給水泵汽輪機在非供熱期純凝和供熱期高背壓供熱等各種工況下，不做任何檢修和更換部件均能安全、長期運行。 　　2.4 抽真空系統改造 　　高背壓改造后汽輪機低壓缸排汽溫度升高 ，凝結水溫度也顯著提高，需進行抽真空系統的改造。可增加水環真空泵冷卻器的冷卻面積以維持真空泵的運行溫度。也可在抽真空母管上增加前置冷卻系統，將汽氣混合物進行提前冷卻降溫后，再進入真空泵。由于高背壓改造后凝汽器內壓力升高，抽空量減小，也可在原有真空泵的基礎上并聯一套羅茨真空泵組，通過調節電機的轉速來調節泵組的出力，可滿足機組高背壓運行期間的需求。 　　2.5 軸封加熱器改造 　　高背壓改造后，原有軸封加熱器冷卻面積偏小，需新增設熱網軸封加熱器1臺，軸封冷卻水采用供熱循環水經熱網軸加后進入凝汽器進一步吸收熱量后并入凝汽器循環水出口。新增的熱網軸封加熱器與原軸加并聯，在熱網軸加出現故障退出運行時原軸加可以緊急備用。 　　2.6 輔機冷卻水系統改造 　　高背壓供熱期間，機組原有循環水泵及冷卻塔停運。為保證機組冷卻水的要求，需根據輔機冷卻水系統所需的流量新增機組輔機冷卻水泵3臺，入口取自原循環水泵入口前池，出口接至工業水濾網前。各輔機設備冷卻水回水分別回至前池和水塔塔池。根據室外溫度情況塔池內回水可直接回塔池，也可通過原防凍管或退水管上塔冷卻后再流回塔池內，以保證足夠的冷卻效果。 　　2.7 凝結水精處理系統改造 　　高背壓供熱運行期間，凝結水溫度由原來45℃，升高至80℃，凝結水精處理系統樹脂必須更換為耐高溫樹脂，才能保證凝結水溫度升高后的精處理系統的正常運行。 　　2.8 熱網循環水系統管路及泵組改造 　　2.8.1 熱網循環水系統管路改造 　　熱網循環水回水經過熱網除污器后進入機組凝汽器，在初末寒期在凝汽器內經低壓缸排汽加熱后，經熱網循環水泵升壓后向外網供熱。極寒期經凝汽器加熱器后的循環水，進入熱網加熱器進行二次補充加熱后向外網供熱。機組出現故障停機時，熱網循環水可以直接切換至5臺熱網加熱器用抽汽加熱直接向外網供熱。 　　2.8.2 熱網循環水泵改造 　　機組高背壓改造后，增加熱網循環水流量可提高汽輪機排汽冷卻能力。熱網循環水流量將達到12000～15000t/h，需要對原熱網首站熱網循環水泵進行增容改造和驅動方式改為汽動。熱網循環水泵進行改造后，與原有熱網循環水泵的運行方式需根據外網循環水量的變化調節，運行方式靈活，可實現與原有熱網循環水泵的協調匹配運行。 　　3 高背壓供熱改造的效果分析 　　高背壓改造后，實現了機組冷端乏汽余熱的全部利用，從一個供熱季的實際運行情況來看，供熱系統運行平穩，汽輪機、給水泵汽輪機、凝汽器等相關配套設備運行安全可靠，一方面極大提高了機組的供熱能力，另一方面使得機組的供熱（電）煤耗顯著下降，經濟效益明顯，也有效改善了全廠機組在供熱期間的調度運行靈活性。 　　從高背壓供熱改造后的性能試驗數據看，典型供熱熱負荷工況下，高背壓改造后的機組供電煤耗較改造前原抽汽供熱方式可下降約52g/kWh，較機組純凝運行工況比較，機組高背壓運行時供電煤耗可下降約180g/kWh。供熱期節煤量6.2萬噸，減少二氧化碳排放量約15萬噸以上。 　　供熱期機組原循環泵停運，節電約440萬度。機組冷卻水塔蒸發量減少，每天節水6000噸，供熱期150天節水90萬噸。 　　經過供熱改造后，機組的供熱能力提高，單臺320MW機組可滿足1000～1200萬㎡的對外供熱的要求，提高了供熱系統的安全性、穩定性。 　　結 論 　　本文對320MW濕冷機組高背壓供熱改造進行了研究，提出了高背壓供熱改造技術方案，結論如下： 　　（1）濕冷供熱機組采用雙轉子高背壓改造技術已日趨成熟，已投用的機組供熱運行安全可靠性良好，進行高背壓供熱改造，從技術上是可行性的。 　　（2）對機組實施高背壓供熱改造，可大幅提高機組供熱能力，適應城市熱網日益增長的供熱負荷需求，進一步改善機組運行經濟性。 　　（3）濕冷機組進行高背壓供熱改造具有節能效益顯著，回收期較短的特點，具有較好的經濟性。 　　參考文獻 　　[1]武進猛.吸收式熱泵和高背壓雙轉子供熱技術在300 MW濕冷機組的應用[J].東北電力技術，2018，39（08）：31-33+43. 　　[2]張慧梅. 金橋熱電廠300MW濕冷抽凝式機組高背壓改造研究[D].華北電力大學，2018. 　　[3]崔后品. 直接空冷機組高背壓供熱系統性能分析[D].華北電力大學，2018. 本文由期刊論文網首發，一個權威專業的學術論文發表知識網。 文章名稱：320MW濕冷機組高背壓供熱改造技術研究