浅谈135MW机组高背压改造的可行性

吴小杰

【摘要】 对现有135MW机组提高排气压力进行的高背压改造，用于供热，利用现有技术及条件可以实现，并对其进行了论证。

【关键词】 135MW机组 高背压 供热改造

一、现状

根据国家节能减排政策要求及赤峰市中心城区热力工程规划（2005-2020），实现热电连产集中供热，在节约能源改善环境等方面均具有十分明显的效益。

随着各项经济的发展，人名生活水平的提高，实施集中供热是非常必要的，其与分散供热相比有着显著的优点：

1、热电联产在供热的同时，能产生一定的电能，提高燃料的热能利用率，提高电厂的综合效益。

2、电厂的除尘装置效率高，有脱硫除尘设备，烟囱高大，有利于烟气扩散，以高点源排放代替众多小烟囱的多源排放，可大大改善环境质量。

3、由于集中供热节省了大量的燃煤，因而相对节省了大量的燃煤、灰渣在装卸、运输、储存过程中对环境的污染及对城市交通的影响，相对的扩大了城市的交通能力。

4、实施集中供热后，减少了用水量和废水排放量，并可以对废水集中处理及循环使用，节省了大量的城市用水。

5、集中供热后，节省了大量的锅炉房占地，有利于城市的合理规划和发展。

总之，集中供热的实施，为城市的可持续发展提供了良好的环境条件和良好的城市基础设施，树立了优美的环境形象，具有良好的社会效益和一定的经济效益。

而热电联产的热经济性正体现在利用已做了功的低位热能对外供热，从而避免了冷热源损失。热电联产就是这样通过综合用能、按质用能，使燃料化学能从质量上得到了合理的利用。抽汽供热只是部分工质避免冷热源损失，如果全部排汽都用于供热那将大幅提高机组的效率。

二、问题：没有新建机组，怎样增加较大供热面积？

随着城市规模的不断扩大，对于蒙东地区的冬季，没有供暖的房子是无法入住的，抽汽供热的机组为确保发电，抽汽量有限，对于抽汽供热的电厂已经满负荷了，无法接带更多的热用户，新增供暖机组初投资较大，审批时间又长，从而无法短期内实现供暖，继而制约着城市的发展。

三、解决问题的思路

最早蒙东地区的供热采用集中供热锅炉房，后来采用小容量的背压式汽轮机组供热，随着国家产业政策“上大压小”，小供暖锅炉和200MW以下机组陆续退出供暖市场。受到小机组背压式供热的启发，发电企业开始尝试提高机组背压——高背压供热，生产出更多的热，满足热用户的需求。这样的改造不仅满足了热用户的需求，还极大的提高了机组的热效率。因为所有的冷源热损失都被利用，大幅度地降低了供电煤耗。可见高背压供热理论可行。

根据《赤峰市中心城区供热规划（2012—2030年）》：赤峰市中心城区2015年供热缺口225.78MW，到2020年供热缺口325.4MW。对京能（赤峰）能源发展有限公司2×135MW机组中的#1机组进行高背压循环水供热方案改造，既对低压缸进行改造，提高其排汽背压，改造后，采暖期，低压缸排汽压力38KPa、最小采暖抽汽运行工况，机组发电功率125.275MW，供热量787.5GJ/h（219MW），比改造前机组供热能力增加72MW；非采暖期，低压缸排汽压力11.8KPa，机组发电功率为140.714MW。全年热效率提高19.9%。改造项目静态投资2442万元，项目投资回收期（税前）1.05年，项目投资回收期（税后）1.4年。可见高倍压改造在技术上是可行的，在经济上是有较好收益的。

四、需解决的问题及解决方案

提高机组背压，只能在去掉低压正反向第四级动叶，安装假叶根，新设计低压正反向末级、次末级动叶；新设计低压正反向末级、次末级隔板；低压正反向各增加一级导流环及末级叶片去湿环。哈尔滨汽轮机厂生产的CC135/N150-13.24/535/535/0.981/0.294型汽轮机末端排汽压力4.9KPa，当把背压提高到38KPa，就可以将44℃的热网回水加热到72℃。

1、高背压改造汽轮机低压转子，导致整个轴系质量发生变化、轴封位置改变、效率降低。

解决方案：与汽轮机本体改造施工方签订技术协议并提出相应技术要求：

1）改造供热转子应由哈汽厂设计、加工及装配，并由哈汽厂出据质量证明书及各种合格证。低压排汽缸与凝汽器的连接为挠性连接。2）改造后的转子跳动符合技术要求，如有偏差应查明原因，不许随意用机加工方法矫正。3）改造后的转子叶片、围带的尺寸和安装工艺应符合技术要求。叶片型线应为哈汽最先进动叶型线。4）重新核算改造后的机组轴向推力，改造后轴向推力方向不变，推力应与改造前相近，不能过大或过小并满足运行要求。转子各种出厂手续如：各种实验报告、叶片频率、分散度等各种报告齐全。5）改造后的低压转子应进行动平衡试验及调整，试验结果符合现行哈汽标准。哈汽厂出具改造后机组的主要技术指标和性能参数，并满足技术要求。汽轮机低压通流部分改造后保证在启停机和允许的不同供热工况及纯凝工况下均能安全经济连续地运行。且汽轮机改造部分寿命不低于30年，年利用小时数不低于7000小时。

6）机组改造时应充分考虑由于低压转子重量变化引起各轴瓦的负荷分配情况，并给出轴系调整方案；汽轮机在所有稳定运行工况下（转速为额定值）运行时，在轴承座上测得的双振幅振动值，无论是垂直或横向均不大于0.025mm；在任何轴颈上所测得的双振幅振动值不大于0.075mm；各转子及轴系在通过临界转速时双振幅振动值轴承座振动为不大于0.10mm，轴颈振动不大于0.25mm。

2、高背压改造后，势必造成低压缸排汽温度升高，虽说汽轮机排汽温度越高，供热量越大，但是低压缸排汽温度过高会引起汽缸部分膨胀产生不必要的应力和变形，使汽轮机低压缸和低压转子可能出现不对中，造成机组震动甚至发生事故。另外，排汽温度超限，将造成凝汽器管道胀口松动，产生泄露。

解决方案：要避免汽轮机低压部分的过渡加热，温度不得超过在真空下操作所需的温度，机组在低压外缸内装有喷水降温装置。在低压缸导流板上布置有喷水管，管上装有喷水喷管。沿汽流方向，喷管将水喷向排汽缸内部空间，以降低排汽温度，其水源为凝结水泵出口凝结水。

3、极寒天气供热保证问题

热用户的热负荷是不固定的，热用户对热源的需求是根据天气的变化而变化的。这样的改造在天气暖和的初冬时节及供暖尾声，可以通过锅炉的燃烧调整，可以满足热用户的需求；对于极寒天气锅炉蒸发量已达到最大，无法再增加热负荷，可能会导致供热温度的降低，影响供热质量。

解决方案：？高背压改造建议在多台机组运行的电厂实行，在尖峰负荷时即在冬季采暖期最寒冷天气可以从临机增加一部分采暖抽汽量或增加温度更高的工业抽汽至采暖抽汽管道，提高热网供水温度，满足热用户需求。？为高背压改造设立最低门槛，即在机组最低稳定运行可提供的热量测算所需的热用户的平米数，这个平米数就是改造所需的最小的热用户。因为是抽汽供热机组，在改造前就存在550万㎡的热用户，在这个供热基础上即可以保障供热初期的供热质量。在确保最低平米数，在随着户外气温的降低调整机组的负荷，增加进汽量，满足供热需求。综上可以满足热用户在整个供暖季的需求。

4、高背压改造后，由于凝汽器水侧及汽侧运行工况改变，应注重改造后凝汽器安全稳定运行问题。

解决方案：对凝汽器改造提出相应的设备技术和性能要求，以满足改造后运行工况的需求。

1）设计技术要求

a）乙方对本次凝汽器改造的技术成熟性、安全可靠性负全责。b）凝汽器水侧压力：原设计值0.3MPa，改造后1.0 MPa。c）凝汽器背压：原设计值0.0049MPa，改造后0.040 MPa。d）根据热平衡，对夏季运行工况及冬季高背压运行工况进行兼顾设计。

2）设备性能要求

a）必须采用先进的、成熟的、可靠的技术进行凝汽器设计，以使管束热负荷分布均匀，保持较低的凝汽器端差；保持凝汽器除氧效果良好，和较小的凝结水过冷度。

b）凝汽器出口凝结水的含氧量保证不超过50μg/l。

c）改造后保证凝汽器在夏季最大负荷或背压升高的事故运行工况下，凝汽器仍能维持运行，并保证除氧要求。凝汽器出口凝结水的过冷度不大于0.5℃。

d）允许接受来自汽轮机旁路系统最大的蒸汽流量。

5、汽封加热器的改造问题

由于凝汽器在热网水工况下运行时，背压较高，凝汽器的凝结水温度上升为76℃后进入汽封加热器，不能满足当时设计要求。

解决方案：为保证汽轮机汽封效果，需将原换热面积为70m2的汽封加热器更换为面积为116m2的汽封加热器。

6、保温和油漆改造后的相关问题

保温与油漆设计应严格遵循“火力发电厂保温油漆设计规程”（DL/T5072-1997）的规定，并认真执行。保温外保护层以彩钢板作为基本方案，运行温度低于最大酸露点温度的设备，采取防止凝结的保温。

综上问题均可以得到妥善解决，因此高背压改造没有克服不了的技术问题。

五、改造后的供热情况

#1机组经过高背压改造后，采暖期按照高背压方式运行，当主蒸汽进汽量达到最大进汽量458.3t/h，可以将5600t/h的热网供水从44℃加热到65℃。向外网供热量为219MW，充分利用机组冷源。综合面积采暖热指标按55W/㎡计算，总供热面积可达到685万㎡。

六、结论

高背压供热在135WM机组上技术可行，节能环保，又能提高机组效率，增加供热面积，减少不清洁能源的使用，降低了污染物的排放，还可以促进城市的规划发展。因此进行经济技术分析后可以对135WM机组进行高背压供热改造。