汽轮机低真空供热改造方法及节能分析

汽轮机低真空供热改造方法及节能分析

徐鑫

山东丰源生物质发电股份有限公司，山东 枣庄277300

摘要：现阶段，国内绝大多数中小型电厂所使用的的汽轮机均存在同样的状况，那便是能耗较高。而之所以会产生较高能耗，则需因汽轮机所使用的通流技术较为落后。因此，基于煤价与电价的不断上涨，诸多原本利润薄弱甚至仅能维持日常开销的企业，更是逐步陷入了入不敷出的状态。因此，为确保发电企业保持良好的经济收益，并提升汽轮机的供电及供热性能，需对老式汽轮机予以合理改造，以此在最大化汽轮机效益同时满足社会的需求。

关键词：汽轮机;低真空;改造方法

引言

近年来，我国东北地区风电、光伏等新能源装机容量迅速增长，但是由于该地区火电比重大，快速灵活调峰的电源少，因此电网的调峰问题突出。特别是在冬季，我国北方地区火电处在供热期，风电处在大风期，这一矛盾导致电网调峰问题更加突出，弃风情况经常发生。为解决电网调峰的实际困难，已经有不少区域电网出台了火电调峰辅助服务的奖励政策，运用市场手段驱动火电机组进行灵活性改造，提升机组的调峰能力，降低机组的运行负荷，参与电网的深度调峰，从而解决电网调峰困难的问题。

1概述

就目前形势来看，国内中小型电厂及众多企业自备电厂所配置的汽轮机，都是能耗比较高，采用相对落后的汽轮机通流技术，加上煤价、电价等因素，企业的生产经营处于亏损状态。为了提高发电企业的经济效益，充分发挥汽轮机发电及满足供热方面的需求，将原抽汽式汽轮机改造为低真空供热式汽轮机，既解决冬季供热问题，又很好的满足夏季发电，从而使汽轮发电机组效益最大化。

2汽轮机低真空供热改造方法及节能分析

2.1本体改造

就原机组部分动叶片所使用的铆接围带结构，因光顺度不足而灰对气动性能产生一定影响，故改造需采用自带围带整圈的动叶片来进行衔接。除此之外，但凡涉及排汽流动，与之相关的一切结构均需采取广顺设计，尤其是动叶片根部及相邻静叶片顶部，更是要尽可能减少流动损失。先进的叶片设计方有助于提升机组的整体性能。因此，针对叶片部分的改造，具体需采取以下几项措施：①以最新设计的动静叶叶型来替代此前的动静叶叶片，而减少叶型型线损失，还需搭配高效弯扭叶型；②为避免动静叶片出现相互干扰的情况，需对动静叶片参数予以合理控制，包括叶片间的距离，叶型的选择及焓降的分布等均需经过精密的计算来保证良好的运行效率；③提升机组变工时的运行效率，需对叶片前缘予以合理设计，使之在感受来流功角变化时不会过于敏感；④为增加叶片刚性，可适当增加叶片厚度；⑤对叶片关联的部位逐一进行流畅化处理，以此改善排汽在叶栅通道内部的流动效率。当然，以上改造工作均需在保证机组运行安全的前提下进行。结合上述改造方案可以看出，此处的改造重点围绕在动叶片之上，通过对叶片调节级的变更，使得叶片的做功能力增强，继而也将提升机组整体的运行效率。此外，在以高叶片替代末级动叶片后，使得机组还能同时满足冬、夏两季的作业需求并使得供热首期与末期的电负荷提升。至于对弯曲叶片设计技术的使用则主要源自于思维粘性流的设计思想，该思想主要通过减少叶片顶部的损伤，不仅可以保证机组运行的安全，而且还能够有效提高动静叶片的效率。有关光顺设计技术的使用，核心目的在与减少流动的附加损失。除此之外，增加叶片厚度的目的则是为了减少叶栅的损失，从而使得排汽于流通过程中亦能保留较高的热力。除此之外，加厚叶片的优势还能满足隔板刚度、强度要求，而且能获得较高的气动性能及调频特性；总损失、型线损失、端部损失都比传统叶栅有较大幅度的降低。

2.2凝汽器改造方案

凝汽器的改造是本项目的关键点，以供热高峰期为例，汽轮机在高背压状态下运行，即汽轮机运行背压在32kPa，汽轮机排汽温度在71℃左右，热网41℃回水进入凝汽器，经过凝汽器将热网循环水回水温度由41℃提升至68℃，再经既有热网加热器加热至80℃后供出。重新核算凝汽器的承压能力，将凝汽器水室及管板进行更换，原有换热管束也一并更换。改造后的凝汽器水室和管板将增加厚度，采用更高强度钢板进行加工制造，并根据强度要求进行结构加强，达到改造后循环水增压的安全运行目标。改造后凝汽器换热管材料采用TP316L，并在现有基础上适当加长，既适当增加换热面积，又为设置管长方向的补偿节提供了空间。管长方向的补偿节用来补偿高背压运行工况下凝汽器壳体和换热管热膨胀系数不同带来的长度方向的胀差。改造后凝汽器重量发生变化，且高背压运行时凝汽器垂直方向的热膨胀量也将发生变化，综合考虑上述因素，重新设置弹簧支座调整块高度以满足基础的荷载要求。

2.3低真空供热式汽轮机的运行方式

机组改造后运行方式的变化及维护，供热工况下背压和排汽温度限值调整机组改造为高背压供热机组后，由于排汽压力、温度升高，改造后机组的启动运行限制值会有所调整，主要体现在两个方面：第一，机组背压限制值调整；第二，排汽温度限制值调整。低压缸冬夏季通用一套新设计的喷水装置。新增喷水装置在排汽温度高于85℃时投入，如果排汽温度进一步升高，在负荷较低的情况下，需要增大进汽量，保证末级叶片的最小冷却流量，以消除末级鼓风造成的排汽温度升高；如果负荷正常，则可能是由于循环水量不匹配造成的，需要增大循环水量带走多余的热量。如果排汽温度继续升高至120℃则需要立刻打闸停机，排除故障。供热工况下回热系统的变化，供热季JD1因工作压力过低抽不出汽，自动退出运行，其余低加正常运行。

2.4切缸技术

光轴供热改造技术虽然效果很好，但是同时改造成本较高。对此，国内电力行业学习德国、丹麦等先进国家在这方面的经验，近几年发展出了切缸技术，由西安热工研究院有限公司于２０１６年底首先在临河电厂进行了短暂试验，在行业内引起了很大反响。近两年，国内有多家电厂，如延吉电厂、东方电厂等陆续进行了切缸改造，切缸改造的范围逐渐从２００ＭＷ机组扩大到３００ＭＷ机组。据了解，某电厂６００ＭＷ机组也已进行切缸改造，切缸技术的发展可谓十分迅猛。切缸技术的目的和光轴技术是一样的，也是达到背压供热，但是在措施上是直接切除低压进汽，而不更换低压转子，因此汽轮机本体基本不作改动，改造的成本大大降低。但是由于此时低压转子完全运行在鼓风状态，冷却蒸汽不足，鼓风的热量会使得末级出口温度超过１５０℃，这给机组的安全稳定运行带来风险。同时，切缸技术还面临着叶片安全性的考验及水蚀等风险。切缸技术的改造内容为：末级、次末级增加温度测点，以便实时监控；为防止动叶出口根部涡流对叶片的冲刷，对末叶进行强化处理；通入少量蒸汽，增加冷却蒸汽管道。

结语

基于上文不难看出改造机轮机低真空运行循环水供热系统不仅能帮助电厂收获良好的经济效益，同时还能产生理想的社会效益。加之改造的过程并不复杂且能进一步提升设备运行的安全及稳定性，故各大电厂及电力企业亦均需对汽轮机的改造给予高度重视，在提升企业收益的同时亦为社会带来更多福利，继而对我国社会的发展繁荣与稳定做出突出贡献。

参考文献

[1]郝晶.汽轮机低真空供热改造技术的分析[J].清洗世界，2021，37（10）：132-133.

[2]陈永辉，李志强，蒋志庆，等.低真空供热改造方案及节能分析[J].汽轮机技术，2019，61（6）：468-470；420.