小型凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組低真空供熱

論 文二零一零年十二月七日小型凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組低真空供熱技術(shù)研究王方明1 李雪松2 王磊3（1.包鋼（集團(tuán)）公司設(shè)計(jì)研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境學(xué)院建環(huán)專業(yè)，西安 710055；3.內(nèi)蒙古包頭市建委市政工程管理處監(jiān)理所，內(nèi)蒙古 包頭 014030 ）【摘要】本文介紹了小型凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組低真空供熱工藝改造的基本方法，即通過降低機(jī)組真空度提高排汽溫度，加熱循環(huán)水用于采暖。并以包鋼4#發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析。針對(duì)系統(tǒng)改造時(shí)應(yīng)注意問題提出了相應(yīng)的對(duì)策，為同類機(jī)組低真空供熱改造提供了借鑒和參考。該技術(shù)具有良好的發(fā)展空間和推廣前景?！娟P(guān)鍵詞】小型純凝式汽輪機(jī)；低真空；供熱Small Condensing Steam Turbine for low vacuum heatingWang Fangming（Baogang Group Designing & Institute.CO,LTD Baotou,Inner Mongolia,014010,China）【Abstract】This paper introduces the basic method of improved process of small steam turbine generator unit for low vacuum heating, through reducing unit vacuum and raising exhaust temperature to heating circulating water be used to heating. Combine with the engineering case, analyses are conducted on the environmental and economic benefits of Baogang No. 4 generator. This paper puts forward some relevant suggestions on the problems to be noted in the reformation, and has provided the model and the reference for the heat in lower vacuum of similar units. The technology has good development space and expending prospects.【Key words】small steam turbine generator；low vacuum；heating1概述節(jié)能減排是當(dāng)今能源工作的重要指導(dǎo)方針，為了提高中小型熱電企業(yè)的能源綜合利用效率，許多小型電廠都在走熱電聯(lián)產(chǎn)的道路。在利用現(xiàn)有條件，將凝汽式機(jī)組改為供熱機(jī)組后，熱電聯(lián)產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過了換熱站及供熱鍋爐房的單純供熱。2 凝汽式汽輪機(jī)低真空供熱的工藝所謂凝汽式汽輪機(jī)低真空供熱就是降低汽輪機(jī)運(yùn)行的排汽真空度，相應(yīng)提高汽輪機(jī)的排汽溫度，從而使汽輪機(jī)的循環(huán)冷卻水溫度提高。將提高溫度后的循環(huán)冷卻水輸入供熱系統(tǒng)，代替供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)循環(huán)水，具體做法就是：如果汽輪機(jī)的排汽真空度在正常發(fā)電時(shí)是93kPa（排汽壓力8kPa），在采暖期就可以將汽輪機(jī)的真空度降低到供熱所需的61.3kPa（排汽壓力40kPa），從而使凝汽器的乏汽溫度由40提高到70，與此相適應(yīng)汽輪機(jī)的循環(huán)冷卻水溫度也由30提高到60將提高溫度后的循環(huán)冷卻水在非最冷月時(shí)直接送入熱網(wǎng)系統(tǒng)代替熱網(wǎng)系統(tǒng)的供熱循環(huán)水。這樣一來汽輪機(jī)的冷凝器就變成了供熱系統(tǒng)的熱交換器，發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水變成了熱網(wǎng)系統(tǒng)的循環(huán)水，而熱網(wǎng)就代替了發(fā)電系統(tǒng)冷卻水的冷卻塔。原來從冷卻塔散失到空氣中的熱量（即發(fā)電時(shí)的冷源損失），通過散熱器進(jìn)入室內(nèi)達(dá)到了取暖的目的。3.低真空供熱的節(jié)能效益以包鋼熱電廠4#純凝式汽輪發(fā)電機(jī)為例，熱電廠4#汽輪發(fā)電機(jī)（AKB-12）機(jī)組是1987年生產(chǎn)的上海汽輪機(jī)廠產(chǎn)品，機(jī)組額定參數(shù)如下：額定功率：12000kw，額定進(jìn)汽壓力：3.43MPa，額定進(jìn)汽溫度：435額定排汽壓力：0.00715MPa額定排汽溫度：40，循環(huán)水溫度：30；改造后機(jī)組參數(shù)：排汽壓力：0.031MPa，排汽溫度：65，循環(huán)水溫度：55。機(jī)組總循環(huán)水量3300t/h，為了盡可能利用現(xiàn)有設(shè)施減少改造投資；維持原有的采暖熱水系統(tǒng)管網(wǎng)參數(shù)不變；保證機(jī)組安全運(yùn)行，就近利用煉鋼換熱站現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)與鼓風(fēng)機(jī)站內(nèi)改造后的4#發(fā)電機(jī)組凝汽器的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)組成了一個(gè)新的聯(lián)合供熱系統(tǒng)。即由煉鋼換熱站內(nèi)采暖循環(huán)水泵入口前的回水總管引1根 DN700管道送至4#發(fā)電機(jī)組凝汽器的循環(huán)冷卻水泵入口前，進(jìn)凝汽器吸熱后，由1根 DN700管道送回?fù)Q熱站采暖回水總管循環(huán)水泵入口前，如果吸熱后的水溫能夠滿足采暖水供水要求，由循環(huán)水泵直接送入外網(wǎng)，如果水溫供各采暖不能夠滿足采暖水供水要求，則進(jìn)汽-水換熱器組二次加熱后送入外網(wǎng)。通常每年在最冷月1.5個(gè)月使用換熱器，其它采暖時(shí)間均可由低真空供熱機(jī)組直接滿足采暖要求。3.1經(jīng)濟(jì)效益分析一個(gè)采暖期，如果發(fā)電機(jī)全進(jìn)行發(fā)電按額定發(fā)電量12MW計(jì)算，采暖期5個(gè)月發(fā)電收益1200024150（0.45-0.31）=604.80萬(wàn)元，在改為熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組后收益為9000（由于降低真空度后會(huì)影響發(fā)電量，4500kW是在改造完成以后的發(fā)電量）2490（0.45-0.31）+120002460（0.45-0.31）+30t/h(換熱站用器汽量) 24303.5326元/GJ（公司最新內(nèi)部蒸汽價(jià)格）+280kw0.824900.45元/kwh+3300t/h0.0224900.3=993.73萬(wàn)元（發(fā)電收益+節(jié)省蒸汽收益+停運(yùn)鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)泵節(jié)約電費(fèi)+減少循環(huán)水蒸發(fā)量），可見熱電聯(lián)產(chǎn)較純發(fā)電每個(gè)采暖期多創(chuàng)造302.66萬(wàn)元純利潤(rùn)【1】。3.2環(huán)境效益在完成4#發(fā)電機(jī)機(jī)低真空供熱改造后，每個(gè)采暖期節(jié)約蒸汽量378000t，如果按照普通供熱鍋爐房作為參照，以煤質(zhì)的低位發(fā)熱量11302kj/kg計(jì)算，相當(dāng)于少耗用原煤33445t，如果按照原煤含矸率42%計(jì)算，則每個(gè)采暖期可減少排渣量14000多噸。并且會(huì)相應(yīng)的減少煙氣排放量約480106m3，減少二氧化硫排放量約2000t，減少粉塵排放量約2960t。4.低真空供熱存在的問題及解決措施汽輪機(jī)本體凝汽式汽輪機(jī)組改造成低真空循環(huán)水供暖主要有兩種方式。一種是對(duì)汽輪機(jī)本體不做任何改動(dòng)，直接將凝汽機(jī)組用于低真空供暖。這種改造方式，其運(yùn)行參數(shù)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況，汽輪機(jī)各級(jí)焓降發(fā)生變化，末級(jí)和次末級(jí)焓降變小，不做功甚至起阻滯作用而消耗功。同時(shí)會(huì)由于振動(dòng)、推力軸承損壞，如果采用這種方式對(duì)運(yùn)行要求比較高。另一種改造方式是對(duì)汽輪機(jī)組的某些靜止部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。對(duì)冬季為低真空供暖，而夏季又要恢復(fù)為凝汽運(yùn)行的機(jī)組，最好的辦法是根據(jù)汽輪機(jī)廠家針對(duì)新工況的計(jì)算結(jié)果，控制參數(shù)運(yùn)行。這樣在提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也可以收到較理想的改造效果。4.1 背壓的選擇從熱網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性來看，采用越高的供熱水溫經(jīng)濟(jì)性越好。但是由于汽輪機(jī)排汽壓力過高不但使機(jī)組的發(fā)電出力降低，還可能導(dǎo)致凝汽器鋼管膨脹過大而產(chǎn)生泄漏，以及排汽缸上的后軸承溫度升高而引起的冷卻困難和機(jī)組振動(dòng)等問題，因此針對(duì)于各種小機(jī)組，最大排汽壓力只能提高到3060Kpa，對(duì)應(yīng)的飽和溫度為69.185.45，在實(shí)際運(yùn)行中為了保證機(jī)組的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，排汽溫度控制在65以下比較合適。由于凝汽器存在傳熱端差，實(shí)際運(yùn)行中冷凝器循環(huán)水的出口溫度為55左右，可以滿足非最冷月的供熱要求。為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，排汽壓力不能過高，以達(dá)到供熱要求為宜。還可以增大后軸承進(jìn)油縮孔直徑，增加進(jìn)油量，以保證后軸承的冷卻。若由于某種原因致使排汽缸溫度過高時(shí)，可考慮在末級(jí)后加裝噴水裝置,沿軸向方向向后噴水，以降低排汽過熱度。4.2 軸向推力的變化汽輪機(jī)在低真空運(yùn)行過程中軸向推力要發(fā)生變化，通常認(rèn)為其軸向推力會(huì)增加。有些電廠未經(jīng)過正確的熱力計(jì)算，就盲目的對(duì)汽輪機(jī)原軸封進(jìn)行了改造，將汽輪機(jī)前汽封漏汽由原送入高壓加熱器改送至低壓加熱器，以便平衡因汽輪機(jī)低真空供熱所造成的軸向推力的增加。但與汽輪機(jī)廠家結(jié)合后，由汽輪機(jī)廠家利用改進(jìn)的變工況勢(shì)力計(jì)算方法及反動(dòng)度解析式對(duì)汽輪機(jī)低真空供熱時(shí)的軸向推力和最末級(jí)的反動(dòng)度進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明只要背壓在0.03Mpa 以下，汽輪機(jī)的軸向推力不但不增加反而會(huì)減小，即使增加也不大，仍然在機(jī)組推力軸承安全運(yùn)行的范圍內(nèi)，并且也得到了實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明。因此，在具體應(yīng)用中，不宜盲目的對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行改造，就根據(jù)機(jī)組的具體情況采取相應(yīng)的措施【2】。 4.3 汽輪機(jī)發(fā)電功率凝汽式汽輪機(jī)組發(fā)電功率同蒸汽流量和理想焓降成正比。低真空運(yùn)行時(shí)，由于真空降低，背壓升高使得理想焓降減少。在汽輪機(jī)進(jìn)汽量和機(jī)械效率不變的情況下，發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率會(huì)減小。對(duì)沖動(dòng)式汽輪機(jī)而言，真空降低將引起中間各級(jí)的級(jí)前壓力提高。對(duì)于復(fù)速級(jí)，由于級(jí)后壓力提高，使該級(jí)焓降減少相對(duì)內(nèi)效率下降，對(duì)于中間各級(jí)，雖然級(jí)前、級(jí)后壓力勻發(fā)生改變，但壓比和焓比卻變化不大，因而相對(duì)內(nèi)效率變化不大，功率變化也不太大；對(duì)于末級(jí)和次末級(jí)，真空降低使焓降大幅降低，甚至變?yōu)樨?fù)值，以致造成蒸汽流速急劇降低，蒸汽不但不做功，反而有可能對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生阻尼作用，使發(fā)電機(jī)功率降低。因此，汽輪機(jī)改為低真空運(yùn)行后，在進(jìn)汽量不變的前提下，必須以損失發(fā)電量做為低真空供熱的前提。而通過包鋼4#發(fā)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益分析可以看出，這種通過損失發(fā)電量供熱的方式是一種更為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。4.4 負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)組在低真空供熱方式運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)處于以熱定電的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)熱用戶的供暖負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),應(yīng)采取相應(yīng)措施來調(diào)節(jié)機(jī)組熱負(fù)荷的大小,汽輪機(jī)組的發(fā)電功率也隨之改變.在循環(huán)水量和供熱面積的一定的條件下，當(dāng)需要較低的供熱水溫時(shí)，可以減少汽輪機(jī)的電負(fù)荷，從而減少汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，也就減少了排汽量，真空也相應(yīng)升高，循環(huán)水溫度降低；當(dāng)循環(huán)水達(dá)到一定溫度要求而保持不變時(shí)，保持電負(fù)荷不變，真空保持不變。當(dāng)需要較高的供熱水溫時(shí)，在保證排汽溫度低于70時(shí)，可適當(dāng)增加汽輪機(jī)的電負(fù)荷，真空相應(yīng)降低。為了滿足尖峰期最冷月供熱負(fù)荷的需要,可以在系統(tǒng)中設(shè)置尖峰加熱器，在尖峰負(fù)荷時(shí)通過尖峰加熱器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行二次加熱，以滿足尖峰期最冷月供熱負(fù)荷的要求。在電力供應(yīng)緊張的地區(qū)，也有可能出現(xiàn)供熱需求不變，而用電量發(fā)生變化的情況。這樣，就不能再以熱定電，而應(yīng)在供熱量不變的情況下，對(duì)電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)需要較大的電負(fù)荷時(shí)，可增大汽輪機(jī)進(jìn)汽量，發(fā)電功率變大。 此時(shí)排汽潛熱增大，熱網(wǎng)供水溫度升高，如果僅一部分循環(huán)水就可滿足供熱需求時(shí)，可將剩下的循環(huán)水引至冷卻塔冷卻；當(dāng)需要較低的電負(fù)荷時(shí)，可減少汽輪機(jī)進(jìn)汽量，發(fā)電功率變少。此時(shí)熱網(wǎng)水溫降低，可用尖峰加熱器對(duì)其進(jìn)行二次加熱