將中小型抽凝式汽輪機(jī)改造成低背壓小排汽量抽背式汽輪機(jī)的方法及節(jié)能效益

1、中小型抽凝式汽輪機(jī)改造成低背壓小排汽量抽背式汽輪機(jī)的方法及節(jié)能效益楊忠 1 陳文軍 2 張玉峰 3 管立君 3 于爾亮 4 趙肅銘 5摘要：本文闡明將抽凝式汽輪機(jī)改造成低背壓、小排汽量的抽背式汽輪機(jī)時(shí)， 必須對其通流結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和必要的調(diào)整， 而不能不加任何改動(dòng)直接在背壓 條件下運(yùn)行。同時(shí)，用實(shí)例說明這種改造的背景及其節(jié)能效益。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)改造 節(jié)能效益1. 改造背景及實(shí)例目前，有些中小型熱電廠和企業(yè)自備電站，由于種種原因，一些抽凝式汽輪 發(fā)電機(jī)組長期不能投運(yùn)， 處于閑置狀態(tài)。 其中有些是政策使然， 如凝汽發(fā)電部分 比例過大， 熱電比低，熱效率達(dá)不到政策規(guī)定要求而不允許運(yùn)行； 有些是自身

2、問 題，如抽汽參數(shù)和供熱要求參數(shù)不匹配， 滿足不了用熱需要而長期不用； 有些是 當(dāng)煤、電比價(jià)矛盾突出時(shí)， 煤價(jià)過高，電價(jià)跟不上， 企業(yè)承受不了這種損失而被 迫停機(jī)。例如，淮安經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)熱電有限責(zé)任公司兩臺 c15-4.9/0.981 型抽凝機(jī) 組,就在 08 年秋煤電價(jià)比失衡時(shí)，發(fā)電效益低于燃煤成本 ，迫使機(jī)組停運(yùn)，改用 鍋爐減溫減壓對外供熱來減少虧損。 這種情況下， 一些企業(yè)為了發(fā)揮這些閑置機(jī) 組的功效，滿足供熱需求， 提出將抽凝式汽輪機(jī)改造成背壓式汽輪機(jī)或抽背式汽 輪機(jī)的意愿。受淮安經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)熱電有限責(zé)公司的委托，經(jīng)過筆者協(xié)作各方的共同努力， 對其一臺 c15-4.9/0.981 型抽凝機(jī)

3、組改造成低背壓、小排汽量（只供補(bǔ)水用）的 抽背式汽輪機(jī)，進(jìn)行了可行性研究、方案論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、汽動(dòng)熱力計(jì)算，確定 了改造后汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，保留級數(shù)及其噴嘴數(shù)目，并進(jìn)行了具體的實(shí)施。改造后的抽背式汽輪機(jī)組于 08 年末投入運(yùn)行，經(jīng)過數(shù)月的運(yùn)行實(shí)踐，表明 這種改造是可行的。 由于去掉了冷凝器及循環(huán)水系統(tǒng)， 消除了冷源損失和循環(huán)水 泵的耗功， 大大提高了發(fā)電機(jī)組的熱電比和熱效率， 實(shí)現(xiàn)了真正意義上的以熱定 電。與原來的抽凝式汽輪機(jī)相比， 在滿足同樣供熱要求的條件下， 具有更好的節(jié) 能效益，更符合我國能源政策的要求目標(biāo)。2. 改造方法及實(shí)施2.1 用科學(xué)的方法進(jìn)行改造 ,方能達(dá)到安全的改造效果。原汽

4、輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和尺寸， 是按照抽凝式汽輪機(jī)的使用要求設(shè)計(jì)的 ,與改造后抽 背式汽輪機(jī)的使用要求相差甚遠(yuǎn)。原機(jī)組排汽壓力為0.005828mpa,處于高真空 狀態(tài)，排汽的容積流量約為1.3x 106m3/h，末級需要很大的通流面積，故葉片很 長。改造成低背壓（0.02mpa以下）、小排汽量（10t/h以下）抽背式汽輪機(jī)后， 末級排汽的容積流量約為0.065x 106m3/h，為原機(jī)的1/20,因此，所需末級的通 流面積、排汽管道尺寸，遠(yuǎn)比原機(jī)結(jié)構(gòu)要小。此外，原抽凝機(jī)組的理想焓降為 12222kj/kg，級數(shù)較多，由12級構(gòu)成。改造成抽背式汽輪機(jī)后，理想焓降只有 750kj/kg，相當(dāng)于原機(jī)焓降的60

5、%。按照最佳速比原則配置各級理想焓降，所需 級數(shù)大為減少，還要去掉后面若干級數(shù)。所以，改造后的抽背式汽輪機(jī)，在結(jié) 構(gòu)上必然與原來的汽輪機(jī)有很大的大變化。更為重要的是，由于改造后的汽輪 機(jī)的背壓提高，排汽溫度升高，致使后汽缸溫度升高，如果后軸承座與后汽缸 為一體結(jié)構(gòu)，則將引起后軸承上揚(yáng)產(chǎn)生振動(dòng) ,影響安全運(yùn)行。為解決這一技術(shù)難 題,我們將末級葉輪車掉改為軸套，摘除末級隔板，并在此位置上加裝一個(gè)專門 設(shè)計(jì)加工的帶軸封裝置的隔熱擋板 ,使后汽缸能夠在允許的溫度范圍內(nèi)工作。如果對外供汽壓力較低，一般在0.5mpa以下，可改為背壓式汽輪機(jī)，由排汽 直接對外供熱； 如果對外供汽壓力較高， 排汽溫度過高，

6、就要用原抽汽口對外供 熱，再保留其后若干級，通過少量的蒸汽，把壓力降下來，達(dá)到 0.2mpa 以下， 起降溫作用。 這樣利用原低加抽汽口進(jìn)行排汽， 排到低壓加熱器中， 作為加熱補(bǔ) 水用汽，滿足自身需要。我們的改造方法是：以現(xiàn)有的汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸為依據(jù)，按照改造后的使 用要求， 重新進(jìn)行熱力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 首先通過初步計(jì)算， 確定改后汽輪機(jī)所 需要的級數(shù)和抽汽口位置， 然后， 對保留的各級， 按改造設(shè)計(jì)工況給定的設(shè)計(jì)參 數(shù)和進(jìn)汽量、 抽汽參數(shù)和抽汽量以及排汽壓力， 確定整機(jī)的焓降， 再進(jìn)行各級焓 降的重新分配， 并盡量滿足各級速比在較佳范圍內(nèi)， 然后進(jìn)行逐級詳細(xì)的熱力計(jì) 算和熱力系統(tǒng)的熱平衡計(jì)

7、算。 在滿足后面各級冷卻流量的基礎(chǔ)上， 經(jīng)過多方案的 反復(fù)對比計(jì)算， 最后確定各保留級的通流面積及相對應(yīng)的噴嘴數(shù)， 并堵去多余的 噴嘴。計(jì)算結(jié)果表明，各級焓降配置合理，速比較佳，具有較好的級效率。這是通 過多方案的比較計(jì)算得到的。例如，在確定第一壓力及通流面積是否調(diào)整時(shí)， 計(jì)算了調(diào)整和不調(diào)整到最佳通流面積的兩個(gè)方案。結(jié)果在相同的進(jìn)汽量、相同 的抽汽壓力和抽汽量的條件下，調(diào)整比不調(diào)整多發(fā)電260kw。再如，在確定保留級數(shù)時(shí)，計(jì)算了去掉最后四級和最后五級兩個(gè)方案，結(jié)果多去掉一級反而多 發(fā)電20kw。還有，在確定回轉(zhuǎn)隔板的調(diào)整方案時(shí)，由于通過的流量甚少，只通 過原設(shè)計(jì)六組中的 1/5就夠用。這樣是人

8、為的堵去多余的汽道好還是用自然調(diào)節(jié) 來擋住多余的汽道，分析結(jié)果認(rèn)為堵比擋好。計(jì)算表明，分段調(diào)節(jié) 5 組比堵 4 組多發(fā)電50kw。故采用第一方案。在方案論證會(huì)上，委托方有人提出：可否對原汽輪機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不作改動(dòng)，直接按背壓運(yùn)行。我們通過理論分析和實(shí)際計(jì)算，指出這種情況實(shí)際是原汽輪機(jī) 運(yùn)行當(dāng)中，運(yùn)行條件非常惡劣的一個(gè)變工況，對經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行都有很不利 的影響。理由是，因?yàn)橥ㄟ^低壓調(diào)節(jié)級（第三級）及其后各壓力級的流量都很 小，一般要滿足冷卻要求流量只需 5-10t/h 蒸汽即可，這就遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離原設(shè)計(jì)工況 流量，致使低壓調(diào)節(jié)級后的壓力變得很低，很接近改造后的汽輪機(jī)的背壓。如， 該汽輪機(jī)原來設(shè)計(jì)工況在抽

9、汽 50t/h 時(shí)，低壓調(diào)節(jié)級及其后的各級流量為 51.3t/h， 低壓調(diào)節(jié)級后的壓力為0.7mpa左右，改造后通過這些級的流量為 6t/h,排汽壓 力為o.impa。用弗留蓋爾公式計(jì)算，改造后的汽輪機(jī)低壓調(diào)節(jié)級后的壓力為 0.127mpa,很接近o.impa，可見低壓級的膨脹過程都是在低壓調(diào)節(jié)級中進(jìn)行的， 該級前后的壓差由原設(shè)計(jì)的0.3 mpa增加到1.05mpa,增加3.5倍，這無疑對回轉(zhuǎn) 隔板的撓度并對其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性帶來影響。由于這級焓降的過分增加，不 僅大大增加了流動(dòng)損失，而且增加了動(dòng)葉的彎應(yīng)力，對安全也不利，而且由于 其后的各低壓級（第 4至第 12級）總焓降很小，分配到各級的理

10、想焓降微乎其 微，這樣在各級噴嘴和動(dòng)葉中，流速很低，摩擦鼓風(fēng)損失占了主導(dǎo)地位。更需 指出的是，由于汽流不能充滿各壓力級汽道空間產(chǎn)生很大的脫流段而引起漩渦 流動(dòng)，這種不穩(wěn)定的渦流，增加了葉片的動(dòng)應(yīng)力。有實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)級焓降減少 到原來焓降 20%時(shí)，葉片的動(dòng)應(yīng)力將增加 4 倍。這種疲勞應(yīng)力，短時(shí)間可能不 會(huì)損壞，但是具有潛在的危險(xiǎn)性，為此，我們明確表示，不同意對汽輪機(jī)通流 結(jié)構(gòu)不加任何改造就按照背壓汽輪機(jī)或抽背式汽輪機(jī)的運(yùn)行方式運(yùn)行。2 . 2 實(shí)施這次改造獲得一次投運(yùn)成功得利于： 結(jié)構(gòu)改造工藝合理、 加工件的精心設(shè)計(jì) 和制造，以及對原汽輪各系統(tǒng)的合理利用和完善。22. 1 汽輪機(jī)本體的改造實(shí)施

11、對隔熱擋板采用隔板的形式，為上下兩半，水平中分，中分面為接合面， 仍然采用原來隔板位置及配合尺寸加工制作。 由于背壓提高漏汽量增大， 隔熱擋 板所需要的汽封軸向尺寸較長， 我們采用了五道梳齒汽封， 在擋板的加強(qiáng)筋兩側(cè) 預(yù)留了疏水孔，以便啟動(dòng)時(shí)將凝結(jié)水排出。對于轉(zhuǎn)子除末級外，對拆除級保留了葉輪和葉根，以防止槽道沖蝕。對于堵 去噴嘴的位置，考慮了上下缸溫度均勻而定。改造后的轉(zhuǎn)子重新作了動(dòng)平衡。22. 2 汽輪機(jī)系統(tǒng)的改造實(shí)施整個(gè)系統(tǒng)的改造是在原抽凝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 合理利用了原系統(tǒng)的設(shè)備和布 局，因而縮短了改造工期，減少了費(fèi)用，有利于改造后的運(yùn)行操作。如：仍用原 機(jī)組一段抽汽作為對外供熱， 并保留原

12、二段和三段抽汽， 并將其間加裝一聯(lián)通閥。 用三段抽汽口作為排汽口， 排到低壓加熱器和除氧器中對補(bǔ)水進(jìn)行加熱。 在低負(fù) 荷工況時(shí)，去除氧器抽汽壓力不夠， 可關(guān)閉聯(lián)通門， 用原二段抽汽供除氧器用汽。 改造后系統(tǒng)的補(bǔ)水仍通過原凝汽器中加裝的噴水裝置， 并用來凝結(jié)從隔熱擋板汽 封漏入的蒸汽和原機(jī)組均壓箱改道后疏往凝汽器內(nèi)的蒸汽， 然后通過凝結(jié)水泵送 往低壓加熱器加熱到80°c，再到除氧器加熱到104°c。機(jī)組改造后停運(yùn)了原系統(tǒng)三臺280kw的循環(huán)水泵和兩臺27kw勺射水抽汽器水 泵。3 、改造后的節(jié)能效益該抽凝式汽輪機(jī)改造為抽背式汽輪機(jī)后，獲得了顯著的節(jié)能效果和較好的節(jié) 能效益。

13、通過委托方實(shí)際運(yùn)行提供的數(shù)據(jù)， 計(jì)算的熱電比、 熱效率和發(fā)電煤耗以 及經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算結(jié)果如下：3.1 熱電比改造前和改造后的機(jī)組， 在相同對外供熱 65t/h 的條件下， 改前的熱電比為 5.42，改后由于去掉了凝汽發(fā)電部分，熱電比提高到 13.55 ，提高了 2.5 倍。3.2 熱效率改造前、后均以對外供熱 65t/h 的條件進(jìn)行比較：改造前的熱效率為 55.8%， 改造后的熱效率為 79.5%，提高了 23.7%，能量得到了更合理的利用。3.3 發(fā)電煤耗用平均熱值為20935kj/kg (5000kcal)的原煤計(jì)算發(fā)電煤耗，改造前標(biāo)煤 耗約為553.6g/kwh,改造后標(biāo)煤耗約為166.

14、2g/kwh,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大機(jī)組的發(fā)電煤 耗。34 經(jīng)濟(jì)效改造前正值煤價(jià)最高，上網(wǎng)電價(jià)為0.51元/kwh，按年運(yùn)行7000小時(shí)計(jì)算， 改造前從煤耗、發(fā)電取得的效益比較，改造前收益約為 240萬元，改造后約為 1103萬元，改造后要比改造前約多收益 863萬元。4 結(jié)束語 將抽凝式汽輪機(jī)改造成背壓式汽輪機(jī)，是在特定的歷史背景和特殊的現(xiàn)實(shí)條件下提出的一種權(quán)宜之計(jì)， 不是節(jié)能必然手段和方向。 但是根據(jù)我國目前企業(yè)具 體現(xiàn)狀， 或缺乏資金、 或生產(chǎn)急需、 或者考慮到企業(yè)長期規(guī)劃而暫不更新新的背 壓機(jī)組， 在這種情況下， 這種改造對于某些企業(yè)還有一定的實(shí)際需要， 與改造前 抽凝式汽輪機(jī)相比， 有很好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益， 滿足了生產(chǎn)用汽的要求。 我 們的改造經(jīng)驗(yàn)也為他們提供了一個(gè)信息交流平臺，解決生產(chǎn)之急。作者簡介： 楊 忠 男 （1972-）保定市伊寧電力機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司廠長 主要從事電廠中小發(fā)電機(jī)組節(jié)能技術(shù)改造與電廠主機(jī)備件制作 地址： 樂凱南大街 1576 號郵編： 071051電話：03127