将中小型抽凝式汽轮机改造成低背压小排汽量抽背式汽轮机的方法及节能效益

1、1中小型抽凝式汽轮机改造成低背压小排汽量抽背式汽轮机的中小型抽凝式汽轮机改造成低背压小排汽量抽背式汽轮机的方法及节能效益方法及节能效益杨忠1 陈文军2 张玉峰3 管立君3 于尔亮4 赵肃铭5摘要：本文阐明将抽凝式汽轮机改造成低背压、小排汽量的抽背式汽轮机时，必须对其通流结构进行重新设计和必要的调整，而不能不加任何改动直接在背压条件下运行。同时，用实例说明这种改造的背景及其节能效益。关键词：汽轮机改造 节能效益1.改造背景及实例目前，有些中小型热电厂和企业自备电站，由于种种原因，一些抽凝式汽轮发电机组长期不能投运，处于闲置状态。其中有些是政策使然，如凝汽发电部分比例过大，热电比低，热效率达不到政策规定要求而不允许运行；有些是自身问题，如抽汽参数和供热要求参数不匹配，满足不了用热需要而长期不用；有些是当煤、电比价矛盾突出时，煤价过高，电价跟不上，企业承受不了这种损失而被迫停机。例如，淮安经济开发区热电有限责任公司两台 C15-4.9/0.981型抽凝机组,就在 08 年秋煤电价比失衡时，发电效益低于燃煤成本，迫使机组停运，改用锅炉减温减压对外供热来减少亏损。这种情况下，一些企业为了发挥这些

2、闲置机组的功效，满足供热需求，提出将抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机或抽背式汽轮机的意愿。受淮安经济开发区热电有限责公司的委托，经过笔者协作各方的共同努力，对其一台 C15-4.9/0.981 型抽凝机组改造成低背压、小排汽量（只供补水用）的抽背式汽轮机，进行了可行性研究、方案论证、结构设计、汽动热力计算，确定了改造后汽轮机的结构形式，保留级数及其喷嘴数目，并进行了具体的实施。改造后的抽背式汽轮机组于 08 年末投入运行，经过数月的运行实践，表明这种改造是可行的。由于去掉了冷凝器及循环水系统，消除了冷源损失和循环水泵的耗功，大大提高了发电机组的热电比和热效率，实现了真正意义上的以热定电。与原来的抽凝式汽轮机相比，在满足同样供热要求的条件下，具有更好的节能效益，更符合我国能源政策的要求目标。2.改造方法及实施2.1 用科学的方法进行改造,方能达到安全的改造效果。原汽轮机的结构和尺寸，是按照抽凝式汽轮机的使用要求设计的,与改造后2抽背式汽轮机的使用要求相差甚远。原机组排汽压力为 0.005828Mpa，处于高真空状态，排汽的容积流量约为 1.3106m3/h，末级需要很大的通流面积，故叶片很

3、长。改造成低背压（0.02Mpa 以下） 、小排汽量（10t/h 以下）抽背式汽轮机后，末级排汽的容积流量约为 0.065106m3/h，为原机的 1/20，因此，所需末级的通流面积、排汽管道尺寸，远比原机结构要小。此外，原抽凝机组的理想焓降为 12222kj/kg，级数较多，由 12 级构成。改造成抽背式汽轮机后，理想焓降只有 750kj/kg，相当于原机焓降的 60%。按照最佳速比原则配置各级理想焓降，所需级数大为减少，还要去掉后面若干级数。所以，改造后的抽背式汽轮机，在结构上必然与原来的汽轮机有很大的大变化。更为重要的是，由于改造后的汽轮机的背压提高，排汽温度升高，致使后汽缸温度升高，如果后轴承座与后汽缸为一体结构，则将引起后轴承上扬产生振动,影响安全运行。为解决这一技术难题,我们将末级叶轮车掉改为轴套，摘除末级隔板，并在此位置上加装一个专门设计加工的带轴封装置的隔热挡板,使后汽缸能够在允许的温度范围内工作。如果对外供汽压力较低，一般在 0.5Mpa 以下，可改为背压式汽轮机，由排汽直接对外供热；如果对外供汽压力较高，排汽温度过高，就要用原抽汽口对外供热，再保留其后若干级，通过少

4、量的蒸汽，把压力降下来，达到 0.2Mpa 以下，起降温作用。这样利用原低加抽汽口进行排汽，排到低压加热器中，作为加热补水用汽，满足自身需要。我们的改造方法是：以现有的汽轮机的结构尺寸为依据，按照改造后的使用要求，重新进行热力计算和结构设计。首先通过初步计算，确定改后汽轮机所需要的级数和抽汽口位置，然后，对保留的各级，按改造设计工况给定的设计参数和进汽量、抽汽参数和抽汽量以及排汽压力，确定整机的焓降，再进行各级焓降的重新分配，并尽量满足各级速比在较佳范围内，然后进行逐级详细的热力计算和热力系统的热平衡计算。在满足后面各级冷却流量的基础上，经过多方案的反复对比计算，最后确定各保留级的通流面积及相对应的喷嘴数，并堵去多余的喷嘴。计算结果表明，各级焓降配置合理，速比较佳，具有较好的级效率。这是通过多方案的比较计算得到的。例如，在确定第一压力及通流面积是否调整时，计算了调整和不调整到最佳通流面积的两个方案。结果在相同的进汽量、相同的抽汽压力和抽汽量的条件下，调整比不调整多发电 260KW。再如，在确定保留级数时，计算了去掉最后四级和最后五级两个方案，结果多去掉一级反而多发电 20KW。还有，在

5、确定回转隔板的调整方案时，由于通过的流量甚少，只通过原设计六组中的 1/5 就够用。这样是人为的堵去多余的汽道好还是用自然调节来挡住多余的汽道，分析结果认为堵比挡好。计算表明，分段调节 5 组比3堵 4 组多发电 50KW。故采用第一方案。在方案论证会上，委托方有人提出：可否对原汽轮机内部结构不作改动，直接按背压运行。我们通过理论分析和实际计算，指出这种情况实际是原汽轮机运行当中，运行条件非常恶劣的一个变工况，对经济性和安全运行都有很不利的影响。理由是，因为通过低压调节级（第三级）及其后各压力级的流量都很小，一般要满足冷却要求流量只需 5-10t/h 蒸汽即可，这就远远偏离原设计工况流量，致使低压调节级后的压力变得很低，很接近改造后的汽轮机的背压。如，该汽轮机原来设计工况在抽汽 50t/h 时，低压调节级及其后的各级流量为51.3t/h，低压调节级后的压力为 0.7Mpa 左右，改造后通过这些级的流量为6t/h，排汽压力为 0.1Mpa。用弗留盖尔公式计算，改造后的汽轮机低压调节级后的压力为 0.127Mpa，很接近 0.1Mpa ，可见低压级的膨胀过程都是在低压调节级中进行的，该级前

6、后的压差由原设计的 0.3 Mpa 增加到 1.05Mpa,增加 3.5倍，这无疑对回转隔板的挠度并对其转动机构的可靠性带来影响。由于这级焓降的过分增加，不仅大大增加了流动损失，而且增加了动叶的弯应力，对安全也不利，而且由于其后的各低压级（第 4 至第 12 级）总焓降很小，分配到各级的理想焓降微乎其微，这样在各级喷嘴和动叶中，流速很低，摩擦鼓风损失占了主导地位。更需指出的是，由于汽流不能充满各压力级汽道空间产生很大的脱流段而引起漩涡流动，这种不稳定的涡流，增加了叶片的动应力。有实验表明，当级焓降减少到原来焓降 20%时，叶片的动应力将增加 4 倍。这种疲劳应力，短时间可能不会损坏，但是具有潜在的危险性，为此，我们明确表示，不同意对汽轮机通流结构不加任何改造就按照背压汽轮机或抽背式汽轮机的运行方式运行。2 . 2 实施这次改造获得一次投运成功得利于：结构改造工艺合理、加工件的精心设计和制造，以及对原汽轮各系统的合理利用和完善。22. 1 汽轮机本体的改造实施 对隔热挡板采用隔板的形式，为上下两半，水平中分，中分面为接合面，仍然采用原来隔板位置及配合尺寸加工制作。由于背压提高漏汽量增大，

7、隔热挡板所需要的汽封轴向尺寸较长，我们采用了五道梳齿汽封，在挡板的加强筋两侧预留了疏水孔，以便启动时将凝结水排出。对于转子除末级外，对拆除级保留了叶轮和叶根，以防止槽道冲蚀。对于堵去喷嘴的位置，考虑了上下缸温度均匀而定。改造后的转子重新作了动平衡。22. 2 汽轮机系统的改造实施整个系统的改造是在原抽凝系统的基础上，合理利用了原系统的设备和布局，因而缩短了改造工期，减少了费用，有利于改造后的运行操作。如：仍4用原机组一段抽汽作为对外供热，并保留原二段和三段抽汽，并将其间加装一联通阀。用三段抽汽口作为排汽口，排到低压加热器和除氧器中对补水进行加热。在低负荷工况时，去除氧器抽汽压力不够，可关闭联通门，用原二段抽汽供除氧器用汽。改造后系统的补水仍通过原凝汽器中加装的喷水装置，并用来凝结从隔热挡板汽封漏入的蒸汽和原机组均压箱改道后疏往凝汽器内的蒸汽，然后通过凝结水泵送往低压加热器加热到 80，再到除氧器加热到 104。机组改造后停运了原系统三台 280kw 的循环水泵和两台 27Kw 的射水抽汽器水泵。3、改造后的节能效益该抽凝式汽轮机改造为抽背式汽轮机后，获得了显著的节能效果和较好的节能效益

8、。通过委托方实际运行提供的数据，计算的热电比、热效率和发电煤耗以及经济效益的计算结果如下：3.1 热电比改造前和改造后的机组，在相同对外供热 65t/h 的条件下，改前的热电比为 5.42，改后由于去掉了凝汽发电部分，热电比提高到 13.55，提高了 2.5 倍。3.2 热效率改造前、后均以对外供热 65t/h 的条件进行比较：改造前的热效率为55.8%，改造后的热效率为 79.5%，提高了 23.7%，能量得到了更合理的利用。3.3 发电煤耗用平均热值为 20935kj/kg（5000Kcal）的原煤计算发电煤耗，改造前标煤耗约为 553.6g/Kwh,改造后标煤耗约为 166.2g/Kwh，远远低于大机组的发电煤耗。34 经济效改造前正值煤价最高，上网电价为 0.51 元/kwh，按年运行 7000 小时计算，改造前从煤耗、发电取得的效益比较，改造前收益约为 240 万元，改造后约为 1103 万元，改造后要比改造前约多收益 863 万元。4结束语将抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机，是在特定的历史背景和特殊的现实条件下提出的一种权宜之计，不是节能必然手段和方向。但是根据我国目前企业具体现状，或缺乏资金、或生产急需、或者考虑到企业长期规划而暂不更新新的背压机组，在这种情况下，这种改造对于某些企业还有一定的实际需要，与改造前抽凝式汽轮机相比，有很好的节能效果和经济效益，满足了生产用汽的要求。我们的改造经验也为他们提供了一个信息交流平台，解决生产之急。5作者简介： 杨 忠 男 （1972-）保定市伊宁电力机械设备有限责任公司厂 长 主要从事电厂中小发电机组节能技术改造与电厂主机备件制作 地址： 乐凯南大街 1576 号 邮编： 071051 电话： 03127575191 13703220367 （杨 忠）陈文军 男 江苏淮安经济开发区热电厂 主管 邮编：223005张玉峰 男 石家庄双联化工有限责任公司 管立君 男 石家庄双联化工有限责任公司 邮编：050200 于尔亮 男 北京北重汽轮发电机有限责任公司 教授高工 邮编：100040 赵肃铭 男 哈尔滨工业大学 教授 邮编：150001通讯地址通讯地址: 河北保定电力修造厂河北保定电力修造厂 乐凯南大街乐凯南大街 1576 号号 杨杨 忠忠 (电话电话:13703220367) 邮编邮编:071051

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