50MW汽轮机由采暖调节抽汽式改成采暖背压式

50MW汽轮机由采暖调节抽汽式改成采暖背压式综论

1 改造的必要性?

北京第二热电厂(以下简称二热)位于北京市区西南二环路旁，于1978年建成投产。其规模为6×220 t/h燃油锅炉，4×50 MW调节抽汽式汽轮发电机组。建厂的目的是一方面为首都中心地区提供热源和电源，另一方面作为北京东方红炼油厂的工业废弃物的消纳场所。?

二热在建厂的前十几年里，为北京市国民经济的发展发挥了重要作用。1988年由北京地方投资，又增建了3台418 GJ的热水锅炉，使供热负荷增大近1倍。目前约占全北京市供热负荷的25%。?

进入90年代中后期，特别是北京“9511工程”的实施，从根本上缓解了电力紧张局面，电力需求趋于饱和。二热由于其机组容量小，燃油成本高等自身的局限性，使得其发电作用逐渐减弱，而冬季采暖供热的社会需求又在不断地增强。?

自80年代末起，二热就已经开始出现政策性经营亏损。1999年燃油直接成本约1.93亿元，是同出力燃煤机组燃料直接成本的5倍以上。当前随着市场油价的不断上涨，二热已处于政策性高额经济亏损的经营状态。针对现有的机组及系统，如何降低运行成本 、减少亏损已成当务之急。?

为了降低燃料价格增长对经营所带来的不利影响，二热根据华北电力集团公司的指示，自90年代中开始实施以减少燃油耗用量为目标、以减少发电量为手段的措施：1995～1999年期间采用了冬季满负荷、夏季单机炉(带供热)的运行方式；2000年又进一步采取了冬季满负荷、而夏季机组全部停运的极端运行方式。?

在1999～2000年度的采暖供热期内，二热采取了一系列行之有效的节能措施。其中最主要的措施是在确保设备安全的前提下，降低控制旋转隔板的低伺下限开度值(低于厂家原设计值)，使机组在供热量保持不变的条件下，降低了发电量，提高了机组的热电比 ，降低了发电煤耗，达到了减少燃油耗用量的目的。这个成果的取得提供了一个新的思路 ，即若将旋转隔板全部关闭，热电比肯定会进一步提高，发电煤耗会进一步降低，在机组发电量降低的条件下仍然可以维持供热量不变，从而带来更大的节省燃油量的效果。这就是背压机改造思路的雏形。经过一个采暖期间对机组实际运行方式的调整、观察和分析，得出了定性分析结果：该思路是完全可以实现的。?

2000年4月，二热正式提出将抽凝机改成背压机的技术设想，在华北电力集团公司主持下，在上海汽轮机厂(下称上汽)、北京重型机械厂(下称北重)、国电华北电力设计院工程有限公司(下称华北院)和华北电力科学研究院有限责任公司(下称电科院)专家的参与下，共同对主机的结构改造、系统的重新配置和运行方式等各方面的可行性进行了认真的研讨，取得了改造可行的一致性技术结论。?

2 改造技术方案的实施内容?

二热在向上级提出的改造申请报告中，提出了一个关闭旋转隔板的简单方案。上汽提出了一

个拆除旋转隔板加排汽涡壳的简单方案和一个背压机标准方案。经过论证和技术经济比较，华北电力集团公司决定采用上汽的简单方案。改造工作在华北电力集团公司指导下，由二热全面负责实施，北重承担主机改造，华北院承担相应的附属热力系统的改造设计，电科院承担热力试验。?

改造选择在即将要大修的2号机进行。其主要改造内容简述如下。?

2.1 主机的改造?

(1) 本体?

拆除旋转隔板及其调节传动装置；拆除16～19级动叶和隔板；16～19级轴镶套；在原18级隔板位置加装水平中分式封堵涡壳，并在涡壳处建立新的后轴封，原后轴封弃用 ；原排汽缸仍保留以用作2号轴承的支承部件。?

(2) 调节系统?

拆除低压油动机。调压器去往高压油动机控制调速汽门的一号脉冲油仍为有效信号 ，去往低压油动机控制旋转隔板的二号脉冲油失效。?

(3) 保护系统?

原采暖抽汽安全门改名为背压排汽安全门，并升级为主保护装置。原真空低停机保护改为背压压力高停机保护；原排汽(凝汽器)温度高报警改为背压排汽温度高报警。?

经上述改造将15级动叶之后的全部汽量用作对外供热(0.118 MPa，104℃)。尽管这种改造是一个可以节约资金的简单方案，但却具备了背压机的全部功能，改造后的机组属于准背压机型。

2.2 附属热力系统的改造?

改造前的2号机为2高、3低、1除氧和1台2号低加疏水泵的回热系统。系统的改造主要在以下几个方面进行：?

(1) 背压机与调节抽汽机的设计工况相同或接近，主汽和给水系统、部分回热设备系统(包括高压加热器、高压除氧器、3号低压加热器等)的参数均变化不大，故继续保留使用。?

(2) 原凝结水系统基本弃用，原凝结水泵改用于热网疏水泵(经核算参数合适)；1号 、2号低加弃用；3号低加水侧入口由原2号低加来改为由热网疏水泵来，水侧出口以后部分及水侧旁路保留不变；3号低加来汽减少，经核算管径可以保持不变；3号低加疏水改为正常运行时用疏水泵送入3号低加水侧出口，疏水泵故障时自流至热网加热器，因为原低加疏水泵参数不匹配弃用，重新选型1台低加疏水泵。?

(3) 原轴封加热器弃用，新设置一台带有2台风机(1开1备)的轴封加热器，用于建立背压

机的空气系统，以接纳门杆、轴封漏汽和加热器的排空气。?

(4) 凝汽器弃用，胶球清洗、射水抽气系统弃用，循环水系统停运(保留去往附属设备的升压循环冷却水系统)。?

(5) 热网系统包括热网加热器、热网加热蒸汽(背压机的排汽)、热网疏水(包括疏水泵)、热网循环水。由于热网疏水成为了3号低加入口的唯一来源，使得热网系统由原来相对独立的系统转变为背压机主汽水循环系统中串接的一部分。即热网系统在改为背压机后升级为汽机的主要附属系统，必需提高系统运行的可靠性。在热网疏水泵上设置变频器，使热网疏水泵由工频运行改为变频运行方式，以便经济地满足不同运行方式。?

(6) 汽缸6段抽汽管口保留，暂时封堵，其堵头疏水引入5段抽汽管路，后续抽汽管道弃用；5段抽汽只保留去厂用汽和热网的系统，其中在去热网的抽汽管道上加装电动排大气门，用于机组的启动排汽。考虑机组启动的重要性，该电动门设置了旁路门。?

(7) 轴封系统按北重提供的热平衡图系统修改。其中前轴封1挡漏汽和2挡漏汽不变 ；前轴封3挡漏汽由原来接入6段抽汽改为接入5段抽汽；前轴封4挡漏汽和后轴封1挡漏汽按北重设计要求，呈微正压状态(0.001 MPa表压)向外排放(这是两种机型重要的区别)。其去向应该考虑引入轴封加热器，以利回收热量和高品质水，由于目前轴加接纳还有困难，故暂时排向大气。这将在后续改造中实现回收。改造后的2号汽轮机轴封情况见图1 。?

(8) 原与凝汽器相连的疏水扩容器和法兰螺栓加热系统的疏水，改为接入热网疏水泵入口母管(为保证机组启动时疏水的可靠排放，再并接排地沟管)，排汽接至5段采暖抽汽管路。?

(9) 机用水(水压逆止门控制水、发电机水冷水箱补水)由原本机凝结水泵出口提供改为取自全厂蒸馏补水母管，利用原轴封加热器作为冷却装置，以便满足机用水参数要求，冷却介质为循环水；保留原发电机内冷水箱补水母管系统。显然二热目前使用蒸馏水作为机用水很不经济，故此方式为临时措施，将在后续改造中解决。

3 采暖调节抽汽式与采暖背压式的经济性分析比较

2号机已于2000年于11月26日正式带负荷投入连续运行。截至2001年3月20日，2号机顺利完成了本年度采暖期的供热和供电任务。根据二热、北重、华北院和电科院提供的有关资料，现将有关数据汇总如下(表1、2、3、4)：

(1) 若保持原有机组的供热负荷不变，改造后的背压机只需维持在较低的主汽流量运行即可得到满足。显然这样作能够实现既保证供热任务又减少燃油耗用量的预期目的 ，但机组的热经济性的提高是有限的，因为这还没有达到背压机组在最大工况下运行所能获得的更高的经济效益。?

(2) 在同等的设计主汽流量下，改造后的背压机比改造前的调节抽汽机的内效率提高约10%。由于背压机没有调节抽汽机的低压缸湿汽损失和旋转隔板的节流损失，而机械传递效率和发电机的效率不会改变，因而背压机组本身的经济性能得到较大幅度的提高.

(3) 二热现有4台调节抽汽机组，若全部改为背压机后，则将大大提高全厂机组的供热能力。如按3台背压机在最大抽汽工况下运行，总共可带热负荷1 430 GJ/h，与原4台调节抽汽机组的供热负荷基本持平，这样就可以实现三机四炉仍能保证原供热负荷不变的运行方式。停掉1台炉时，全厂的耗油量将减少1／5，从而达到全厂的最高经济效益。

(4) 2号机改造后，全厂机组在2001年度刚刚过去的采暖供热期所完成的主要生产及消耗指标与2000年同期比较见图2。

由图2可见，发电量、发电厂用电率、发电标煤耗均有较大幅度的降低，而供热量、供热厂用电率、供热标煤耗则变化不大，2001年采暖期与2000年同期相比，减少燃油2万t，扣除减少发电而减少的燃油，则纯节约的燃料直接费用约1 680万元，取得了显著的经济效益。以上尽管是全厂的经济指标，但确实是由于2号机改造成背压机而带来的直接效果，显示了采暖背压机巨大的经济潜力。达到了改造前提出的在保证采暖供热的前提下，减少发电量，进而减少燃油量的预期目的。

4 完善化工作

根据2号机改造后的运行实践，设备系统还存在一些有待进一步解决和完善的工作 。主要内容有：

(1) 背压压力只能控制在0.004 MPa(表压)以下，否则后轴封存在漏汽现象，达不到0.0118 MPa(表压)的设计值。采取的对策是建议上汽将后轴封由平齿式改为迷宫式 ；将排汽涡壳中分面由单侧法兰改为双侧法兰、强化排汽涡壳与汽缸结合面的密封结构。

(2) 运行中主机相对膨胀值达到1.2 mm左右，上限报警光字牌亮，但是也没有继续上升的趋势。采取的对策是建议上汽在经过计算保证汽机整体安全的情况下，拆除原排汽缸上部，并打开排汽缸下部的人孔，借助自然通风进行冷却；将进入抽汽管道的轴封1、2 挡漏汽移至抽汽管道的门后，以防止轴封漏汽反入汽缸，导致膨胀值增加的汽缸加热效应。?

(3) 目前二热的热网加热蒸汽系统为单元制。由于受到热网加热器容量的限制，机组只能在主汽量230 t/h以下的进汽工况下运行，还没有达到改造后机组的额定负荷和最大负荷。根据华北电力集团公司指示，二热在优化2号机改造的基础上，继续将其它3台机组按此改造。随着二热其它机组背压机改造的完成，需将热网加热蒸汽系统改为母管制运行，以便充分发挥背压机的供热潜能，满足不同的运行方式的要求。?

5 结论?

二热2号机的背压机改造从理论到实践均取得了令人满意的成功，并由此可以得出以下结论：

(1) 由抽汽机改为背压机技术安全可靠、结构系统改造简单易行、机组性能得到提高。用较少的资金改造就可以获得极大的经济效益，改造前景令人瞩目。?

(2) 附属热力系统的改造和设备配置进一步简化，性能得到改善。不但回收了原来在凝汽器

的排汽损失，还可以节约由于停运凝汽器、凝结水、射水抽气等系统而消耗的厂用电和厂用水。换言之，随着背压机的改造，系统的相应改造也将带来显著的经济效益。?

(3) 2号机改造后目前在运行中发现的问题，非重大技术问题，不会对改造后的背压机整体性能构成重大影响，而且会随着机组的进一步完善，改造后的背压机的结构和系统配置会更趋合理。

据电科院联机检索，二热2号机这样的采暖背压机的改造，在国内相同型式机组的改造中，尚属首创。实践表明改造后发电能力不减，供热能力却大幅度增长，经济性能提高。当前在我国的电力行业中200、300 MW机组是基本机组，100 MW及以下中小机组，因其技术经济性能较差，属于被限制使用甚至被淘汰的机型。所以二热2号机的改造成功为其它同类机组特别是使用年限不太长的供热机组的改造，提供了一个以低投入、低成本来获取高效益的有效方法。

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