低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱 技術(shù)研發(fā)與應用

1、華電國際十里泉電廠華電國際十里泉電廠140MW汽輪機汽輪機低壓缸低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供循環(huán)水供熱熱技術(shù)研發(fā)與應用技術(shù)研發(fā)與應用內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 華電國際十里泉電廠#5機組（原125MW后經(jīng)增容改造為140MW）于2011年經(jīng)對低壓缸及轉(zhuǎn)子進行改造，實現(xiàn)了低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱，經(jīng)一個冬季采暖期運行考驗，其運行經(jīng)濟性和安全性均達到設(shè)計預期效果。通過熱力試驗驗證：采暖供熱期內(nèi)發(fā)電煤耗率由純凝工況時的353g/kWh,降至139g/kWh，降幅達214 g/kWh。由于汽輪機排汽冷源損失完全被利用，汽輪機熱效率則由41%上升至97%。一、一、循環(huán)水供熱改

2、造項目提出的背景循環(huán)水供熱改造項目提出的背景 在國家節(jié)能減排政策的鞭策和推動下，我國西、北部廣大采暖供熱區(qū)域城市周邊地區(qū)具備供熱條件的發(fā)電企業(yè)，普遍采用純凝機組改供熱的方式參與城市集中供熱。改造方法一般是采用中低壓缸連通管打孔抽汽來實現(xiàn)；在上世紀80年代后期，也有一些小型（一般容量在25MW以下）汽輪發(fā)電機組采用純背壓或高背壓循環(huán)水供熱的先例，但規(guī)模一般較小。循環(huán)水供熱改造項目提出的背景循環(huán)水供熱改造項目提出的背景 2009年9月，山東某發(fā)電廠率先在150MW機組實現(xiàn)了高背壓循環(huán)水供熱改造，經(jīng)09至10年采暖供熱期運行實踐證明，該項改造在冬季采暖供熱工況下取得了顯著的經(jīng)濟效益。但唯一不足的是，

3、汽輪機低壓缸及轉(zhuǎn)子經(jīng)一次性改造后，盡管冬季采暖供熱期能夠?qū)崿F(xiàn)高背壓循環(huán)水供熱，而且具有顯著經(jīng)濟性和安全性，但非采暖供熱期機組運行工況嚴重惡化，機組出力、運行經(jīng)濟性、安全性均無法恢復到原純凝工況，致使全年運行經(jīng)濟性無明顯改善。循環(huán)水供熱改造項目提出的背景循環(huán)水供熱改造項目提出的背景 在認真總結(jié)和深刻分析了150MW汽輪機改造成功的經(jīng)驗及存在的問題后，一致認為：大中型汽輪機實現(xiàn)高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)上是可行的，但期望通過對低壓缸及轉(zhuǎn)子進行一次性改造，即可實現(xiàn)冬季高背壓循環(huán)水供熱，又能保證非供熱期仍具有良好的運行經(jīng)濟性，從技術(shù)上是不可能實現(xiàn)的。、循環(huán)水供熱改造項目提出的背景、循環(huán)水供熱改造項目提出的背

4、景 基于上述分析，提出了汽輪機低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱的改造理念。所謂的低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱，即：在供熱運行工況時，使用新設(shè)計的動靜葉片級數(shù)相對減少的高背壓低壓轉(zhuǎn)子，凝汽器運行高背壓（4045kPa），對應排汽溫度提高至80左右，進行循環(huán)水供熱；在非采暖期，再將原純凝轉(zhuǎn)子和末級、次末級隔板恢復，排汽背壓恢復至原設(shè)計背壓（4.9kPa），完全恢復至原純凝機組運行工況。二、高背壓循環(huán)水供熱改造應具備二、高背壓循環(huán)水供熱改造應具備的技術(shù)條件的技術(shù)條件 高背壓循環(huán)水供熱是在全部停用汽輪機冷端冷卻設(shè)備（循環(huán)水泵、冷水塔），汽輪機排汽完全由城市熱網(wǎng)循環(huán)水回水進行冷卻而工作的，因

5、此，城市熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度、流量及采暖熱水管網(wǎng)總換熱量是否滿足汽輪機最大工況排汽冷卻需要，是決定能否采用高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)方案的先決條件。高背壓循環(huán)水供熱改造應具備的技高背壓循環(huán)水供熱改造應具備的技術(shù)條件術(shù)條件 以140MW汽輪機為例，在高背壓抽凝工況下，汽輪機排汽量為195.25t/h；排汽總熱量為142.727MW；再加中低壓連通管抽汽通過熱網(wǎng)加熱器放出熱量，熱網(wǎng)循環(huán)水總吸熱量可達207MW。 通過熱平衡計算，140MW機組改高背壓循環(huán)水供熱應滿足下列三個條件： 1、城市熱網(wǎng)供熱面積不小于460104 ； 2、熱網(wǎng)循環(huán)水流量應大于7200 t/h； 3、熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度不大于60。三、

6、低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)三、低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱改造的技術(shù)路線水供熱改造的技術(shù)路線 在采暖供熱前，汽輪機低壓缸解體，更換24級高背壓轉(zhuǎn)子及隔板，原末級及次末級隔板安裝位置加裝導流環(huán)；將原凝汽器循環(huán)水切換為城市熱網(wǎng)循環(huán)水。低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱改造的技術(shù)路線熱改造的技術(shù)路線 為盡可能滿足一級熱網(wǎng)與二級熱網(wǎng)的換熱要求，低真空循環(huán)水供熱采用串聯(lián)式兩級加熱系統(tǒng)，熱網(wǎng)循環(huán)水首先經(jīng)過凝汽器進行第一次加熱，吸收低壓缸排汽余熱，然后再經(jīng)過供熱首站蒸汽加熱器完成第二次加熱，生成高溫熱水，送至熱水管網(wǎng)通過二級換熱站與二級熱網(wǎng)循環(huán)水進行換熱，高溫熱水冷卻后再回到

7、機組凝汽器，構(gòu)成一個完整的循環(huán)水路。低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱改造的技術(shù)路線熱改造的技術(shù)路線 在采暖供熱期間低真空循環(huán)水供熱工況運行時，機組純凝工況下所需要的冷水塔及循環(huán)水泵退出運行，將凝汽器的循環(huán)水系統(tǒng)切換至熱網(wǎng)循環(huán)泵建立起來的熱水管網(wǎng)循環(huán)水回路，形成新的“熱-水”交換系統(tǒng)。循環(huán)水回路切換完成后，進入凝汽器的水流量降至6000-9000t/h，凝汽器背壓由57 kPa左右升至4045kPa，低壓缸排汽溫度由3040升至7578（背壓對應的飽和溫度）。經(jīng)過凝汽器的第一次加熱， 熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度由60提升至7075（凝汽器端差3），然后經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓后送入

8、首站熱網(wǎng)加熱器，將熱網(wǎng)供水溫度進一步加熱后供向一次熱網(wǎng)。系統(tǒng)簡圖如下：低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱改造的技術(shù)路線熱改造的技術(shù)路線高中低凝汽器熱網(wǎng)循環(huán)泵熱網(wǎng)加熱器熱網(wǎng)供水熱網(wǎng)回水循環(huán)水泵冷卻塔低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換循環(huán)水供熱改造的技術(shù)路線熱改造的技術(shù)路線 機組在結(jié)束采暖供熱后，退出熱網(wǎng)循環(huán)泵及熱網(wǎng)加熱器運行，低壓缸再次解體，將原26級純凝轉(zhuǎn)子復裝，恢復原循環(huán)水泵及冷卻塔運行，汽輪機運行方式完全恢復至原純凝工況。四、汽輪機本體部分改造范圍四、汽輪機本體部分改造范圍 1、低壓缸改造主要更換部件有： （1）低壓整鍛轉(zhuǎn)子； （2）全部24級

9、隔板包括隔板汽封、圍帶汽封； （3）24級動葉片； （4）導流環(huán)2套； （5）前、后軸端汽封體及汽封圈； （6）中低、低發(fā)連軸器螺栓。汽輪機本體部分改造范圍汽輪機本體部分改造范圍 五、配合高背壓循環(huán)水供熱改造的五、配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它技術(shù)措施其它技術(shù)措施 確保兩條低壓轉(zhuǎn)子前后對輪具有良好互換性的技術(shù)措施確保兩條低壓轉(zhuǎn)子前后對輪具有良好互換性的技術(shù)措施 實現(xiàn)汽輪機低壓缸“雙轉(zhuǎn)子雙背壓互換”的技術(shù)關(guān)鍵點就是保證兩條轉(zhuǎn)子具有良好的互換性，避免在轉(zhuǎn)子更換時對輪螺孔重復鉸孔。 十里泉電廠改造時采取的技術(shù)措施： 1、將汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子、原純凝低壓轉(zhuǎn)子、低發(fā)對輪全部運至汽輪機廠，對低壓轉(zhuǎn)子前后對輪

10、螺孔進行標準化處理，確定對輪螺孔精確坐標。 2、制定嚴密的機加工工藝，利用高精度數(shù)控鏜床加工對輪螺孔。 3、對輪螺栓采用液壓膨脹螺栓，彌補微小加工誤差。 通過采用上述嚴密的加工技術(shù)措施后，成功實現(xiàn)了兩條低壓轉(zhuǎn)子互換，避免了現(xiàn)場重復鉸孔。配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它技術(shù)措施技術(shù)措施 凝汽器改造凝汽器改造汽輪機經(jīng)高背壓循環(huán)水供熱改造后，凝汽器運行工況將發(fā)生較大變化，一是汽輪機排汽溫度由原來的3040提高到7580，凝汽器膨脹量變化；二是凝汽器銅管內(nèi)工作水壓由0.10.15MPa上升至0.550.6MPa；十里泉電廠凝汽器改造方案：1、更換凝汽器銅管及管束布置形式。原

11、銅管改用TP304不銹鋼管，管束布置形式由巨蟒型改為雙山峰型。改造后確保供熱工況具有足夠的安全性，純凝工況下有更好的經(jīng)濟性。2、考慮到TP304不銹鋼管的線脹系數(shù)與凝汽器殼體材料線脹系數(shù)存在差異，避免凝汽器管板脹口承受附加應力，在凝汽器后水室管板內(nèi)側(cè)加裝膨脹節(jié)。3、凝汽器下部支撐彈簧高度進行適當調(diào)整。4、凝汽器進排水管更換具有更大補償能力的膨脹節(jié)。配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它技術(shù)措施技術(shù)措施 開式水系統(tǒng)改進開式水系統(tǒng)改進 供熱期汽輪機冷端設(shè)備停用后，汽輪機輔機設(shè)備冷卻水水源由臨機提供，或加裝小循環(huán)水泵提供。配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它配合高背壓循環(huán)水供熱改造的

12、其它技術(shù)措施技術(shù)措施 汽輪機軸封冷卻器進水加裝板式換熱器汽輪機軸封冷卻器進水加裝板式換熱器 汽輪機高背壓循環(huán)水供熱改造后，由于排汽溫度較大幅度的提高，進入軸封冷卻器的凝結(jié)水溫度也同幅度升高，冷卻能力降低，因此，在軸封冷卻器凝結(jié)水進口加裝一臺板式換熱器，控制軸封冷卻器進水溫度，維持原有換熱能力。配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它技術(shù)措施技術(shù)措施 低壓缸汽封調(diào)整低壓缸汽封調(diào)整 高背壓供熱工況運行時，由于汽輪機排汽溫度的升高，低壓缸下機座向上的膨脹量增大（約增大0.04），因此，在調(diào)整低壓缸汽封（包括葉頂、隔板汽封）時，應充分考慮下部預留間隙，避免汽封摩擦。配合高背壓循環(huán)水

13、供熱改造的其它配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它技術(shù)措施技術(shù)措施 低壓缸末級、次末級隔板處加裝導流環(huán)低壓缸末級、次末級隔板處加裝導流環(huán) 低壓缸安裝24級高背壓轉(zhuǎn)子后，原末級和次末級葉輪、隔板處出現(xiàn)較大空擋，且與排汽導流板不銜接，此處易產(chǎn)生蒸汽渦流，影響低壓缸效率，在改造中設(shè)計加裝導流環(huán)，使汽流平滑過渡，從而達到保持低壓缸較高效率的目的。配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它配合高背壓循環(huán)水供熱改造的其它技術(shù)措施技術(shù)措施 排汽缸低負荷噴水排汽缸低負荷噴水 汽輪機低壓缸高背壓運行工況，低壓末級處于過熱與飽和交變區(qū)，運行工況稍有變化，極有可能進入過熱區(qū)，排汽溫度將大幅度上升，所以，低負荷噴水設(shè)計尤為重要，如噴水

14、位置設(shè)計不當，排汽溫度將難以控制。低負荷噴水合理安裝位置應設(shè)在導流環(huán)出口處，及早與蒸汽混合，有利于控制排汽溫度。六、汽輪機低壓缸六、汽輪機低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循循環(huán)水供熱技術(shù)在十里泉電廠的應用情況環(huán)水供熱技術(shù)在十里泉電廠的應用情況 2010年8月，在完成150MW等級高背壓循環(huán)水供熱改造調(diào)研，在深入分析和認真總結(jié)了汽輪機低壓缸通過一次性改造，實現(xiàn)高背壓循環(huán)水供熱改造的優(yōu)缺點后，提出了汽輪機低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱的初步構(gòu)想，經(jīng)與上汽、哈汽、東汽三大汽輪機廠及北京全四維動力公司進一步調(diào)研收資，充分肯定了改造思路技術(shù)上的可行性，同年11月完成了140MW汽輪機低壓

15、缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱可行性研究報告，并報華電國際、華電集團專家審查會及總經(jīng)理辦公會通過，列入2011年集團公司科技項目。汽輪機低壓缸汽輪機低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水循環(huán)水供熱技術(shù)在十里泉電廠的應用情況供熱技術(shù)在十里泉電廠的應用情況 該工程于2011年11月10日采暖供熱期前完成了整套啟動調(diào)試，11月20日，正式投入運行。2012年3月8日，華電集團公司科技部對該項目組織驗收，在驗收中，各位專家對該項目給予高度評價，并列入華電集團科技推廣項目。（一）機組改造后整套啟動調(diào)試情況（一）機組改造后整套啟動調(diào)試情況 2011年11月8日，改造工程結(jié)束，機組具備整套啟動條

16、件，機組啟動，進行調(diào)試。 整套啟動調(diào)試的范圍及內(nèi)容整套啟動調(diào)試的范圍及內(nèi)容 #5機整套啟動調(diào)試重點是針對“低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”高背壓循環(huán)水供熱改造而進行，因此，調(diào)試的范圍側(cè)重于低壓缸啟動中運行參數(shù)控制、振動測試、汽缸膨脹監(jiān)測、凝汽器安全及供熱性能調(diào)試。（1）低壓缸高背壓啟動性能測試低壓缸高背壓啟動性能測試 在凝汽器改用熱網(wǎng)回水作為冷卻水源，循環(huán)水流量6100t/h，在投用低負荷噴水，汽輪機3000r/min空載運行狀態(tài)下，凝汽器背壓41kPa；低壓缸排汽溫度77。 山東電科院汽機所振動專業(yè)對汽輪發(fā)電機組軸系振動進行全面檢測，實測低壓轉(zhuǎn)子一階臨界值2224 r/min，符合設(shè)計要求（低壓轉(zhuǎn)子

17、一階臨界轉(zhuǎn)速計算值為2221r/min）。實測汽輪機各軸系振動值均在合格范圍。（2）帶負荷性能調(diào)試帶負荷性能調(diào)試 在機組啟動至3000r/min，空載運行完成電氣大修后所有試驗后，發(fā)電機并列運行然后機組解列，做完汽輪機超速試驗，機組重新啟動，接帶負荷，進行帶負荷性能調(diào)試。1）高背壓純凝工況性能調(diào)試 在機組帶負荷、停用低負荷噴水、不投中低壓連通管抽汽運行方式下，測定熱網(wǎng)循環(huán)水流量7070.6t/h、熱網(wǎng)回水溫度52.8，凝汽器出水溫度76。測得該工況點下對應的機組最大電功率為112MW；2）高背壓抽凝工況性能調(diào)試高背壓抽凝工況性能調(diào)試 汽輪機中低壓連通管抽汽流量56 t/h；凝汽器背壓46,75

18、kPa；熱網(wǎng)循環(huán)水回收溫度54.2；凝汽器出水溫度74.26；熱網(wǎng)循環(huán)水流量7010 t/h；機組發(fā)電功率為106.1MW。（二）機組改造后性能考核試驗（二）機組改造后性能考核試驗 2011年12月2426日，委托山東電力研究院對#5機組進行了改造后性能考核試驗，試驗結(jié)果如下： #5機組改造后，進行了三閥點104MW工況、VWO工況、順序閥110MW工況、順序閥95MW工況、順序閥80MW工況、以及抽汽量75t/h、50t/h工況的試驗。試驗以實際測量的凝結(jié)水流量作為計算基準，計算得到3VWO工況、VWO工況、順序閥110MW工況、95MW工況、80MW工況以及抽汽工況下，機組修正后的熱耗率為

19、3670-3780kJ/kW.h，平均值在3710 kJ/kW.h上下，由于機組實現(xiàn)高背壓循環(huán)水供熱，沒有冷源損失，因此隨工況變化，機組熱耗率變化不大。機組高壓缸效率在76.5-78.7%、中壓缸效率在86.5-87.9%之間變化，低壓缸效率約86.8-87%。（三）高背壓循環(huán)水供熱改造經(jīng)濟（三）高背壓循環(huán)水供熱改造經(jīng)濟效益分析效益分析1、項目達到的主要經(jīng)濟技術(shù)指標、項目達到的主要經(jīng)濟技術(shù)指標根據(jù)山東電力研究院十里泉電廠#5機高背壓供熱改造后性能考核試驗報告試驗結(jié)論：（1）機組改造后在高背壓供熱工況下，最高電負荷達到113MW，熱負荷最大達到202.97MW，符合設(shè)計要求。（2）高背壓循環(huán)水供

20、熱工況時，汽輪機冷源設(shè)備退出運行，機組冷源損失為0，汽輪機熱效率達9597.99%。（3）機組改造后不同試驗工況下的熱耗率在36703780 kJ/kW.h，平均熱耗率在3710 kJ/kW.h上下，對應的發(fā)電煤耗率為140.4 g/kWh。與機組改造前純凝工況相比，每個采暖供熱季理論計算可節(jié)標煤4.8萬余噸。全年高背壓循環(huán)水供熱工況與純凝工況加權(quán)平均綜合供電煤耗率預計可完成266 g/kWh。（4）#5機組自2011年11月20日正式供熱，截止2012年2月13日，累計供熱量123.55104GJ；供熱時間按110天計，#5機整個采暖供熱期可實現(xiàn)供熱量159.9104GJ。高背壓循環(huán)水供熱改造經(jīng)濟效益分析高背壓循環(huán)水供熱改造經(jīng)濟效益分析2、項目經(jīng)濟效益分析、項目經(jīng)濟效益分析供熱改造后總收入19495.6供熱期110天1、供熱收入7473.482、發(fā)電收入120022.12供熱期（平均負荷96.5MW）二、純凝發(fā)電收入14949.