135 MW 等级汽轮机的改进研究——以双背压双转子互换循环水供热技术为例

李子芳

(广西电力工业勘察设计研究院 机务部，广西 南宁530023)

0 引言

通常情况下，火力发电厂的汽轮机排出的蒸汽通过凝汽器冷凝成水，而这些水又被再次加热，最后通过冷却塔以气体的形式进入大气，从而导致热量的损失。这部分热量的损失造成汽轮机效率处于一个较低的水平，如果把这部分热量再次利用，汽轮机的效率将会得到很大的提升。为了使这部分热量得到再次利用，科研人员开发出一项专门针对汽轮机的双背压双转子互换循环水供热技术。该技术实现的思路就是:在采暖期使汽轮机运行于高背压状态，这样就使凝汽器中循环出水温度大大提高，再把凝汽器和采暖供热系统进行整合，使凝气器循环水参与采暖供热系统的供暖。这样就可以把原先通过冷却塔排入大气的热量再次利用，从而实现了能源的节约和汽轮机效率的提高。

当前，该技术在我国北方得到普遍的应用，为节约能源和保护环境做出不菲的贡献。但这种技术大部分场合是被应用于装机容量较小的汽轮机［1］，该技术的实现方法、安全性和经济性被多个科研工作者分析和探讨，已经日趋成熟。本文在某发电厂135 MW 等级汽轮机上应用双背压双转子互换循环水供热技术，实现汽轮机在采暖期的高背压供热状态和非采暖期的低背压状态的切换。

1 汽轮机低压缸通流部分的改进

汽轮机低压缸流通部分的主要改进工作如下:在采暖期用2 ×4 级低压转子代替原有2 ×6 级转子，并关闭汽轮机最低两级的加热器，这样就仅有除氧器、2 台高加和2 台低加处于运行状态，从而使排气背压大大增加;而非采暖期，再把转子恢复到原状态。

2 汽轮机的改进状况

2.1 低压转子的技术改进方法

2.1.1 静叶叶型的改进

对采暖期所应用到的2 ×4 级低压转子的隔板静叶片的叶型进行改进，使其攻角范围得到提升，从而使其工况得到大大改善，进而提高整个低压转子的工作级效率。

2.1.2 动叶叶型的改进

对动叶叶型进行改进，改善汽道上下流速的分布，从而使动叶效率得到提升。

2.1.3 自带冠动叶片的应用

所有动叶片通过自带围带进行联接，这些围带结构为内斜外平，从而形成一个光顺的子午面通道。

2.1.4 叶顶汽封的改进

更改动叶顶部汽封设计，用疏齿式可调汽封代替除了末级动叶外的所有动叶的汽封，从而减少因漏汽而带来的能量损失。

2.1.5 隔板的改进

隔板全部改进成焊接钢结构，焊接钢结构有加工精度好，使用寿命长的优点。

2.2 改进后的低压转子状态

改进后的低压转子为整锻无中心孔转子，其材料为30Cr2Ni4MoV，所有叶轮遵循等强度设计原则进行设计，共有2 ×4个通流级数。与原设计相比，改进后的转子重量大为减少，为了使低压转子转速和轴承载荷基本保持不变，增大隔板汽封直径。

2.3 改进后的动叶片状态

本文对动叶进行优化设计，应用当前主流的三维扭叶片技术。所有动叶片通过自带围带进行联接，这些围带结构为内斜外平，从而形成一个光顺的子午面通道。参考当前主流的汽轮机设计思路，叶根采用粗大可靠的结构，同时在其设计过程中兼顾调频和非调频时的动强度校核。

2.4 改进后的隔板和隔板汽封、围带汽封

改进后的低压部分共有8 组隔板，本文中应用焊接结构，并把所有静叶改进为弯扭叶型。叶顶汽封全部应用梳齿结构，而隔板和轴端汽封全部应用直平齿结构。为了方便检修，应用螺栓实现全部隔板中分面的紧固。如图1 所示，即为改进后的隔板和隔板汽封、围带汽封的示意图。

图1 改进后的隔板和隔板汽封、围带汽封的示意图

2.5 改进后的凝汽器

由于135 MW 等级汽轮机在设计时并未考虑到高背压工况，因此其原设计的凝气器不能满足要求。因此需要对其进行一定的改进，本文对凝汽器进行整体加强，使其在不影响低背压时经济性的前提下，同时确保其在高背压工况下的安全性。改造后的凝汽器全焊结构，主要由壳体、喉部、水室、膨胀节等构成。

3 分析135 MW 等级汽轮机改进后的试验结果

本文对某热电厂的135 MW 等级汽轮机应用双背压双转子互换循环水供热技术进行改进，然后对其进行性能试验，进而依据试验结果分析改进后的带电负荷能力、供热能力和相关经济指标。

3.1 改进后的试验结果

对改进后的汽轮机进行高背压工况试验，该工况下135 MW等级汽轮机的带电负荷最高为113 MW，供热能力为202.97 MW。由于汽轮机运行于高背压工况，其原设计中的冷水塔和轮机循环水泵不需要工作，由热网循环泵搭建的“热-水”交换系统代替其作用，这将使汽轮机的能耗大为降低，其热循环效率被提高到96.67%。综合考虑汽轮机采暖期和非采暖期工况发电煤耗，改进后的135 MW 等级汽轮机的发电煤耗为266.3 g/kW·h，较之为改进前有质的飞跃。改进后的汽轮机平均日供热1.45 万吉焦，若采暖期按110 天计算，可知其在整个采暖期供热量为159.9 万吉焦。

3.2 改进后的试验结果分析

3.2.1 改进后的经济效益分析

改进后的135 MW 等级汽轮机高背压发电时发电功率为112 360.3 kW，而原设计发电功率为140 255 kW。本文在135 MW 等级汽轮机改造中总投入为5876 万元，其他数据如表1。

表1 改进后的汽轮机的经济效益分析

分析表1，可知本文的改进可以每年给该火电厂带来2 837.93万元的净利润，同时考虑固定资产折旧费用为293.80 万元/年，也就是说该改进每年可以为该火电厂增加现金流3 131.73 万元，换句话说也就是该改进可在1.88 年后收回投资。由此可见，该改进的经济效益甚为可观。

3.2.2 改进后的社会效益分析

该火电厂通过对其135 MW 等级汽轮机进行改造，可以每年向用户提供159.9 万吉焦热量，而这些热量可以使城市的供暖面积增加399.75 万m2，与此同时可以减少将近5 万t 标准煤的消耗。改造后的汽轮机在供暖期提供的热量相当于原先140 台小型供热锅炉提供的热量，这类小锅炉的煤耗较高，大约为65 kg/吉焦，而改造后的汽轮机的煤耗仅仅为42 kg/吉焦，换句话说就是改造后的135 MW 等级汽轮机每个供暖期相比于小锅炉要节约3 万多吨标准煤。这也意味着采暖期应用改造后的135 MW 等级汽轮机供暖可以节约8 万多标准煤，从而减少了大约600 t 氮氧化合物、近22 万t 二氧化碳和1 800多吨二氧化硫。由此可见，其社会效益相当可观。

4 结语

应用双背压双转子互换循环水供热技术对135 MW 等级汽轮机进行改进获得不菲的经济效益和社会效益，为其他等级汽轮机的供热改进提供方向和参考，该技术具有很强的推广价值。

文献参考:

［1］ 赵伟光，李心国，江敏.东海热电厂3 号汽轮机组低真空供暖改造经济性评价［J］. 东北电力技术，2005(10):1-5.

［2］ 张秀琨，郑刚，刘传威，等. 抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用［J］. 上海电力学院学报，2009，25(6):543 -546.

［3］ 郑杰. 汽轮机低真空运行循环水供热技术应用［J］. 节能技术，2006(4):380 -382.

［4］ 靳智平.电厂汽轮机原理及系统(第二版)［M］.北京:中国电力出版社，2007.

［5］ 雍干.1000 MW 抽真空系统优化探讨［J］.电力科学与工程，2010，26(11).