背压式汽轮机驱动热网循环水泵的应用及效果分析

摘 要：本文结合大唐洛阳热电有限责任公司汽动热网循环水泵的成功运行实例，重点介绍了背压式汽轮机在驱动热网循环水泵应用过程中，背压式汽轮机初终参数选择、排汽逆止门、轴封漏汽、保护配置情况等设计和调试运行过程中问题和解决方法，并简要分析了背压式汽轮机驱动热网循环水泵的经济性，对供热首站热网循环水泵选择背压式汽轮机驱动方式的设计选型、系统施工、实际运行具有较强的借鉴意义。

关键词：背压式；汽轮机；热网；循环水泵；驱动

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.032

0 前言

热网循环水泵是集中供热热网首站完成采暖水循环的重要设备，随着城市供热和民生关注度的持续提高，供热企业对热网循环水泵运行的可靠性的要求越来越高。同时热网循环水泵具有在供热期连续运行的特点，其驱动形式对供热耗电率影响较大，直接关乎供热企业的经济效益，随着背压式汽轮机运行可靠性的不断提高，以及电网调度负荷的特点，越来越多的供热企业选择了背压式汽轮机作为热网循环水泵的驱动形式，大唐洛阳热电有限责任公司结合热网系统升级改造，应用了背压式工业小汽轮机驱动热网循环水泵，在应用过程中成功解决设计和运行中的的相关问题，对热网循环水泵选择背压式汽轮机驱动方式的设计选型、系统施工、实际运行积累较为丰富的实践经验。1 设备简介

大唐洛阳热电有限公司5、6号机组为哈汽生产C320/250-16.7/0.4/537/537型亚临界、一次中间再热、单轴双缸双排汽、单抽供热式汽轮机。采暖抽汽取自中压缸排汽，最大供汽能力500t/h。热网首站原配置4台电动机+液力偶合器驱动热网循环水泵，4台3200 t/h热网加热器，供水能力12000 t/h ，供回水温度为70/130℃。通过系统改造将原有4台电动机+液力偶合器驱动热网循环水泵，改造为2台背压式汽轮机驱动的热网循环泵和2台变频器驱动的热网循环泵。背压式汽轮机的系统流程为：背压式汽轮机进汽使用主机冷再热蒸汽，排汽进入热网加热器加热热网循环水，凝结水通过热网疏水泵回收至高压除氧器。

2 背压式汽轮机的初终参数选择

2.1 初参数选择。

热网循环泵驱动使用的背压式汽轮机在设计选型阶段，首要是汽源的选择。背压式汽轮机汽源取自主机抽汽段，选用的参数越低，对主机整体经济性越好，但参数越低，做功能力越差，同样功率情况下，所需的蒸汽量越大。同时，汽源参数的选择受汽轮机排汽冷源即热网加热器正常运行压力的限制，即背压式汽轮机进汽压力必须大于热网加热器运行最高压力，背压式汽轮机才具有做功能力。第三、背压式汽轮机进汽量必须以满足主机安全运行抽汽量为前提，在既定抽汽参数的抽汽量下，必须进行主机的安全性校核计算，安全校核合格后，确证抽汽汽源的可行性。因此在进行热网循环水泵背压式汽轮机设计选型时，必须从背压式汽轮机所需功率、热网加热器运行压力、抽汽参数、抽汽量校核主机安全性等方面综合核算，选定背压式汽轮机的初参数。

2.2 终参数选择。

背压式汽轮机终参数的选择，主要考虑排汽冷源，即热网加热器运行压力和排汽管道阻力两方面因素。热网加热器压力受加热汽源压力和热网加热器出口水温的影响，对于进汽量可调整的热网加热器，热网加热器内部压力可取用热网加热器出口水温加上5-10度的端差对应的饱和压力近似替代，背压式汽轮机排汽压力必须大于热网加热器内部压力，背压式汽轮机终参数的选取对功率影响较大，设计终参数选取如果低于实际运行热网加热器内部压力，可能造成背压式汽轮机无法达到额定功率或耗汽量增大等现象，对热网循环泵的运行可靠性造成影响。因此在背压式汽轮机终参数选取上应考虑一定的裕量，以保证背压式汽轮机的额定功率。由于热网加热器出口水温是热网加热器内部压力的主要影响因素，进而影响背压式汽轮机终参数选择，尽量选择出口水温相对较低的热网基本加热器作为背压式汽轮机的排汽冷源，符合能量的“梯级利用原则”。不同地区，不同企业热网加热器设计出口水温不同，背压式汽轮机终参数应根据实际热网加热器出口水温合理选择。

大唐洛阳热电有限责任公司热网循环泵额定功率2365KW，驱动背压式汽轮机汽源取自冷再热蒸汽，最大抽汽量50t/h，主机进行安全校核合格；热网加热器出水温度最高130度，背压式汽轮机排汽压力选择0.4MPa，大于热网加热器内部压力，满足热网循环泵额定功率的需求，具有较高的可靠性。

3 背压式汽轮机额定转速和轴承形式的选择

背压式汽轮机的额定转速选择必须与相应热网循环水泵的转速选型匹配，通常由两种选择，额定转速3000转/分和额定转速1500转/分。额定转速较高时，轴承振动对背压式汽轮机轴系中心等安装工艺要求严格，容易发生振动超标，对机组的运行维护水平要求相对较高。额定转速较低的背压式汽轮机外形尺寸相对较大，尤其对于改造项目系统布置对安装场地要求较高。背压式汽轮机的轴承采用的是落地式轴承座支撑形式，轴承润滑采用油池润滑形式，冷却水取自主汽工业冷却水。

4 背压式汽轮机的排汽逆止门

背压式汽轮机排汽进入热网加热器，为防止异常工况下，热网加热器内部蒸汽反向进入背压式汽轮机，背压式汽轮机排汽上设置排汽逆止门，排汽逆止门的形式通常选择扑板式逆止门。由于背压式汽轮机排汽参数相对较低，排汽管道管径较大，在背压式汽轮机启动暖机过程中，汽轮机进汽量达到一定数值，扑板式逆止门前后压差增大至将逆止门冲开的临界状态，在扑板式逆止门的自身重量和汽流的冲击力共同作用下，逆止门发生频繁则开关，引起排汽管道的冲击振动，影响背压式汽轮机及排汽管道的安全性和可操作性。为消除这种现象，可以选择具有一定能够强制外力形式的逆止门如：重锤式逆止门。或者通过增加背压式汽轮机排汽逆止门旁路的形式给予消除，这种旁路逆止门的形式相对简单，能够有效解决背压式汽轮机启动暖机过程中排汽逆止门的振动问题

5 背压式汽轮机轴封系统

背压式汽轮机相对凝汽式汽轮机排汽压力设计相对较高，不存在通过轴封向机组内漏空气问题，不需要单独设置轴封供汽系统，但存在轴封外漏蒸汽，轴封蒸汽外漏对汽轮机转子的加热作用以及外漏蒸汽进入轴承造成润滑油质恶化，造成轴承温度升高，油质乳化，油膜破坏甚至烧瓦事件，对机组安全运行构成威胁，因此有效解决轴封蒸汽外漏是背压式汽轮机安全运行的必要保证。

背压式汽轮机轴封漏汽回收主要有两种方案，第一种方案是轴封漏汽回收至主机轴封加热器，优点是利用原有的轴封加热器加热凝结水，疏水通过水封回收至凝汽器，轴封漏汽热量和工质均得到回收。这种方案需要核算轴封漏汽量对轴封加热器运行安全性的影响，同时背压式汽轮机轴封至主机轴封加热器距离不能太远，轴封漏汽管道阻力不能太大，距离和阻力较大，使轴封漏汽口处压力大于大气压力，背压式汽轮机轴封漏汽外漏，无法解决轴封漏汽问题。

第二种方案是使用压力匹配器即射汽式抽汽器，通过背压式汽轮机的进汽高压蒸汽引射轴封漏汽，排汽进入热网加热器的方式回收轴封漏汽，凝结水通过热网系统疏水泵回收至主机汽水系统循环。优点是轴封漏汽回收至热网加热器，轴封热量和工质能够有效回收。这种方案需要对射汽式抽汽器参数尤其是排汽压力适当选取，保证抽汽器排汽能够进入热网加热器。由于轴封抽汽器排汽进入热网加热器，长期运行势必造成热网加热器内部积存空气，因此轴封抽汽器调整以背压式汽轮机轴封无漏汽为度，同时必须单独设置热网加热器的排空气管道，运行中连续排除积存空气，避免热网加热器因积存空气造成换热不良。

大唐洛阳热电有限责任公司热网循环泵驱动使用的背压式汽轮机轴封射汽式抽汽器汽源取自背压式汽轮机进汽，抽汽器汇入背压式汽轮机排汽逆止门后管道进入热网加热器，热网加热器设置独立排空气管道，应用效果良好。

6 背压式汽轮机保护设置

背压式汽轮机通常设置的保护有超速保护、排汽压力高保护、主汽轮机跳闸保护、轴承温度高保护、轴承振动大保护。保护设置应充分考虑驱动设备的运行特性和要求，对于供热企业，对热网循环泵的运行可靠性要求相对较高，驱动的背压式汽轮机保护设置以简单和必要为原则，保护设计上应避免使用单点保护，防止保护的误动和拒动，造成热网循环水泵的可靠性降低。

7 背压式汽轮机的转速调节

背压式汽轮机的转速调节应采用闭环调节。转速开环调节时，由于背压式汽轮机进汽汽源取自主机相应抽汽，抽汽压力受主机接带负荷影响，变化区间较大， 造成背压式汽轮机转速变化较大，增加调整难度；在热网循环泵出力大幅减小时，由于转速开环调节的滞后特性，增加了热网循环泵超速的安全风险。转速闭环调节时，在热网循环泵出口母管压力变化的动态过程中，对转速调节特性要求较高。在热网循环泵出力发生大幅变化时，调节过程应避免热网循环泵超速和过负荷现象的发生。

8 背压式汽轮机的经济性分析

热网循环水泵采用电动机驱动和采用背压式汽轮机驱动，两种驱动形式的经济性比较关键在于，比较基准的一致性，必须折算到同一边界条件下，经济性分析才具有实际意义。比较的原则是：在同样的供热负荷条件下，采用两种不同驱动方式运行成本、对煤耗影响情况以及投资回收期等指标的比较。

从运行成本和对煤耗影响方面分析。热网循环水泵采用背压式汽轮机驱动时，需要使用主机抽汽段部分抽汽作为背压式汽轮机进汽，这部分抽汽失去继续通过主汽轮机做功的机会，通常情况下，背压式汽轮机的效率低于主机汽轮机效率。因此相对于采用电动机驱动方式，在同样的发电功率下采用背压式汽轮机，运行成本将会增加，机组的发电煤耗将会升高，升高的幅度取决于背压式汽轮机相对主机效率降低幅度。同时由于热网循环泵采用背压式汽轮机驱动，降低厂用电率，上网电量增加，对供电煤耗的影响取决于运行成本增加幅度和上网电量增加幅度的综合因素。根据大唐洛阳热电有限责任公司热网的实际数据计算，热网循环水泵采用背压式汽轮机驱动相对于采用电机驱动方式，发电煤耗略有增加，而供电煤耗有所下降。

从经济效益上分析，热网循环水泵采用背压式汽轮机驱动降低了机组厂用电率，根据电网按照机组发电负荷调度的特点，机组厂用电量的降低，机组上网电量将增加。综合考虑燃料价格等运行成本因素，上网电量只要存在一定的边界利润，对于发电企业来讲，经济效益是明显的。大唐洛阳热电有限责任公司采暖季采用背压式汽轮机驱动的热网循环水泵运行，相对电机驱动的热网循环水泵一个采暖期内增加上网电量900万KW.h，增加企业利润315万元，经济效益显著。

9 结论

通过大唐洛阳热电有限责任公司汽动热网循环水泵的成功应用实例，说明对于供热机组，热网循环水泵采用背压式汽轮机驱动，并且背压式汽轮机排汽进入热网加热器的驱动形式，相对于采用电机的驱动形式，两种驱动形式对主机发电煤耗影响不大，对机组供电煤耗的降低略微有利，在一定的供电边际利润条件下，对发电企业具有较为显著的经济效益。在具体的实现方案上，应根据企业供热参数、机组的实际状况，注重对背压式汽轮机设计选型，初终参数合理优化，有效解决调试运行过程中的实际问题，热网循环水泵采用背压式汽轮机驱动在技术和经济效益上均是一种较为可行的方案。

参考文献：

[1]郑体宽.热力发电厂（第二版）[M].中国电力出版社，2008（12）.

[2]中国动力工程学会主编.火力发电设备技术手册（第二卷）汽轮机[K].机械工业出版社，2004（06）.

作者简介：吴小川（1974-），男，河南洛宁人，工程师，现任大唐洛阳热电有限责任公司设备管理部主任。