三缸三排汽200 MW纯凝汽轮机组背压改造后对机组运行的影响分析及应对措施

董凤亮

（华电能源股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001）

三缸三排汽200 MW纯凝汽轮机组背压改造后对机组运行的影响分析及应对措施

董凤亮

（华电能源股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001）

对于三北地区，特别是东北等高寒地区，“以热定电”现象很大程度上决定了供热机组在冬季运行的机组出力。如何在有限的机组容量下实现供热量最大化是华电富拉尔基电厂所面临的一个问题，对汽轮机进行背压改造很好地解决了上述问题。本文就三缸三排汽200 M W纯凝汽轮机组背压改造后对机组运行的影响分析及应对措施展开讨论。

汽轮机；机组影响；背压改造

现阶段，节能减排是火力发电机组发展的主要方向，如何实现环保和节能双重效益，是本文研究的目标。以下对华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂200 MW汽轮发电机组高背压供热改造项目进行研究，分析200 MW汽轮发电机组供热期高背压供热改造项目，有利于提高机组热效率，能够大幅度降低汽轮发电机组的能耗水平，给企业带来可观的经济效益，也可有效地解决城镇日益扩大的热网需求。

1 项目简介

华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂位于富拉尔基区新电街1号，距富拉尔基城区中心8.5 k m，总装机容量1200 MW，分为二期建设，一期3台200 MW机组，二期扩建3台200 MW机组，共6台200 MW凝汽式机组。汽轮机均为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司20世纪80年代产品，汽轮机为冲动式三缸三排汽凝汽式汽轮机，分别于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投产发电。

汽轮机采用高背压供热改造技术，减少了循环水带走的冷端损失，扩大热网供热能力，降低机组运行热耗，实现电厂节能减排、节约用水的目标。符合国家“节能减排”、降低环境污染和创造经济效益的原则。

2 背压改造的必要性

随着我国环境问题日益严峻，发电装机结构调整，特别是《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求，“到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时”。富发电厂要想求生存求发展必须进行热电联产改造。齐齐哈尔中心城区南部供热分区，目前没有大型集中供热热源。截止到2015年底，本供热区域内现有供热面积1400万平方米，现有区域锅炉房10座，锅炉32台，供热面积835.5万平方米；现有分散小锅炉房75座，锅炉98台，供热面积564.5万平方米。由于现有分散采暖锅炉不能满足环保要求，能效低，制约着城市的发展，因此，齐齐哈尔市政府决定全部拆除现有分散采暖锅炉，建设大型集中供热热源，实现大型集中供热，不仅能给齐齐哈尔市区提供稳定、可靠、高品质的热源，而且能有效节约能源，减少城市污染，对改善居民生活环境，方便居民日常生活，合理利用城区有效空间等，都具有积极的意义，其经济效益、环境效益和社会效益均十分显著。

3 背压改造技术方案论证

锅炉来的新蒸汽通过两个高压主汽阀，四个高压调节阀(一个主汽阀和两个调节阀组成一体)进入高压汽缸，蒸汽经高压通流部分做功后，通过高压缸排汽口排出高压缸，进入中间再热器后，再通过两个中压主汽阀、四个中压调节阀进入中压缸，中压缸排一部分进入1#低压缸，另外一部分经中低压连通管排入2#、3#低压缸。汽轮机采用喷嘴调节，负荷变化时主要靠高压调节汽阀进行调节。当负荷低于额定负荷的35%时，中压调节汽阀才起作用。高、中压主汽阀及调节阀均采用单阀座，带有预启阀结构。

3.1 汽轮机改造原则

汽轮机供热改造遵循以下原则。

（1）汽轮机组现有的高、中通流不变。

（2）汽轮机进汽参数不变。

（3）汽轮机高、中、低压缸安装尺寸及对外接口尺寸不变。

（4）汽轮机中压主汽门、调门不动，前、中、后轴承座与基础接口不变，转子与发电机及主油泵的联接方式不变，与盘车装置连接方式及位置不变。

（5）汽轮机组的基础不动，对基础负荷基本无影响，机组的轴向推力满足设计要求。

3.2 汽轮机改造方案分析

（1）采暖期运行。①取消1#、2#、3#低压缸3×5级通流，去掉低压全部隔板和纯凝低压转子。②新设计中转子取消原低压部分的5级叶轮叶片，采用等径配重套筒替代原有5级叶轮。取消1#低压缸中的隔板套及隔板，新设计三级密封堵板，防止中压排汽进入1#低压排汽缸。2#、3#低压缸重新设计一根低压光轴转子，只起到将中压转子和发电机转子连接传递扭矩的作用。为保证新旧转子的互换，新中压转子、新低压光轴转子仍采用套装结构，其重量、扬度和临界转速与原转子基本相同。新设计中压转子及低压光轴转子前后轴径仍采用原机组轴径尺寸，在转子互换时，无需更换原中压和低压支持轴承。③机组在供热运行期间，在2#、3#低压缸隔板槽内安装新设计隔板槽保护部套，以防止低压隔板槽在供热运行时变形、锈蚀。④机组以热定电方式运行，需对调节系统改造，使机组具备供汽压力调节功能。⑤改造供热运行后，机组最大供汽量可达512.9 t/h，供汽压力为0.245 MP a。

（2）非采暖期运行。机组在非供热期（夏季）要恢复纯凝汽工况运行，在冬季供热期应将换下的原中压转子、原低压转子、低压隔板等设备部件进行维护保养，便于夏季重新安装后直接恢复纯凝汽运行，为此要向电厂提供专用的转子及隔板支架。夏季纯凝汽运行时，同样应保养好换下的供热中压转子、低压光轴转子等设备。

4 技术改造技术措施及影响

4.1 对汽轮机轴系标高的影响

低压缸真空度、凝汽器重量及后汽缸温升都会对机组运行时轴系标高产生影响。

对低压缸运行标高产生最大影响的就是低压排汽缸温升产生的热膨胀变形量，原机组纯凝工况排汽温度为33.4度，高背压运行时，低压缸不再作功，没有蒸汽流入，#1低压缸的温升主要由于堵板热传导产生，2#、3#低压缸温升主要由于转子鼓风造成，通过凝汽器在供热时投运以及#1低压缸持续喷水降低低压缸温度，1#、2#、3#低压缸温度一般不会超过65度，温升为31.6℃，此时低压转子运行标高抬升约为0.32 mm，原机组设计低压缸排汽温度在80℃以下机组基本安全。检查机组排汽温度在65度时的相关运行记录，如转子振动情况良好，在供热期可维持原机组轴系标高运行，不进行处理。如振动情况不好，可减小4#、5#轴承下的垫片厚度，减小量约为0.15 mm。从数值反应转子瓢偏情况应该不是很严重。新光轴转子及中压转子安装时需仔细检查转子张口情况。按现有情况看，新转子安装后，轴瓦振动基本不会发生大的变化。

4.2 汽轮机胀差影响的措施

高中压缸各级流量基本不变，各级温度、焓降基本不变，高中压缸转子和汽缸膨胀量基本不会发生变化。低压缸在冬季高背压供热工况运行时停止运行增加1#低压部分胀差变化，经核算，运行状态下，低压转子与低压缸的温升较低35～45℃，正常运行工况下，低压转子及汽缸的绝对膨胀量都不大，差胀±0.7 mm。原设计轴封间隙能满足运行要求。

4.3 轴向推力影响的措施

机组抽汽供热运行时，1#、2#、3#低压缸都不再运行。机组2#、3#低压缸为对称结构，取消运行对机组轴向推力没有影响。1#低压缸取消运行，机组的正向推力减小。为了平衡取消1#低压缸减小的正向推力，对中压缸前汽封改造来增大正向推力。将机组的中压缸调端轴封直径减小，即可增加正向推力，使得机组轴向推力供热运行期间与纯凝运行期间基本相同，完全满足机组安全运行需要。目前2#汽轮机运行数据显示，发电机功率196 MW工况，推力瓦平均瓦温62.3度，最高77度，机组改造后原有推力轴承应能满足运行要求。

4.4 控制系统措施

改背压运行后，需对原控制系统进行相应改造。排汽管道上安装有压力调节阀，控制系统可根据排汽压力的变化调整压力调节阀的开度，使排汽压力稳定保持在设计范围内。如果汽轮机以热定电方式运行，调节系统改造后，可通过控制主汽调节阀开度增加或减少机组进汽量，来完成排汽压力调节功能。

4.5 对中压缸隔板、叶片强度的影响

原机组额定纯凝汽工况下，中低压缸分缸压力为0.23 MP a，改造后中压缸排汽压力为0.22～0.245 MP a，排汽压力通过供汽管道上调节阀来调整，使末级压差压力范围始终保持在不大于原纯凝汽运行时的最大压差，从而保证中压末级的安全。

5 结语

高背压供热改造后，机组采用双转子互换形式，非供热期仍采用原机组转子，低压缸以纯凝形式运行；供热期低压转子采用新中压转子及低压光轴转子，只起连接作用，1#、2#、3#低压部分并不作功发电，中压排汽全部用于供热，充分利用汽轮机排汽供热，减少冷源损失，增大供热量，同时降低机组运行煤耗，机组供电煤耗为160 k g/k W·h，实现电厂节能减排、节约用水、创造经济效益的目标。

[1]哈尔滨汽轮机厂N2 0 0-130/535/535汽轮机运行规程．

[2]李子芳．135 MW等级汽轮机的改进研究—以双背压转子互换循环水供热技术为例.技术研发，2014．11:44～45．

F 426.61

：A

：1671-0711（2017）12（下）-0042-02