100MW机组低压缸高背压供热改造

王新　王学博

摘要：本文主要介绍N1008.38/535型高温、高压、双缸、冲动、凝汽式汽轮机，在保持现有锅炉参数及现有高压通流部分不变的前提下，通过对100MW汽轮机高背压循环水供热改造，将原来从冷却塔排入自然界的热量回收利用，在冬季供热工况中增加供热面积，同时保证低压缸高效率运行，机组安装投运后，该机组各项指标达到设计标准，运行情况及各项技术指标稳定，运行期间的煤耗显著降低，达到了提高汽轮机组经济效益的目的，同时对同类型机组的低压缸高背压供热改造提供借鉴的意义。

关键词：低压缸；通流改造；高背压；循环水供热

1 低压缸高背压供热改造要求及影响分析

1.1 原机组的基本结构

原机组为两个汽缸的分缸式结构，包括一个高压缸和一个双排汽的低压缸。整机共25级，其中低压缸为对置分流的双排汽低压缸，低压转子为套装转子有2×5压力级，低压末级采用4叉叶根的665mm叶片，额定背压为4.9KPa。

1.2 低压缸高背压循环水供热改造要求

机组改造要求在保持现有锅炉参数及现有高压通流部分不变的前提下，通过对低压缸通流改造，实现高背压循环水供热的目的。改造后，凝汽器高背压工况下热网循环水回水温度为50℃，额定背压43.6KPa，凝汽器的出水温度为72～75℃，低压缸壳体不变，低压缸的原支撑方式不变，汽轮机各轴承座不变。

1.3 低压缸高背压循环水供热改造对机组的影响

低压缸高背压循环水供热改造后，对机组运行主要有以下影响：

1）背压升高对端部汽封封汽效果影响；

2）汽轮机高背压供热工况，低压末级处于过热与饱和交变区，应保证排汽温度不超温；

3）在循环水回水温度低时末级叶片的强度。

2 低压缸高背压供热改造方案

采用双背压双转子互换方案，可以保证机组在采暖期和非采暖期运行都具有良好的经济性，即：采暖供热期间使用动静叶片相对减少的新高背压转子及相应的隔板，通过新设计的转子和隔板，达到要求额定背压43.6KPa；非采暖期使用原低背压转子及相应的隔板。低压缸供热改造采用上述方案，新低压转子对轮和原机组的高中压转子、发电机转子连接使用液压螺栓，这样解决了转子对轮连接的问题。

3 低压缸高背压供热双转子互换的特点

3.1 采用双背压双转子互换结构

为了增大机组供热能力，提高机组供热运行经济性，对低压缸实施双转子互换低真空高背压供热改造。

新设计的低压转子级数由原来纯凝低压转子的2×5级减少至2×3级，调整了叶片几何尺寸，满足机组额定背压43.6kPa、最大背压48KPa的运行要求。

主要改造的内容：低压整锻转子；全部2×3级隔板包括隔板汽封、围带汽封；2×3级动叶片； 进汽分流环1套，排汽导流环2套；前、后轴端汽封体及汽封圈；导流环喷水装置。

3.2 低压通流改造采用的技术措施

1）对低压通流部分进行全面优化设计。①将现在高背压供热工况下的新的13级放在原来纯凝工况的24级的位置；②在第一级隔板外环前伸出一部分，保护原第一级的槽档，减少供热运行时产生的氧化腐蚀；③在原末级位置加装了导流环，对低压排汽有很好的导流作用。

2）全部静叶采用后加载弯扭联合成形静叶栅。正反1～3级隔板采用焊接结构。正反所有级动叶采用性能优良、型损较低的新叶型，且动叶采用内斜外平自带冠、多齿结构汽封。

3）前后轴端汽封采用密封性能良好的蜂窝汽封。

4）该机组改造后背压变化大，接近空冷机组运行环境，因此末级动叶采用的轴向宽度大，叶片抗弯性能好的叶型，并增加了防腐蚀的电火花强化措施。叶根采用4叉叶根，它与T型或双倒T型叶根相比，刚性大，防腐蚀性能好。并按照了空冷末级动叶的强度考核标准考核，保证机组安全运行。

3.3 低压缸高背压供热改造的主要结构

1）新设计的低压转子。新设计的低压转子整锻转子，采用材料为30Cr2Ni4MoV，左右对称分布2×3级叶轮。30Cr2Ni4MoV钢目前广泛应用于大功率汽轮机的低压转子，σ0.220=760Mpa，转子的强度和轴系振动特性完全要求。

2）低压隔板。正反共6级隔板全部采用焊接结构，隔板材料为ZG230450，静叶片材料为1Cr13。叶根子午面扩张技术，改善了隔板子午面的气动性能，同时末级隔板设计了去湿装置提高了机组的可靠性。

3）動叶片。新设计的转子动叶轴向宽度大，叶片和叶根刚性好，低压第1、2级为外包倒T型叶根，低压第3级为四叉型叶根，末级叶片长度：258mm。动叶片材料为2Cr13。

4）导流环喷水系统。导流环的低负荷喷水系统的设置是为了机组在启动或低负荷时，由于蒸汽流量较小，再加上末级叶片在运行中摩擦鼓风的影响使低压缸排汽温度升高，为了机组的安全运行所设计的保护系统。当低压缸排汽部分的温度达到82℃时，DCS经判断后指示电磁阀打开，经过滤水器的除盐水，由装设在排汽缸上的雾化喷嘴进行喷水冷却。汽轮机在电厂安装且喷水系统外部管路接好后，做喷水试验检查喷嘴雾化情况并避免水直接喷到末级动叶片上。

4 小结

通过对低压缸通流进行重新设计，可以使双背压双转子互换方案中的新转子更适应高背压供热的运行，将原来从冷却塔排入自然界的热量回收利用，在冬季供热工况中增加供热面积，同时保证低压缸高效率运行，机组已经投入运行，改造后的机组安全可靠性和经济性有了大幅提高，各项运行参数及指标均达到优良同时对同类型机组的低压缸高背压供热改造提供借鉴的意义。

参考文献：

[1]崔冰.100MW机组低真空供热可行性分析.资源节约与环保，2015（1）.

[2]哈汽材料研究所.汽轮机金属材料实用手册，1996.10.