C15型抽凝機組技術改造

張明琪

（南通觀音山環保熱電有限公司，江蘇南通226014）

南通觀音山環保熱電有限公司建設規模為3×75 t/h+1×130 t/h循環流化床鍋爐，配置2×15MW抽凝式+1×12MW背壓式汽輪發電機組，對南通市觀音山鎮及先鋒鎮93家熱用戶集中供汽。其中1，2號機為南京汽輪電機集團公司制造的C15-4.9/0.981型抽凝式機組。近幾年隨著國家加大了企業節能減排的政策支持力度與發電側節能調度辦法的試行,尤其是金融業次貸危機引發的經濟增長減緩，使得熱電企業生存空間進一步縮小。為使熱電企業生存，一方面，從企業自身角度講必須擴大供熱與降低供電煤耗，對于抽凝式供熱機組來講降低供電煤耗最有效的途徑就是減少或消除汽機冷源損失，也就是抽凝式改造成抽背式。另一方面，從社會角度來講江蘇省加大關停熱電公司供熱區域內小鍋爐的力度，外部熱負荷將有一定量的增長，且仍有2家較大熱用戶未接入我公司供熱管網。因此，進行抽凝式供熱機組改造，提高供汽能力來滿足供熱市場與降低供電煤耗，提高熱電企業的熱效率，成為熱電公司改善經營狀況的重要舉措。

1 機組改造的整體要求與目標

1.1 改造的整體要求

在保持原有汽輪發電機組設備基礎的前提下，對汽機轉子部分和汽缸部分進行改造，盡量提高機組的供汽能力（不低于95 t/h），以適應外部熱負荷快速增長的要求，同時應保證另2臺機組正常運行；在保證改造后汽輪發電機組安全穩定運行的前提下，要充分利用國內較為成熟的先進改造技術，盡可能把機組的熱效率提高到現有條件下的最高水平；拆除原有的凝汽器部分，停用循環冷卻水，減少對外排放的廢熱，降低二氧化碳與二氧化硫等有害氣體排放量，同時降低冷卻塔噪聲，進一步改善周邊環境質量；改造汽輪機原有的液壓調節系統，使之與改造后的汽機供熱特性相匹配，保證改造后機組的安全、穩定、經濟運行。

1.2 改造目標

為達到節約投資與獲得最佳經濟效益與社會效益的目的，應盡可能多地使用原有設備，并對原有的設備與系統進行優化調整設計，盡量不增加其他設備，保證改造后系統運行穩定可靠；為減少有關疏水與廢汽等排放，盡可能回收有關汽水，力爭達到汽水零排放目標；為降低機組自身廠用電消耗，達到節能減排目的，并考慮投資與運行成本關系，停用原有大功率循環水泵，并安裝有關輔機變頻器以之作為調節使用。

2 機組改造方案

2.1 機組改造的原則性方案

根據機組改造的整體目標與要求，利用南京汽輪電機集團公司技術、生產優勢及多年來對汽輪機進行的節能改造經驗，經對幾種改造方案進行計算分析比較，決定采用將抽凝式機組改造成抽汽背壓式機組的方案。即將汽輪機工業抽汽口后面的級組堵掉部分靜葉汽道，使之改造成為一個低通流能力的汽輪機級組，該級組的主要作用是既向本機抽汽回熱設備提供低壓汽源，增加改造后機組發電量，提高熱電企業的經濟效益，同時也可降低汽機的排汽溫度，避免發生汽機排汽缸嚴重超溫而引起的動靜間隙減小產生的碰磨，從而保證改造后汽輪發電機組的長期穩定運行。同時，為盡可能多地使用原有設備，必須對有關熱力系統進行相應的改動與完善，才可能達到節能降耗的目標。

2.2 機組本體部分改造

2.2.1 葉型更換

更換汽機復速級第一列、第二列及第一壓力級葉片與葉型，以滿足改造后蒸汽通流量與效率要求；更換了新型子午面收縮葉片噴嘴組、導葉環以及第一級新型葉片隔板，以滿足機組改造后蒸汽通流量與效率要求。

2.2.2 壓力級和葉片拆除

拆除汽輪機轉子第九至十一壓力級葉輪及葉片，以減少轉子高速旋轉時產生的巨大熱量，同時提高軸功率輸出，詳見圖1；對汽輪機第三級至第八級隔板進行加堵板及擋汽板工作，以減少蒸汽通流面積與降低鼓風損失，詳見圖2。

圖1 轉子改造后情況

圖2 隔板加堵板情況

2.2.3 汽封改造

拆除原后汽封，在原第十級隔板處設計制造安裝專用的中間軸封系統，并利用原有的軸封冷卻器進行冷卻，以保證背壓排汽不會進入后面的汽缸內，同時對后面汽缸起到通風冷卻的作用，保證后汽缸不發生超溫現象，詳見圖3。

圖3 中間軸封裝置

2.3 機組其他系統的相關改造

2.3.1 抽汽回熱及對外供熱系統改造

將高壓加熱器汽源由原可調工業抽汽改至原機組備用抽汽口位置，并經核算原D159×4.5抽汽口能夠滿足髙加用汽通流量要求，這樣不僅改動工作量較小，而且能增加對外供汽量，更能減少低通流汽輪機級組通過的蒸汽量；除氧器用汽全部采用汽輪機低通流級組抽汽的低壓汽源，設定壓力約為0.20 MPa，這樣既能保證低壓設備用汽需要，又能增加發電出力，避免出現在原熱力系統中，因對外供汽的補水溫度低且量大時，而使用工業抽汽通過節流方式來加熱降低熱效率的現象；新增1臺換熱面積為120 m2的低壓加熱器，與原熱力系統中配置的1臺換熱面積為75 m2的低壓加熱器同時吸收與消化機組背壓排汽，改造后一部分補水約有35 t/h通過原有軸封冷卻器和低壓加熱器后而進入除氧器，其他補水可直接通過新增低壓加熱器補入除氧器；將原機組2根D250工業抽汽供熱管道更換為2根D300工業抽汽供熱管道，同時將其匯集管由D350更換至D450供熱管道，并將原調整抽汽母管快關閥更換為YXKD743H型快速關閉閥，以適應機組改造后對外供汽能力的增強，減少蒸汽流動壓降；安裝了新增低壓加熱器的進、出水及旁路管、進汽管、疏水管、抽空氣管道及相關閥門，以及有關用于運行監視調整的水位、壓力、溫度等熱工儀表。

2.3.2 調速及水控系統改造

改造汽輪機的液壓調節系統主要工作為在中壓油動機活塞下加裝了一長度為70mm銅質套筒，使油動機活動行程由原來的94mm縮短為24mm，以減小工業抽汽的調節范圍，從而適應機組改造后的供熱特性要求。該機組改造后，熱電負荷的變化特性已發生了重大變化，改后機組已同正規的背壓機組一樣，變為以熱定電的調節特性。因此，本改造需從原調節系統中解除旋轉隔板參與調壓的功能，僅依靠高壓油動機的開關來維持抽汽壓力不變，而旋轉隔板改為調節除氧器的進水溫度。這種改造可避免高、中壓油動機的相互干擾，保證調節系統的穩定運行；新增1臺抽汽止回閥水控系統的管道泵，用以維持水控系統的水壓穩定，以減少抽汽止回閥因疏水壓力波動而引起的閥門誤關。因機組改造后疏水量遠小于原機組運行時的凝結水量，且水壓也較低，有可能導致水控抽汽止回閥關閉。為減少此類情況的發生，減少對外供汽壓力波動及運行人員工作強度，實施了此項改造。

2.3.3 循環水真空系統及疏放水系統改造

拆除原有冷凝器及循環水系統管道，詳見圖4。為保證冷油器、冷風器等輔機冷卻用水，在循環水泵房預留處新安裝1臺500 m3/h循環水泵，其泵出口加裝了一只緩閉碟式止回閥；保留原有機組冷凝器熱井，并將之改造為1號機疏水箱，其汽側接有抽氣器抽空氣、1、2號低加抽空氣、疏水泵抽空氣等；水側接有除鹽水補水、低位水箱回水、1、2號低加疏水、疏水管再循環、均壓箱疏水、疏水膨脹箱疏水等，用以最大程度地回收有關疏水與廢汽，減少對外排放；保留原熱力系統中甲、乙凝水泵，且更名為甲、乙疏水泵,并加裝了可調轉速的變頻器，其作用是將疏水箱疏水及部分補水經軸加、1號低加加熱后送至原凝結水母管；保留原甲、乙射水泵及射水抽氣器，并加裝了可調轉速的變頻器，其作用是在相鄰抽凝機停役時建立和維持1、2號低加汽側在15～20 kPa。同時為進一步降低廠用電，安裝了相鄰抽凝機真空系統連通管，用于相鄰抽凝機運行時，建立和維持1、2號低加汽側在15～20 kPa，并停用本機組射水抽氣系統。

圖4 冷凝器拆除中

3 機組改造后的型號、性能參數及熱平衡

3.1 機組改造后的型號

按新機組更換的進汽噴嘴面積和額定進汽參數，同時考慮汽門的壓力損失為5%，計算出汽機經改造后最大進汽量約為120 t/h，因此本次改造設計的額定進汽量選定為115 t/h。按該進汽量和機組改造后的通流狀態，計算出各級段總內功率Ni為：Ni=10.923MW（其中后部級組出力1.29MW），取發電機效率97.5%，機械損失以及后缸不做功級組鼓風摩擦損失為0.600MW，則電功率Ne為：Ne=10.923×97.5%-0.600=10.05MW。

根據上面熱力參數的計算結果，確定機組改造后型號為CB10-4.9/0.981/0.080。

3.2 機組改造后主要性能參數

該機組經本體與輔助設備及相應系統改造后，為保證其能長期安全穩定經濟運行，其主要運行參數控制應嚴格按表1有關數據執行。

3.3 機組改造后額定工況下原則性熱平衡

機組經改造后具有三級抽汽和背壓（低壓）排汽：一級調整抽汽由第一壓力級抽出，主要供工業用汽；二級抽汽由第三壓力級后抽出，供高壓加熱器用汽；三級抽汽由第五壓力級后抽出，供除氧器用汽；背壓排汽由第八壓力級后抽出，供1、2號低壓加熱器用汽。

表1 機組主要性能參數運行定額

4 機組改造前后運行工況及供電標煤耗分析

4.1 機組改造前后的運行工況

機組改造前后的運行工況詳見表2。

4.2 機組改造前供電標煤耗的分析計算

由表2得：進汽焓I0=3359 .30 kJ/kg，工業抽汽焓Ig=3087 .2 kJ/kg，給水焓If=636.7 kJ/kg，補水焓Ib=83.8 kJ/kg（20℃），鍋爐效率取ηg=0.85，綜合廠用電率0.18，機組改造前供電熱耗率qg和標煤耗bg的計算公式如下：

4.3 機組改造后供電標煤耗分析計算

由表2得：進汽焓值I1=3368 .15 kJ/kg，工業抽汽焓Ig=3120 .7 kJ/kg，給水焓If=546.66 kJ/kg，補水焓Ib=121.18kJ/kg（27.4℃）。

汽機進汽量為負誤差5%，工業抽汽量為正誤差5%。

機組改造后供電熱耗率qg和標煤耗bg的計算如下：

4.4 機組改造前后節能量的計算

根據第4.2與4.3的計算結果，機組供電煤耗由改造前的382.44 g/（kW·h）下降至機組改造后的160.38 g/（kW·h），下降了222.06 g/（kW·h）。按該機組年運行6500h計算，每年可能節約標準煤：M=9260 ×（1-0.18）×6500 ×222.06/1000000=10959 .95 t。同時因停用了大功率循環水泵及有關系統，每年可節約廠用電2.4×106kW·h，折合節約標煤約850 t，兩項合計每年可節約標煤10000t。

表2 機組改造前后運行工況對照

5 結束語

（1）抽凝式供熱機組改造為抽汽背壓式供熱機組由于采用了多種節能改造技術，并消除了汽機冷源損失，是一項節能、簡化運行系統和減輕環境污染等多方面收益的可行性項目。由于該型號機組熱電企業中存在較多，具有參考價值。

（2）抽凝式機組改造后經濟性明顯增強，因對外供汽能力由改造前60～70 t/h提高到95 t/h，最大時可達到105 t/h，這對適應外部熱負荷的快速增長將發揮重要的作用。同時機組經改造后汽輪機本體和熱力系統的熱效率得以提高，供電煤耗率下降幅度較大，每年可節省標準煤10000t左右，使機組的盈利能力得到了較大幅度的提升，同時符合國家節能減排能源政策與發電側節能調度細則，解決了熱電企業生存問題。

（3）節能減排與環境改善效果顯著，由于停用了循環冷卻水系統，減少了熱電公司運行維護量，并可節水3×106t/a，節電約2.4×106（kW·h）/a。同時可減少廢熱排放，降低冷卻塔運行時噪聲，改善周邊環境。加之燃煤消耗量減少，每年可減排溫室氣體二氧化碳約20000t，酸性氣體二氧化硫與氮氧化物約500 t，達到了改善大氣質量的目標。該機組因供汽能力的提高，可關停供熱區域內一批燃煤小鍋爐，進一步減少了燃煤消耗，減少了大氣污染物的排放。

[1] 靳智平.電廠汽輪機原理及系統[M].北京：中國電力出版社，2004.