135 MW 等級汽輪機的改進研究——以雙背壓雙轉子互換循環水供熱技術為例

李子芳

(廣西電力工業勘察設計研究院 機務部，廣西 南寧530023)

0 引言

通常情況下，火力發電廠的汽輪機排出的蒸汽通過凝汽器冷凝成水，而這些水又被再次加熱，最后通過冷卻塔以氣體的形式進入大氣，從而導致熱量的損失。這部分熱量的損失造成汽輪機效率處于一個較低的水平，如果把這部分熱量再次利用，汽輪機的效率將會得到很大的提升。為了使這部分熱量得到再次利用，科研人員開發出一項專門針對汽輪機的雙背壓雙轉子互換循環水供熱技術。該技術實現的思路就是:在采暖期使汽輪機運行于高背壓狀態，這樣就使凝汽器中循環出水溫度大大提高，再把凝汽器和采暖供熱系統進行整合，使凝氣器循環水參與采暖供熱系統的供暖。這樣就可以把原先通過冷卻塔排入大氣的熱量再次利用，從而實現了能源的節約和汽輪機效率的提高。

當前，該技術在我國北方得到普遍的應用，為節約能源和保護環境做出不菲的貢獻。但這種技術大部分場合是被應用于裝機容量較小的汽輪機［1］，該技術的實現方法、安全性和經濟性被多個科研工作者分析和探討，已經日趨成熟。本文在某發電廠135 MW 等級汽輪機上應用雙背壓雙轉子互換循環水供熱技術，實現汽輪機在采暖期的高背壓供熱狀態和非采暖期的低背壓狀態的切換。

1 汽輪機低壓缸通流部分的改進

汽輪機低壓缸流通部分的主要改進工作如下:在采暖期用2 ×4 級低壓轉子代替原有2 ×6 級轉子，并關閉汽輪機最低兩級的加熱器，這樣就僅有除氧器、2 臺高加和2 臺低加處于運行狀態，從而使排氣背壓大大增加;而非采暖期，再把轉子恢復到原狀態。

2 汽輪機的改進狀況

2.1 低壓轉子的技術改進方法

2.1.1 靜葉葉型的改進

對采暖期所應用到的2 ×4 級低壓轉子的隔板靜葉片的葉型進行改進，使其攻角范圍得到提升，從而使其工況得到大大改善，進而提高整個低壓轉子的工作級效率。

2.1.2 動葉葉型的改進

對動葉葉型進行改進，改善汽道上下流速的分布，從而使動葉效率得到提升。

2.1.3 自帶冠動葉片的應用

所有動葉片通過自帶圍帶進行聯接，這些圍帶結構為內斜外平，從而形成一個光順的子午面通道。

2.1.4 葉頂汽封的改進

更改動葉頂部汽封設計，用疏齒式可調汽封代替除了末級動葉外的所有動葉的汽封，從而減少因漏汽而帶來的能量損失。

2.1.5 隔板的改進

隔板全部改進成焊接鋼結構，焊接鋼結構有加工精度好，使用壽命長的優點。

2.2 改進后的低壓轉子狀態

改進后的低壓轉子為整鍛無中心孔轉子，其材料為30Cr2Ni4MoV，所有葉輪遵循等強度設計原則進行設計，共有2 ×4個通流級數。與原設計相比，改進后的轉子重量大為減少，為了使低壓轉子轉速和軸承載荷基本保持不變，增大隔板汽封直徑。

2.3 改進后的動葉片狀態

本文對動葉進行優化設計，應用當前主流的三維扭葉片技術。所有動葉片通過自帶圍帶進行聯接，這些圍帶結構為內斜外平，從而形成一個光順的子午面通道。參考當前主流的汽輪機設計思路，葉根采用粗大可靠的結構，同時在其設計過程中兼顧調頻和非調頻時的動強度校核。

2.4 改進后的隔板和隔板汽封、圍帶汽封

改進后的低壓部分共有8 組隔板，本文中應用焊接結構，并把所有靜葉改進為彎扭葉型。葉頂汽封全部應用梳齒結構，而隔板和軸端汽封全部應用直平齒結構。為了方便檢修，應用螺栓實現全部隔板中分面的緊固。如圖1 所示，即為改進后的隔板和隔板汽封、圍帶汽封的示意圖。

圖1 改進后的隔板和隔板汽封、圍帶汽封的示意圖

2.5 改進后的凝汽器

由于135 MW 等級汽輪機在設計時并未考慮到高背壓工況，因此其原設計的凝氣器不能滿足要求。因此需要對其進行一定的改進，本文對凝汽器進行整體加強，使其在不影響低背壓時經濟性的前提下，同時確保其在高背壓工況下的安全性。改造后的凝汽器全焊結構，主要由殼體、喉部、水室、膨脹節等構成。

3 分析135 MW 等級汽輪機改進后的試驗結果

本文對某熱電廠的135 MW 等級汽輪機應用雙背壓雙轉子互換循環水供熱技術進行改進，然后對其進行性能試驗，進而依據試驗結果分析改進后的帶電負荷能力、供熱能力和相關經濟指標。

3.1 改進后的試驗結果

對改進后的汽輪機進行高背壓工況試驗，該工況下135 MW等級汽輪機的帶電負荷最高為113 MW，供熱能力為202.97 MW。由于汽輪機運行于高背壓工況，其原設計中的冷水塔和輪機循環水泵不需要工作，由熱網循環泵搭建的“熱-水”交換系統代替其作用，這將使汽輪機的能耗大為降低，其熱循環效率被提高到96.67%。綜合考慮汽輪機采暖期和非采暖期工況發電煤耗，改進后的135 MW 等級汽輪機的發電煤耗為266.3 g/kW·h，較之為改進前有質的飛躍。改進后的汽輪機平均日供熱1.45 萬吉焦，若采暖期按110 天計算，可知其在整個采暖期供熱量為159.9 萬吉焦。

3.2 改進后的試驗結果分析

3.2.1 改進后的經濟效益分析

改進后的135 MW 等級汽輪機高背壓發電時發電功率為112 360.3 kW，而原設計發電功率為140 255 kW。本文在135 MW 等級汽輪機改造中總投入為5876 萬元，其他數據如表1。

表1 改進后的汽輪機的經濟效益分析

分析表1，可知本文的改進可以每年給該火電廠帶來2 837.93萬元的凈利潤，同時考慮固定資產折舊費用為293.80 萬元/年，也就是說該改進每年可以為該火電廠增加現金流3 131.73 萬元，換句話說也就是該改進可在1.88 年后收回投資。由此可見，該改進的經濟效益甚為可觀。

3.2.2 改進后的社會效益分析

該火電廠通過對其135 MW 等級汽輪機進行改造，可以每年向用戶提供159.9 萬吉焦熱量，而這些熱量可以使城市的供暖面積增加399.75 萬m2，與此同時可以減少將近5 萬t 標準煤的消耗。改造后的汽輪機在供暖期提供的熱量相當于原先140 臺小型供熱鍋爐提供的熱量，這類小鍋爐的煤耗較高，大約為65 kg/吉焦，而改造后的汽輪機的煤耗僅僅為42 kg/吉焦，換句話說就是改造后的135 MW 等級汽輪機每個供暖期相比于小鍋爐要節約3 萬多噸標準煤。這也意味著采暖期應用改造后的135 MW 等級汽輪機供暖可以節約8 萬多標準煤，從而減少了大約600 t 氮氧化合物、近22 萬t 二氧化碳和1 800多噸二氧化硫。由此可見，其社會效益相當可觀。

4 結語

應用雙背壓雙轉子互換循環水供熱技術對135 MW 等級汽輪機進行改進獲得不菲的經濟效益和社會效益，為其他等級汽輪機的供熱改進提供方向和參考，該技術具有很強的推廣價值。

文獻參考:

［1］ 趙偉光，李心國，江敏.東海熱電廠3 號汽輪機組低真空供暖改造經濟性評價［J］. 東北電力技術，2005(10):1-5.

［2］ 張秀琨，鄭剛，劉傳威，等. 抽凝機組低真空循環水供熱技術分析與應用［J］. 上海電力學院學報，2009，25(6):543 -546.

［3］ 鄭杰. 汽輪機低真空運行循環水供熱技術應用［J］. 節能技術，2006(4):380 -382.

［4］ 靳智平.電廠汽輪機原理及系統(第二版)［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［5］ 雍干.1000 MW 抽真空系統優化探討［J］.電力科學與工程，2010，26(11).