2×12 MW 汽輪發電機余熱利用改造

王岳峰

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北056404）

0 引言

冬季民用建筑采暖和工業用熱，主要以小型分散燃煤鍋爐房分散供熱方式為主。由于除塵設施不完善，對周圍環境污染較嚴重。天鐵集團因生產工藝擁有大量工藝循環冷卻水，其熱量都通過冷卻塔散失到空氣中，既造成了大氣熱污染又是一種嚴重的資源浪費。如采用適當的技術加以提取利用，不僅可以解決供熱需求，同時也進一步提高了生產節能減排水平。通過對需采暖供熱的熱用戶調研，確定可實現集中供熱區域內供熱面積為126 萬m2，余熱利用供熱面積為98 萬m2，總熱負荷為26.52～51 MW。通過對比分析可以通過改造兩臺12 MW 汽輪發電機為其集中供暖提供熱源。

1 改造方案確定

1.1 采暖要求

該地區采暖期是從本年的11 月15 日至翌年3月15 日，共120 d，2 880 h。根據氣象資料及熱負荷計算數據，對應采暖期各室外溫度的連續小時數所計算的采暖期年供熱量見表1。

1.2 機組供暖能力

汽輪機組設計參數見表2。凝汽器設計參數見表3。

1.3 改造技術方案

凝汽式汽輪機可改造為低真空運行供熱，凝汽器成為熱水供熱系統的基本加熱器，原來的循環冷卻水變成了供暖熱媒，在熱網系統中進行閉式循環，有效地利用了汽輪機凝汽所釋放的汽化潛熱。供熱負荷43%（22 MW）時，通過調整汽輪機運行參數，凝汽器出水溫度為60 ℃，凝汽器出水溫度為45℃，循環水量1 300 m3/h，滿足熱用戶供熱需求；供熱負荷70%（36 MW）時，保持汽輪機運行參數，凝汽器出水溫度為60 ℃，凝汽器回水溫度為45 ℃，啟動一臺15 MW 汽水換熱器，將60 ℃凝汽出水加熱至70 ℃，循環水量1 300 m3/h，滿足熱用戶供熱需求；供熱負荷100%（51 MW）時，保持汽輪機運行參數，凝汽器出水溫度為60 ℃，凝汽器回水溫度為45℃，啟動兩臺15 MW 汽水換熱器，將60 ℃凝汽出水加熱至80 ℃，循環水量1 300 m3/h，滿足熱用戶供熱需求。供熱改造系統簡圖見圖1。

表1 采暖期耗熱量計算表

表2 汽輪機組設計參數

表3 凝汽器設計參數

圖1 供熱改造系統簡圖

2 機組安全性及改造內容實施

2.1 汽輪機本體安全性

兩臺12 MW 汽輪發電機為上海汽輪機廠1987年、1988 年投運機組，至今已經運行30 余年，運行過程中機組維護保養得當，運行參數基本正常，理論上講進行低真空循環水供熱是可行的，不僅可以帶來可觀的經濟效益，也符合國家節能減排政策。但兩臺機組機體疲勞和損耗是客觀事實，進行低真空循環水供熱改造必須以安全性、可靠性為前提。

本次機組改造前委托第三方對機組低真空循環水改造各種工況進行全面評估，得到結論如下：

（1）通過對機組各工況運行條件模擬，轉子最大軸向推力7.967 t，軸承比壓-8 kg/cm2，軸向推力在合理范圍內，運行安全可靠。

（2）對1-9 級隔板撓度、靜葉撓度、隔板應力計算，結果表明汽輪機在低真空運行時其強度滿足運行要求。

（3）對第6、7、8、9 級葉輪葉片強度計算，結果表明汽輪機在低真空運行時其強度滿足運行要求。

通過以上結論表明，汽輪機本體不需做任何改動，可以滿足低真空循環水供熱運行要求。

2.2 凝汽器改造內容及保護參數調整

2.2.1 凝汽器改造內容

按照循環水供熱要求，改造后凝汽器需滿足如下運行要求：凝汽器循環水出水溫度60 ℃；凝汽器循環水進水溫度50 ℃；凝汽器循環水進口壓力0.3 MPa。

機組運行近30 年，凝汽器內換熱銅管長期運行出現老化、破損、封堵以及銅管內結垢等原因，造成換熱效率降低，換熱效果下降。因此，為保證機組低真空循環水供熱效果，機組運行穩定性，本次改造將凝汽器內4320 根換熱銅管全部更換，銅管更換后凝汽器試漏合格。

改造后凝汽器循環水壓力由0.1 MPa 提高到0.3 MPa，因此凝汽器水側部分要增加其強度和剛度，使管板及水室蓋能夠承受改造后的要求，具體改造如下：

（1）更換凝汽器水室蓋板，厚度由原來的20 mm 增加至30 mm，水室蓋板外側用加強筋板焊接，增加剛性，保證蓋板強度能夠承壓。

（2）前后水室管板與水室蓋板之間加裝拉桿，拉桿的一端焊在管板上，另一端在水室蓋板上打孔焊套管。拉桿與管板焊接時保證換熱器銅管脹口不至損壞。

（3）為防止低真空循環水供熱運行時后汽缸溫度過高，新增一套后汽缸溫度自動控制裝置及凝汽器喉部噴水霧化裝置。該裝置中含有2 個電磁閥，實現自動控制噴水霧化裝置是否投入，電磁閥開關接入主機控制程序系統。當后汽缸溫度過高時，噴水霧化裝置自動投入噴水，來降低后汽缸溫度，運行人員根據情況調整負荷。

2.2.2 機組報警、停機參數調整

本次機組改造方式為降低凝汽器真空提高循環水溫度，保證供熱效果，僅改造凝汽器部分及運行參數，所以將凝汽器真空值調整為-70 kPa 報警，-60 kPa 啟動備用射水泵，-50 kPa 機組停機。其他機組報警停機參數不變。

2.3 供水泵站建設

按照供熱要求，改造后凝汽器循環水進口壓力0.30 MPa，原循環水泵設計出口壓力為0.10 MPa，不能滿足供熱需要。

根據測算，利用原閑置泵站1 座，泵站內含5臺循環水泵，其設計參數滿足供熱要求。同時，為了保證在最大熱負荷時供應熱量，在泵站循環水泵入口前加裝2 臺15 MW 蒸汽換熱器，在熱負荷為70%時投入1 臺蒸汽換熱器，將循環水溫度由60 ℃提高至70 ℃，滿足用戶供熱需求；在熱負荷為100%時投入2 臺蒸汽換熱器，將循環水溫度由60℃提高至80 ℃，滿足用戶供熱需求。同時在蒸汽換熱器加裝凝結水回收裝置，將蒸汽管熱后凝結水回收至相應系統內，供生產需要。

2.4 管道敷設及室內管道改造

該改造工程主要包括室外供回水管道敷設及室內進出凝汽器管道改造。

由于汽輪發電機組采用低真空循環水供熱方式運行期限為每年4 個月，為了不影響不供熱期間機組運行方式，原凝汽器循環水進出口管道不做改動，新供熱管道采用與原管道并聯方式連接，中間采用閥門隔斷。這樣可以按照生產需要，調整閥門狀態，滿足機組運行。

室外供回水管道按照設計，根據實際情況，管道敷設采用架空方式，管道采用預制直埋保溫管，同時在管道外表面采用鍍鋅鐵皮保護，保證將管道散失熱量將至最低。供回水主管道與廠區外供熱一次網連接。

由于凝汽器出水溫度提高，為保證供熱循環水可以在凝汽器內有效換熱，同時防止凝汽器銅管內部結垢，影響換熱效果，供暖期間循環水采用工業除鹽水。同時為了保證換熱穩定性，保證機組穩定運行，保證凝汽器循環水入口壓力為0.30 MPa，在凝汽器入口管道加裝一除鹽水補水閥門和一放水閥門。補水閥門和放水閥門采用自動調節電動門，當入口壓力低于0.30 MPa 時可采用手動或自動方式向系統內補水，當入口壓力高于0.30 MPa 時可采用手動或自動方式開啟閥門泄壓。

3 運行效果

機組改造后，按照要求，采用低真空循環水供熱方式運行，運行效果良好，供回水溫度滿足設計要求，循環水壓力按照設計通過補水方式保持穩定，在供熱同時機組維持一定發電負荷，將原來對空排到大氣中的熱量回收，創造了發電效益和供熱效益，同時滿足了用戶取暖需要，減少了排放，一舉多得。

4 結語

利用汽輪發電機低真空循環水供熱已經投產應用，投產期間機組運行穩定，供熱效果良好，節能減排成效明顯，經濟效益突出，同時提高了企業節能減排水平。