光軸技術在300MW 抽凝式汽輪機組供熱改造中的應用探索

付亞州

（華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠，黑龍江 佳木斯 154005）

近年來，隨著我國的經濟發展，城市供熱面積不斷擴大，原有熱電聯產機組已越來越不能滿足供熱的需要，但新建熱電聯產機組成本過大，且目前我國的裝機容量已明顯過剩，因此，應優先考慮在原有熱電聯產機組上進行供熱改造。

光軸技術是一種新型的供熱改造技術，利用該技術能夠緩解熱電廠的熱電矛盾，深度降低機組發電功率，同時，釋放熱電廠潛在的供熱能力。本文以某電廠1 號機組汽輪機光軸技術改造進行詳細闡述。

1 光軸技術改造過程

1.1 本體改造措施

某熱電廠1 號300MW 機組是哈汽廠制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、供熱凝汽式汽輪機，其型號為C250/N300-16.67/537/537/0.49 型，發電機型號為QFSN-300-2。

新設計一根低壓光軸轉子，只起到將高中壓轉子和發電機轉子連接傳遞扭矩的作用。取消低壓2×6 級通流，去掉純凝低壓轉子、全部隔板和隔板套。機組在供熱運行期間，在低壓缸隔板或隔板套槽內安裝新設計的保護部套，以防止低壓隔板槽檔在供熱運行時變形、銹蝕。為保證原低壓轉子與新設計低壓光軸轉子的互換性，在振動特性上應盡可能與原低壓轉子相近，改造前，原低壓光軸轉子的一階臨界轉速為1668r/min，二階臨界轉速為3580r/min。經核算，改造后，低壓光軸轉子的一階臨界轉速為1770r/min，二階臨界轉速為3690r/min。中-低聯軸器和低-發聯軸器均采用液壓螺栓結構。

改造后，新舊轉子對比圖1 和圖2 所示。

圖1 原低壓轉子示意圖

圖2 新設計光軸低壓轉子示意圖

改造后，機組供熱期和非供熱期運行方式不一樣，每年在季節交換時機組需停機，進行低壓缸揭缸，更換低壓轉子、低壓隔板和隔板套等設備部件。在冬季供熱期，應將換下的原低壓冷凝轉子、低壓隔板和隔板套等設備部件進行維護保養，便于夏季重新安裝后直接恢復純凝汽工況運行。

1.2 輔助改造措施

首先，去掉原中低壓聯通管和調節蝶閥。由于原機組是抽汽供熱機組，在中壓缸下部有供熱抽汽口，并且抽汽管口徑足夠，不用另外增加抽汽口，所以，僅將中壓缸上部排汽口用法蘭堵板堵上。

然后，汽輪機在供熱期運行時，低壓部分不再進汽，但低壓光軸仍與發電機連接轉動，在低壓缸內會產生鼓風現象，如低壓缸溫升過高，會引起整個低壓部分膨脹及標高發生變化，給機組運行帶來安全影響，在無冷卻蒸汽通入低壓缸情況下，需解決鼓風現象對汽輪機造成的影響。具體方案如下：

（1）機組啟動時嚴格控制機組差脹。（2）由于給水泵汽輪機仍保持凝汽運行，凝汽器仍需保持真空狀態，凝汽器循環水系統小流量運行，保持凝汽器、主冷油器、磨煤機潤滑油冷油器冷卻用水。在真空狀態下，低壓光軸鼓風作用就較小，產生的熱量也就很小。（3）監測低壓缸缸溫，如缸溫升高，可開啟低壓缸噴水裝置，保障機組運行安全。其次，本次改造后，機組啟動時，中壓缸排汽流量減小，壓力低于大氣壓，此時，需建立中壓缸真空排汽，防止中壓缸出現悶氣現象。可采用兩種方式建立中壓缸排汽真空，一是增設一路供熱蒸汽旁路系統，將中壓缸啟機排汽通入凝汽器；二是增設熱網加熱器抽真空系統，在每個熱網加熱器上增加一路至凝汽器汽側空間的抽真空管路，在機組啟機前，使熱網蒸汽系統維持負壓。再次，改造后機組低壓缸各回熱抽汽無抽汽，即6#、7#、8#低加停用，保留5#低加，凝汽器凝結水經5#低加進入除氧器。低壓缸的汽封管路不變。供熱蒸汽疏水系統不進行改造。最后，對調節系統進行適當調整改造，使機組能完成排汽壓力調節功能。機組運行方式可按照熱定電方式運行。根據熱負荷的變化引起排汽壓力的變化來控制主汽調節閥調整機組進汽量，并將DEH 系統根據背壓機運行重新組態。

1.3 對中壓葉片的影響

原機組為中壓缸后部抽汽供熱的抽汽式機組，改造后中壓排汽壓力保持與抽汽壓力一致，改造后中壓缸排汽壓力仍為0.49MPa，運行時，供熱排汽壓力變化范圍保持與抽汽運行一致，機組軸向推力基本保持不變。所以，改造后中壓末級葉片抽汽運行安全。

改造后，中壓缸末級葉片強度校核數據如表1、表2。

表1 改造前中壓末級強度校核表

表2 改造后中壓缸中壓缸末級葉片強度校核表

1#機組改為光軸抽汽供熱機組后，考慮到供熱改造后機組安全性，可采用兩種方法：其一，是在供熱抽汽管路配置壓力調節閥；其二，是光軸機組與抽凝機組采用蒸汽大母管式并聯運行，依靠抽凝機組維持供熱抽汽壓力的穩定。兩種辦法的控制策略設計原則均是要保證光軸機組偏離額定工況運行時滿足對外供熱抽汽流量的需求，又要保證中壓缸末級葉片壓力滿足主汽流量對應最低壓力的要求，確保中壓缸末級壓差為安全運行范圍，避免中壓缸末級葉片超負荷。為保證中壓末級葉片安全，供汽管路配有壓力調節閥，保證機組運行時，中壓排汽壓力在安全范圍內。調節閥的控制策略，按照以下中壓末級保護曲線運行，使中排壓力隨進汽量的變化控制在壓力上限和下限曲線內。

因此，在控制策略上引入中壓缸末級保護曲線，按中壓缸末級葉片強度提供的數據，各工況對應不同進汽量下的最低中排壓力繪制中排末級葉片保護曲線，在機組供熱運行時，供熱抽汽壓力控制必須滿足該保護曲線。抽汽工況下，中壓末級保護曲線如圖3-4。

3 光軸技術改造后供熱能力和經濟性分析

本次改造后，在額定工況下，能夠保證1#機組改造后的額定抽汽量約為596.2t/h。目前，某熱電廠通過對1#機組鍋爐進行過改造，成功使1#機組鍋爐的最小穩燃蒸汽量降低到280t/h，此工況下最大抽汽量約為210t/h。1#機組供熱改造后，汽輪機主要技術參數如表3 所示。

根據機組的抽汽量，測算機組的供熱能力。在額定工況下，1#機組光軸抽汽時，機組最大采暖抽汽量為596.2t/h，熱網疏水溫度為95℃時，1#機組的額定工況下的最大供熱能力為428MW，供熱面積可達778 萬m2。而在相同條件下，1#機組改造之前，最大采暖抽汽量為520t/h，熱網疏水溫度為95℃時，額定工況下的最大供熱能力為366MW，供熱面積為665 萬m2。整體供熱能力提升了約15%。

圖1 -2 中壓缸排汽壓力控制曲線

表3 佳木斯熱電廠1#汽輪機組改造后的主要技術參數表

本次改造后，1#機組運行指標如表4。從表4 中可以看出，通過本次供熱改造，原本1#機組抽凝的運行方式改為近似背壓機的運行方式。由于利用機組的中間級抽汽供熱，從而減少了機組的冷源損失，汽輪機的熱耗率減少，機組的發電煤耗率下降，使得1#機組的熱經濟性得到了明顯提高，從而使得電廠的熱經濟性得到了一定程度的提高。

改造后，某熱電廠形成了1 臺光軸機組、1 臺抽凝式機組、熱泵系統與熱水鍋爐共同供熱的格局。

本次改造后，提高了能源利用效率，降低了生產運營成本，根據某電廠廠用電率5.16%進行測算，改造前1#號機組冬季額定發電煤耗率為209.6g/kWh，供電煤耗率為改造后平均供電煤耗為221.00g/kWh，1#號機組冬季額定發電煤耗率為158.02g/kWh，供電煤耗率為改造后平均供電煤耗為166.62g/kWh，發電煤耗率下降51.58g/kWh，供電煤耗率下降54.39g/kWh。

改造后，全廠全年降低煤耗為4.83g/kWh，年供電節約標煤量1.17×104t。

4 光軸技術改造后適應性分析

某熱電廠建廠較早，近年通過不斷的改造擴建，形成了大型熱電聯產機組、熱泵系統、熱水爐等多熱源聯合供熱的模式。本次改造后，1#機組成為光軸供熱機組，在運行特性、經濟性與安全性方面與未改造的相同型號的2#機組產生了較大差別。

表4 改造后技術經濟指標對比表

改造后的光軸機組，中壓缸排汽全部進入熱網供熱，從根本上提高了機組熱力循環的效率，具有極高的經濟性；但光軸機組需按“以熱定電”的方式運行，發電量與供熱量線性相關，靈活性較差。在發電負荷受限的情況下，供熱負荷巨大的極限工況，存在一定風險。

2#抽凝機組利用部分中壓缸排汽供熱，根據機組運行特性，在確定的發電負荷下，能夠在一定的范圍內調節供熱負荷，反之亦然，因而，抽凝機組具有相對靈活的熱電調節特性，不存在極限工況，安全性較好。但由于低壓缸始終有部分冷凝蒸汽，存在換熱損失，因此，相比光軸機組經濟性較差。

因此，供暖初期熱負荷較低時，1#光軸機組承擔供熱負荷，2#機組將純凝運行；供熱中期時，1#機組與2#機組與熱泵系統將共同參與供熱；當供熱負荷超過470MW 時，為降低夜間調峰時所需的熱水儲量，已建設的116MW 熱水鍋爐將參與供熱。

5 結語

通過對某熱電1 號機組的低壓缸光軸抽汽改造分析，表明通過該改造過程，可以達到提高機組供熱能力，降低機組冷源損失，降低汽輪機熱耗率和機組的發電煤耗率的目的，提高機組運行的熱經濟性。同時，提出光軸抽汽改造后機組的局限性，應配合電廠其他供熱機組優化供熱運行，以達到最佳的運行效果，降低電廠運行的整體風險。