某小型電廠抽凝機改背壓機設計要點及對策

李鯤

（湖北省電力勘測設計院有限公司，武漢430040）

0 引 言

湖北某公司自備熱電廠現有2×25 MW抽汽凝汽式汽輪發電機組于2011年投入運行，全廠機爐配置為三爐兩機，母管制系統。該熱電廠為自備電廠，主要為化工生產提供電力負荷和工業熱負荷。汽輪機入口高壓主汽門前主蒸汽額定壓力為8.83 MPa，額定溫度為535 ℃，額定進汽量為168 t/h，額定排汽壓力為4.9 kPa，工業抽汽額定壓力為1.27 MPa，額定抽汽量為80 t/h，汽輪機乏汽采用機力通風冷卻塔供循環水冷卻。

在國內電廠裝機向大機組、高參數、高效率、低排放發展的背景下，小型凝汽式機組凸顯出煤耗高、熱效率低的缺點[1-4]。作為經濟發展的過程產物，這些小型燃煤抽凝機組正處于一種尷尬的境地，而對它們進行技術改造，提高機組熱效率，則成了必然選擇。為響應國家節能減排政策，提升全廠熱效率，該公司決定將2#抽凝式汽輪機改造成背壓式汽輪機，同時改造機組改型涉及的公用系統。

1 改造原則

1.1 總體原則

在確保抽凝機改背壓機后能安全正常運行的前提下，對鍋爐、發電機原則上不做改動，原汽機基礎可保留，僅做局部改造和加固，汽機房建筑面積不增加。盡量利用現有抽凝機組輔機，熱力系統改造需滿足背壓機運行要求，并盡可能縮短改造周期和減少投資。

原2#抽凝機本體及凝汽式機組專有系統拆除，新背壓式汽機按原汽機基礎利舊定制采購。要求2#抽凝機拆除后和背壓機安裝期間必須保證原1#抽凝機組安全正常運行，原1#抽凝機組本期暫不進行改造。

1.2 拆除范圍

凝汽式汽輪機是蒸汽在汽缸內做完功后排入凝汽器（真空）被凝結成水的汽輪機，排汽能量品位低，潛熱基本無利用價值，排汽在凝汽器內被循環水冷卻成凝結水后循環利用，凝汽式汽輪機熱力系統工作原理如圖1所示。而背壓式汽輪機是將汽輪機的排汽供熱用戶，排汽壓力（背壓）高于大氣壓力，可根據用戶需求設計成指定排汽壓力，排汽具有一定能量品位，利用價值較高[5-7]，背壓式汽輪機廠熱力系統工作原理如圖2所示。這是兩類汽輪機在工藝上的最大區別。背壓式汽輪機無凝汽器和凝結水相關系統，除原2#抽凝機本體需全部拆除外，凝汽器系統設備及相關管道、凝結水系統設備及相關管道、抽真空系統設備及相關管道、抽凝機本體相關設備及管道全部拆除。

圖1 凝汽式汽輪機熱力系統工作原理

1.3 利舊范圍

利舊不僅可以減少工程量和投資，還可以進一步縮短工期，但必須核實設備利舊的可行性和可靠性，不能為了減少工程量和投資而盲目利舊，利舊必須有依據。通過對有利舊可能的設備資料統計、整理和分析，經與各相關設備廠家咨詢復核，確認以下設備可利舊：發電機、2臺高壓加熱器、汽封加熱器及風機、本體疏水擴容器、集裝油箱及其附屬設備、冷油器、濾水器。除發電機外，其它輔機的利舊可為本項目減少180 萬元左右的投資額（包含新設備采購、老設備拆除、新設備安裝）。

圖2 背壓式汽輪機熱力系統工作原理

2 主機改造

本項目改造初期制定方案時，曾考慮過拆除汽機基礎，按新背壓機重新設計基礎，但該方案成本高，施工周期長，轉而采用不拆除原汽機基礎，僅對汽機基礎進行局部改造方案，因此汽機廠設計本項目背壓機和設計院改造汽機基礎時需密切溝通和匹配。經與汽機廠多次溝通配合，汽機廠核算，確認在不降低安全性、可靠性的情況下，背壓機可實現匹配原局部改造后汽機基礎。

受汽機基礎利舊條件約束，汽機廠結合實際的情況，對此機組進行了分析、校核，重新計算了熱平衡，并對其通流尺寸、熱力系統、葉片、葉輪、隔板、前后汽封等進行計算復核，最終制定背壓機本體改造方案：背壓機前后軸承箱中心距為4993 mm，與原抽凝機組一致，與利舊發電機的連接方式不變；同規模的背壓機轉子長度比凝汽式機組短，為匹配前后軸承箱中心線一致，轉子長度設計增長，與原抽凝機長度保持一致；背壓機前軸承箱底板、前軸承座地腳螺栓孔尺寸和定位與原抽凝機保持完全一致；后軸承箱底板完全落在原汽機基礎改造新增加的梁上，與原汽機基礎不直接接觸。

3 輔助系統改造

1）抽凝機本體系統。原抽凝機本體系統包括回熱抽汽系統、本體汽封系統、本體疏水系統、汽機門桿漏汽系統、工業抽汽系統、潤滑油系統。回熱抽汽系統為單元制，2臺低壓加熱器抽汽管道全部拆除。汽封、門桿漏氣、疏水、工業抽汽均拆除至母管處，管道切口處采用堵頭焊接封堵。潤滑油系統根據新背壓機潤滑油系統資料，選擇合適拆除范圍，以最大程度地利舊管道和設備。

2）主蒸汽系統。背壓機較原抽凝機進汽量增大，經復核，現有主蒸汽母管至原抽凝機進汽主汽閥的支管管徑偏小，蒸汽流速偏大，無法再利用，該支管需拆除更換公稱直徑大一級的管道。

3）凝汽器相關系統。原熱力系統中進入凝汽器的介質主要包括汽輪機排汽、低壓加熱器疏水、疏水擴容器疏水、減溫水、其他疏水等。因背壓式汽機工藝無凝汽器系統，原抽凝機所配凝汽器、凝結水泵、射水泵、射水池、膠球泵及與設備相關管道全部拆除。凝汽器相關的循環水系統拆除，但保留循環水接至發電機空冷器和冷油器的冷卻水系統。

4) 低壓加熱器系統。原抽凝機配有2臺低壓加熱器，改造成背壓機后，已無凝結水系統，用來加熱凝結水的2臺低壓加熱器已無作用，因此原抽凝機配套的2臺低壓加熱器拆除，與低壓加熱器相關的所有系統拆除。

5)背壓機新建系統。背壓機系統包括回熱抽汽系統、本體汽封系統、本體疏水系統、門桿漏氣系統、排汽供熱系統、潤滑油系統。回熱抽汽系統為單元制，新安裝抽汽管道直接與利舊的高壓加熱器接口復聯。背壓機汽封系統、疏水系統、門桿漏氣系統、供熱系統、潤滑油系統均需與老廠相關系統母管或利舊管道復聯。

4 母管系統隔離

4.1 隔離方案

為將電廠施工改造過程導致業主方生產停產的損失降到最小，業主方要求背壓機和新管道安裝施工期間必須保證電廠另一臺汽輪發電機組安全正常運行，新安裝管道與老廠母管復聯時，另一臺機組不停機，整個施工期間僅抽凝機拆除及支管隔離時全廠停機1次。因此對于抽凝機與母管連接的支管拆除后，背壓機不需要與母管復聯的支管管道切口用堵頭焊接封堵，如圖3所示；而需要與背壓機復聯的支管管道切口采用閥門加堵板形式隔離，同時需要考慮低位點的疏放水，如圖4所示。

根據上述原則，背壓機與老廠熱力系統需復聯的管道有主蒸汽管道、除氧器加熱蒸汽管道、門桿漏氣管道、供熱管道、除鹽水管道、壓縮空氣管道。抽凝機其它與老廠母管相連的支管拆除后，管道切口均用堵頭封堵。該方案可將全廠停機的時間降到最低。

圖3 母管隔離方式一

圖4 母管隔離方式二

4.2 隔離要點

本改造項目有4類管道需拆除和隔離，分別是蒸汽管道、水管道、潤滑油管道、壓縮空氣管道。電廠內管線錯綜復雜，在做隔離設計時需做足前期工作，務必做到細心、耐心、考慮周全，不僅要對照原廠竣工圖，還需深入現場，摸清需拆除范圍內的每一根管道。只有保證每一根管道落實清楚，才能保證設計上能做出正確拆除和隔離，并滿足拆除后續管道復聯施工期間不停機要求。

根據本項目實施的過程，以下3點在設計中必須著重注意：1）竣工圖上沒有，業主自行改造的管道；2）沒有布置圖的小管道；3)需復聯母管的預留（閥門加堵頭）接口齊全。第1）、2）條是設計時容易遺漏管道，因電廠內管道介質參數（穩溫度或壓力）均較高，任何一處管道切開后未設計封堵都會導致后續1#機組重新運行時發生無法想象的事故。第三條是只有所有預留需復聯的接口采用閥門隔離，才能確保后續背壓機管道復聯時，另一臺抽凝機可正常運行。任何一處需預留復聯接口的遺漏，都會導致1#機組停機以供遺漏預留接口處的管道復聯，給業主帶來額外的停產損失。

5 結 語

將25 MW抽凝機組改造為25 MW背壓機組，經初步估算能源利用效率可提高30%以上，減少循環水水量4500 t/h以上。因背壓機組不再使用凝結水泵，循環水大量減少，循環水泵運行數量減少，機力冷卻塔風機運行數量減少，每小時可節省廠用電318 kW。

當前國內環保政策日益嚴格，國務院于2018年印發《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》在國家層面明確節能減排，作為低效率的小型抽凝機組節能減排就首當其沖。國內小型凝汽式燃煤機組已禁止新建，效率低下的小型燃煤電廠的改造業務必然越來越多，不僅對于25 MW等級機組，12 MW、50 MW、100 MW等級抽凝機組也可依據本改造思路進行，設計經驗和實踐經驗具有廣闊的推廣前景。