200 MW机组高背压供热改造技术研究与应用

周国清

(大唐长春第二热电有限责任公司，长春 130000)

200 MW机组高背压供热改造技术研究与应用

周国清

(大唐长春第二热电有限责任公司，长春 130000)

通过对国产200 MW机组汽轮机低压缸、凝汽器及相关热力系统改造的研究，进一步提高了机组的供热能力及节能降耗，达到减少市区采暖、生活用小型工业锅炉及少数居民炉灶在燃烧过程中排放污染物的目的。

节能减排；供热能力；改造

1 研究背景及意义

高背压供热即低温循环水供热，通过降低凝汽器的真空度，提高排汽压力和温度，以提高通过凝汽器的循环水温度，达到直接供热或经过尖峰二次加热后供热的目的。由于这种方式在不增加机组规模的前提下回收冷源损失，增加了供热量及供热面积，大大地增加了电厂的效益。

2015年长春市区采暖供热总面积为1.85亿m2。其中，热电联产供热0.76亿m2，区域锅炉房供热0.92亿m2，分散锅炉房供热0.12亿m2，其他供热560万m2。长春二热是长春市的重要供热单位，公司所供基本采暖供热面积3 400万m2，平峰供热面积1 050万m2。预计近5年公司所带热网覆盖范围内，市中心区有800万m2采暖热源缺口，经开区有1 000万m2热源缺口。热力市场呈现严重的供不应求局面。

经前期调研、国内同类机组考察，比对1～6号机组运行方式与运行工况，确定“200 MW机组高背压供热改造技术研究与应用”项目，依托长春二热4号机组进行实施。自2015年11月27日签订4号机组高背压本体改造及凝汽器改造合同起，于2016年10月25日顺利完工。改造范围包括汽轮机本体、凝汽器和热网系统。配套改造设备和系统包括循环冷却水系统、真空系统、低压缸喷水系统、热网加热器，等等。

2 主要科学技术内容

2.1 汽轮机本体部分改造

重新设计加工一根低压转子，以满足低压缸高背压运行的要求。实现夏季与采暖期的纯凝转子与高背压转子的互换。

图1 高背压机低压转子Fig.1 High back pressure machine low pressure rotor

2.2 汽轮机凝汽器的改造

机组改造后，汽轮机维持在高背压下运行，排汽温度相应提高，因此，凝汽器设置补偿装置用来吸收因温度变化引起凝汽器膨胀量的变化。凝汽器管板、水室、壳体及管束的布置型式相应改变。

2.3 热网系统改造

热网回水引入高背压机组凝汽器进行一次加热，经乏汽一次加热后，再送至热网加热器进行二次加热。

2.4 其他系统改造

循环冷却水系统改造。增设两台冷却水泵，满足采暖期循环水泵停用后机组其他设备冷却的需求。

凝汽器喷水减温水改造。改造后凝结水温度升高，凝结水不再适合作为低压缸喷水系统的水源。将凝汽器除盐水补水管路与机组低压缸喷水管路联接，在利用机组现有低压缸喷水电磁阀的前提下，两路水源进行切换。

为提高换热效果，将原有机组2台换热面积1 800 m2的波节管表面式换热器更换为2台2 000 m2的光管表面式换热器。

增设罗茨泵抽气装置，改造后的低压缸排汽温度上升到70℃～80℃。

凝汽器增设超声波阻垢装置，解决了凝汽器热网水流速低、热网水质差、凝汽器排汽温度高、换热管易产生结垢的缺陷。

3 项目技术的创新点

3.1 改进了轴系加工工艺

在改造工程中，为解决供热期与非供热期所使用的不同低压转子，保证两根低压转子在更换时联轴器销孔的一致性，多数电厂联轴器螺栓改造成液压螺栓，采用锥套和锥形螺栓配合使用，通过二次拉伸，满足安装精度和紧力的不同要求及联轴器销孔和螺栓的间隙要求。因其结构的特殊性，在实现周向精确定位时，联轴器绞孔无法保证孔内的精准锥度和椭圆度，液压螺栓紧固的同时，其转子晃动造成偏差，其螺栓紧固顺序、调整周期受限，并为机组投运后轴系振动带来安全隐患。此次长春二热高背压改造低压缸双转子互换，在充分研讨国内300 MW及以下机组改造实例过程中，决定低压缸双转子更换联轴器采用刚性螺栓，首先采用专用镗孔机对低发转子联轴器销孔进行镗孔，并配制间隙保证在0.01～0.03 mm的销子，绞孔完成后，将原有低压转子和中压转子返厂，利用制造厂精密数控机床，按照低压转子发电机侧联轴器销孔，在原转子轴端车制对轮模具装配槽，在环境温度达到金属膨胀的条件下，装配对轮模具，再配制新低压转子发电机侧联轴器及销孔，完成转子互换的前期准备。转子加工完成后赴现场回装，在轴系中心调整后，短时间内完成中低、低发联轴器连接，晃动度均小于0.03 mm，机组运行各轴瓦轴振均小于76 um，可安全稳定运行。

原机组纯凝工况下凝汽器抽气装置为水环真空泵，在高背压供热改造后，低压缸排汽温度达到70℃～80℃，抽汽凝结成水后温度升高，在水环式真空泵中心高负压区，部分水蒸发为蒸汽，真空泵分离器的工作效果下降，因真空泵抽的乏汽和不凝结气体的热量无法释放，导致抽真空的能力下降，形成低压缸排汽段鼓风，影响高背压改造后机组的稳定运行。设计增加具有较高抽气速率罗茨泵抽气装置，达到容积效率高、温升低、振动小的目的，且不受排汽温度的影响，能安全、稳定地运行；另一方面，单台罗茨泵抽气装置配置2台18.5 KW电动机，取代原有水环式真空泵110 KW电动机，单机能耗大幅度降低。

机组高背压供热改造后，凝汽器冷却水更换为热网循环水，流量为8 000 t/h，凝汽器换热管流速为1.1 m/s(设计流速为1.9 m/s)。因凝汽器热网水流速低、热网水质差、凝汽器排汽温度高，机组高背压供热改造后，机组运行凝汽器换热管易结垢，影响机组高背压供热改造后的安全、稳定运行。国内机组凝汽器管束清洗措施通常选用机械清洗和化学清洗，机械清洗采用高压水喷射，需停运后人工完成，对管束表面易造成损伤；化学清洗对缓蚀剂、清洗主剂配比及清洗速率要求较高，排放处理后清洗液易造成环境污染。此次机组高背压改造后，凝汽器采用除垢、阻垢、防氧化腐蚀、净化水质、环保节能为一体的USP系列超声波除垢装置，超声波的声波作用于液体，超声波的振动使金属、水垢、水随之震动，由于三者的频率不同，振动不同步，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，破坏了水垢和金属之间的结合，导致垢层疲劳而松脱，弥补了换热管束机械清洗和化学清洗的缺点，保证机组高背压改造后凝汽器换热效果和机组的稳定运行。

4 与同类技术的综合比较

利用汽轮机乏汽余热供热的技术有溴化锂吸收式热泵供热和高背压供热。高背压供热与溴化锂吸收式热泵供热技术比较，其供热的能耗小于吸收式热泵供热能耗，高背压供热改造投资比热泵低，设备占地面积少，后期的溴化锂溶液维保费用较高；高背压供热更适用于长春二热对外供热负荷要求大的条件，尤其适合于在采暖期内，其余热能全部或大部分被吸收的情况。

5 效益分析

高背压供热后，利用凝汽式机组排汽的汽化潜热将热网循环水从48℃加热至64℃左右，实现改造后机组的冷源损失为零。每个供热期节约标准煤为3.85万t，直接增加经济效益2 000余万元；节水效益22万元；节电效益18万元。另外，每年减少排放的二氧化碳为10.1万t，二氧化硫932.77 t，氮氧化物272.05 t，烟尘77.7 t，具有良好的环保效益。

6 结语

该项目通过提高机组的背压，扩大了机组的供热能力、增加了供热收益。在不增加机组发电容量的前提下，减少了机组的冷源损失，降低了供电煤耗，增大了供热面积，达到了国内先进技术水平，直接经济效益和间接经济效益明显。具有良好的节能减排效益，值得推广借鉴。

[1] 郭强，孙苗青，张龙英，等.回收乏汽余热的高背压供热方式性能分析[J].电力科学与工程，2016,32(04):94-96.

[2] 王雪峰，张学镭，卢家勇，等. 回收乏汽余热的吸收式热泵性能及对机组调峰性能的影响[J].电力建设，2016，37(04)：138-144.

Research and application of high back pressure heating technology for 200MW unit

ZHOU Guo-qing

(Datang Changchun Second Thermal Power Co., Ltd., Changchun 130000, China)

Through the research on the transformation of domestic low-pressure cylinder, condenser and related thermal system of domestic 200MW unit, the heating capacity and energy saving and consumption reduction of the unit are further improved, so as to reduce the pollutants during combustion in urban heating and small-scale industrial boilers.

Energy saving and emission reduction; Heating capacity; Transform

TK11.5

： A

： 1674-8646(2017)16-0044-02

2017-05-25

周国清(1967-)，男，工程师。