两种汽轮机高背压供热改造技术的分析

两种汽轮机高背压供热改造技术的分析

刘宇阳 韩双 张昊

中国船舶重工集团有限公司第七〇三研究所 黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：论述两种150MW等级再热机组高背压供热改造技术的特点。采用“双背压双转子互换”改造方式，对高背压运行的低压转子进行重新设计，并采用液压联轴器螺栓实现高、低背压运行的低压转子互换，使得机组在两种背压下运行，都能够保持较好的经济指标和低压缸效率；低压缸采用一次性改造，在高、低背压下两套动静叶片互换的改造方式，低压缸内气流通道不光顺，气流流动不连贯，导致低压缸内存在涡流，低压缸效率低。

关键词：汽轮机组；高背压改造；高背压供热；循环水供热

1、两种高背压供热改造机组的技术规范

1.1机组低压转子一次性改造后的技术规范

150MW机组是超高压、双抽凝汽式汽轮机组，从三段抽汽管道上引出工业抽汽，从中低压缸过桥管上引出采暖抽汽，设计额定采暖抽汽量为210t/h。机组改造前的额定出力是150MW，低压缸双流，通流级数为6级。为实现机组高背压供热，对低压缸通流部分进行了一次性改造、在高、低背压两种运行状态下两套动静叶片互换的改造方式。在采暖季节，使用改造后的2×5级的低压转子，排汽背压提升至30～40kPa，利用高温循环水供热；在非采暖期，复装原低压缸三级叶片，低压缸恢复原设计状态运行。

1.2机组低压缸双背压双转子互换改造后的技术规范

低压缸双背压双转子互换，即采暖供热期间使用动静叶片级数相对减少的低压转子，非采暖期使用原设计配备的低压转子，采暖期凝汽器高背压运行，非采暖期低背压运行。140MW机组，原低压转子为2×6级，在进入采暖期前更换为去掉两级动叶和隔板的2×4级低压转子，排汽背压提升至30～45kPa；当采暖供热期结束后，再将原2×6级动叶的低压转子和相应两级的隔板恢复，汽轮机排汽背压同时恢复至4.9kPa，从而使机组完全恢复原设计状态运行。

2、两种改造方式的技术特征比较

2.1低压转子一次性改造内容

为实现机组高背压供热，对低压缸原通流部分进行了改造，将原2×6级的低压转子改为2×5级，去掉低压后三级隔板、动叶；次次末级安装假叶根；重新设计末级、次末级隔板、动叶和叶轮，末级叶片长度由710mm改为450mm；增加导流环、末级叶片去湿环。在非供暖季节，将高背压改造后的叶片、隔板拆除。将原末三级的叶片重新镶嵌到转子上，末三级隔板也重新安装回汽缸，并按原设计值调整通流部分间隙，恢复未改造前的安装，机组也恢复到改造前的运行状况和背压值。在冬季供暖前期，恢复高背压运行时的叶片和隔板。机组每一次拆装叶片，低压转子都要进行动平衡。

2.2低压缸双背压双转子互换改造内容

为实现高背压供热，机组低压缸通流部分改造范围：低压转子更换为新整锻转子，通流级数由2×6个压力级改为2×4压力级；更换低压2×4级隔板及汽封，更换低压前、后

轴端汽封体及汽封圈；增加低压末级导流环2套，更换低压分流环；中低、低发连轴器螺栓更换为液压螺栓。

3、机组两种方式改造后的经济指标

3.1机组低压缸一次性改造后的经济指标

150MW机组高背压供热改造后，供暖季节实现高背压供热运行；非供暖季节，恢复原低背压凝汽状态运行。机组进行高背压供热和低背压凝汽工况试验，得到机组供热能力和供热工况、以及低背压工况下的经济指标。

机组高背压供热工况运行，设计高压缸效率为79.206%，中压缸效率为90.086%，低压缸效率为77.157%，机组缸效率没有达到设计值，尤其是低压缸效率比设计值偏低16.83%。

机组高背压供热改造后，在采暖季节，利用循环水供热，消除了冷源损失，机组热耗率大幅度降低，额定采暖抽汽量工况的热耗率为3794.537kJ/kW·h，机组试验热效率达到94.87%。机组在低背压凝汽工况运行，热耗率和出力也恢复改造前的水平。机组改造前，150MW纯凝工况运行的热耗率为8491.376kJ/kW·h，改造后正常背压运行的热耗率为8455.584kJ/kW·h。但此种改造方式，机组在高背压工况下运行，不能停止中低压缸联通管上的采暖抽汽，如停止采暖抽汽，在高背压工况下纯凝运行，90MW负荷下，低压缸右侧排汽温度达到98℃、102℃，随着负荷上升，低压缸右侧排汽温度也升高，机组运行的安全性降低。

3.2机组低压缸双背压双转子互换改造后的经济指标

140MW机组高背压供热改造后，供暖季节采用高背压转子，实现高背压供热；非供暖季节，采用原低压转子，恢复原低背压凝汽状态运行。机组进行高背压供热和低背压凝汽工况试验，得到机组供热能力和供热工况、以及低背压工况下的经济指标。

机组高背压供热改造后，在高背压凝汽112MW工况下，设计四段抽汽压力为0.5106MPa、五段抽汽压力为0.3725MPa。而由机组高背压出力工况试验数据得知，四段抽汽压力和五段抽汽压力都超过以上设计值，机组出力达到最大值。机组在高背压供热工况下运行，利用循环水供热，消除了冷源损失，机组热耗率大幅度降低，在高背压凝汽工况和抽汽工况下，试验热耗率为3724.188kJ/kW·h、3756.656kJ/kW·h，汽轮机组试验热效率达到96.666%、95.83%。机组在低背压凝汽工况运行，经济指标也恢复改造前的水平。

由于受锅炉蒸发量的影响，试验时的机组最大出力为127894.6kW。125MW工况下，机组试验热耗率8726.496kJ/kW·h，修正后热耗率8474.528kJ/kW·h；而机组高背压改造前试验，125MW工况下，机组修正后的热耗率8368.75kJ/kW·h，低压缸恢复原设计转子后，机组热耗率指标基本恢复。

4、机组高背压供热改造技术分析

4.1低压缸一次性改造方式分析

由以上试验结果得知，150MW机组低压缸一次性改造以后，低压缸效率远低于设计值，而且不能停止中低压缸联通管抽汽运行。原因主要体现在以下两方面。一是原150MW机型采用710mm末级叶片，以纯凝THA工况为经济工况点，末级叶片焓降较小，当背压提高时，末级叶片由于焓降减小很容易出现做负功的状况，从而产生鼓风损失，因此原设计不适合用于高背压供热；为了达到高背压供热的目的，低压缸在改造时采用了更低叶高的450mm末级叶片，以避免在高背压运行时末级叶片出现鼓风现象。由于末级和次末级叶片过短，级的焓降减小，做功能力降低，级效率和低压缸效率都降低。

影响低压缸效率和做功能力的另一个原因是：低压缸动/静叶片在原低压缸基础上改造，低压缸通流部分没有进行重新优化设计，低压缸通流部分改造中去掉低压缸第四级隔板及动叶后，通流级数减少一级后使上下游的压力级间动静叶片间距增大数倍破坏了汽流流动的连贯性，在两级之间的叶高和叶根部分容易产生涡流，影响了主汽流的正常流动，从而带来较大的流动损失，同时末两级叶片减短，导致低压缸通流部分光顺性差，以上两点导致低压缸效率降低。当采暖抽汽量减少，末几级通流量加大，涡流加剧，导致排汽温度增加，影响机组安全运行。

结语：

140～150MW等级再热机组目前出现两种高背压改造方式：低压缸一次性改造、两套高低背压动静叶片互换的改造方式，以及低压缸双背压双转子互换的改造方式。两种改造方式都实现了机组采暖季节高背压供热方式运行，经济性大幅提高。150MW机组和140MW机组试验热耗率达到3794.537kJ/kW·h、3724.188kJ/kW·h，热效率达到94.87%、96.666%。机组通过更换原动静叶片或原低压转子，恢复非采暖期低背压凝汽工况运行状态，使机组保持常年高效经济运行。低压缸一次性改造方式，低压缸内气流通道不光顺，气流流动不连贯，导致低压缸内存在涡流，低压缸效率低，而且不能停止中低压缸联通管上的采暖抽汽运行，运行的安全性降低，但由于保留了5个压力级，机组带负荷能力稍高；机组采用低压缸通流部分两套动静叶片互换，改造成本低，但供热期前后的检修期长。机组采用低压缸双背压双转子互换改造方式，低压缸通流部分进行了重新优化设计，低压缸效率高，机组经济指标也优于低压缸一次性改造方式，而且运行的安全性好；但需要订作一套新设计的高背压低压转子，改造的成本高。

参 考 文 献:

[1]赵伟光,李心国,江敏.东海热电厂3号汽轮机组低真空供暖改造经济性评价[J].东北电力技术,2005,(10):1～5.

[2]考芳.小型凝汽式汽轮机低真空运行循环水供热改造[J].山东电力技术,2010,(3):46～48.

[3]方敏,丛璐.银川热电厂一期循环水供热技术的应用和经济效益分析[J].沈阳工程学院学报（自然科学版）,2010,6(1):10～12.