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凝汽式汽轮机改造为背压式汽轮机的方法及其节能效益

作者：马海珊

来源：《中国新技术新产品》2012年第07期

的基础上，结合实际工作经验，对凝汽式汽轮机改造成为背压式汽轮机的方法和实施进行了讨论，改造后的效益分析结果证明了所使用方案的可行性，可以在实际工作中对相关经验进行借鉴。

关键词：凝汽式汽轮机；背压式汽轮机；改造方法 中图分类号：U664.113 文献标识码：A 1概述

就目前的实际情况来看，国内很多企业自备电站和中小型电站所配备的抽凝式汽轮发电机组都因为各种主客观因素的影响而长期处于闲置状态，这些因素既包括煤、电价格矛盾突出，企业因生产经营活动处于亏损状态而不得不做出的选择、热要求参数与抽汽参数匹配度不足，无法满足热需求而导致的长期闲置，也包括因为凝汽发电部分比例过大、热效率无法满足政策要求而导致的政策性停运。例如，某热电有限责任公司的两台抽凝机组，就因为煤电比例失衡，燃煤成本高于发电效益而不得不将其停运，并通过减温减压对外供热来弥补自身的经济损失。为了最大程度降低企业的经济损失，发挥这些闲置机组在满足供热需求方面的积极作用，公司将其改造成为背压式汽轮机，并在实际工作中获得了满意的效果。 2 实际案例

受某热电有限公司的委托，笔者所在单位对该公司的一台C15-4.9／0.981型抽凝机组进行改造，目标是将其改造成为仅供补水用的低背压、小排汽抽背式汽轮机。在对改造工作进行可行性研究的基础上，工作人员进行了改造方案的论证和设备结构的设计，并完成了对于气动热力的计算，最终在保留喷嘴数目和级数的基础上明确了改后的结构形式，并对方案进行了具体的实施。设备改造结束并投入运营数月后，证明了改造工作的可行性。由于在改造中，去掉了原有的循环水系统和冷凝器，所以减少了循环水泵和冷源方面的能量损失，使机组的热效率和热电比都得到了明显提升，真正满足了“以热定电”的要求。与改造前的抽凝式汽轮机相比，改造后的设备在满足相同供热需求的同时，获得了更好的节能效益，有效的响应了国家有关节能减排的号召。

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3 改造工作的实施

3.1 确保改造工作的科学与合理性

原有设备的尺寸和结构设计是根据抽凝式汽轮机的使用需求进行的，所以与改造后的使用需求之间存在着的很大的差异。原有设备的排汽压力为0.005828MPa，容积流量约为1.3×106m3·h-1，处于高度真空的状态，末级对通流面积的要求较高，所以叶片相对较长。在改造成低背压（＜0.02MPa）、小排汽量（＜10t·h-1）抽背式汽轮机后，末级排汽的容积流量降低为原来的1/20，约为0.065×106m3·h-1，所以对于排汽管道尺寸、末级通流面积的要求都大幅减小。另外，原机组的焓降理想值为12222kJ/kg，由12级构成，级数相对较多。改造后，焓降理想值降低约60%，为750kJ/kg。各级理想焓降按照最佳速比原则配置，对于级数的需求大幅降低，因此要将后面的若干级数去除。

改造后，汽轮机的背压和排汽温度都会增加，后汽缸温度会因此上升，若采用后汽缸和后轴承座一体结构，就必然会导致后轴承因上扬而出现振动，降低机组的安全运行系数。为了对这一问题进行解决，工作人员在去掉末级叶轮车后将其改为轴套，并在被摘除隔板的位置加设了专门设计的带轴封装置的隔热挡板，确保后汽缸始终处于合理的工作温度。

若对外供汽的压力＜0.5MPa，可将其改造为背压式汽轮机，对外供热由排汽直接进行；若对外供汽压力和温度相对较高，对外供热则需由原抽汽口进行，在保留其后若干级的基础上，将压力通过少量的蒸汽控制在＜0.2MPa的水平，以发挥降温的作用。利用原有的低加抽汽口能够将排汽直接输入低压加热器当中，以发挥其作为加热补水的作用，满足机组的自身需求。 在本次工作中，所采用的改造方案为：根据原有的结构尺寸和当前的实际需求，重新进行了相应的计算与设计。首先，通过计算对汽轮机在改造后所需级数、抽汽口位置进行确定。其次，按照设计及相关参数，对整体焓降进行确定，再重新分配所保留各级的焓降，使各级速比尽量处于最佳范围内。第三，逐级进行更加全面的计算。最后，在满足各级冷却流量的前提下，对不同的方案进行比较分析，确定保留各级的喷嘴数和通流面积，并对多余喷嘴进行处理。

3.2 改造工作的具体实施 3.2.1 本体改造

隔热挡板采用了隔板的形式，水平中分为上下两部分，接合面即为中分面，加工制作仍按照原有的配合尺寸与隔板位置进行。由于改造后，背压和漏汽量都会提高，所以对于汽封轴的尺寸要求也大幅增加，为此，工作人员设置了五道梳尺汽封，并在挡板加强筋的两侧位置留置了疏水孔，以便凝结水能够在启动时被排出。除末级外，拆除级均进行了叶根和叶轮的保留，以防止出现槽道冲蚀的现象。去除喷嘴的位置依据上下缸的温度均匀性来决定，转子在改造后重新进行了动平衡。

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3.2.2 系统改造

系统的改造主要是在原有抽凝系统的设计和布局上进行，所以改造的时间大幅缩短，改造费用也随之降低，有利于改造结束后的运行操作。例如，对外供热仍沿用原有的一段抽汽，同时在保留二、三段抽汽的基础上加设联通阀。排气口选择为原有的三段抽汽口，对除氧器和低压加热器进行补水的加热。若去除氧器的抽汽压力在低负荷工况时有所不足，则可将联通阀关闭，以原有的二段抽汽满足除氧器的用汽供应。改造结束后，原凝汽器中的喷水装置仍发挥对系统进行补水的作用，同时负责原机组均压箱改道后往凝汽器中输入蒸汽和隔热挡板汽封漏入蒸汽的凝结任务。凝结水会通过水泵被先后输往低压加热器和除氧器，最终被加热到104℃。改造结束后，机组原有的两台27kW射水抽汽器水泵和三台280kW循环水泵被停用。 4 效益分析

改造结束后，机组获得了很好的节能效果与效益，经测算，热效率、热电比、煤耗、经济效益等指标均得到了有效提升。 4.1 热效率

在机组改造前后，均在65t·h-1的条件下对外供热，改造前后的热效率分别为55.8%和79.5%，热效率提升了23.7%，使能量的利用更加合理。 4.2 热电比

在机组改造前后，均在65t·h-1的条件下对外供热，改造前后的热电比分别为5.42和13.55，提升近250%，这主要是因为凝汽发电部分被去除的原因。 4.3 煤耗

在机组改造前后，均通过热值平均为20935kJ/kg的原煤对发电的煤消耗量进行计算，改造前后的煤耗分别为553.6g（kW·h）-1和166.2 g（kW·h）-1，较大机组发电煤耗有了较大幅度的下降。 4.4 经济效益

按照每年运行7000h，上网电价为0.5元（kW·h）-1、以及煤耗、发电效益进行比较，改造前后的经济效益分别约为240万元和1103万元，经济收益增多近870万元。 结语