区域供热２０１７．３期 ６００ＭＷ超临界空冷机组“双背压＂ 供热改造存在的问题及解决方法 国家电投集团东北电力有限公司 付怀仁 中能服能源科技股份有限公司 宋春节 【摘 要】本文结合６００ＭＷ空冷机组供热改造的实例，阐述了其供热改造原理， 分别对改造实施过程中存在的汽轮机轴承振动、串轴、胀差问题、低压缸末级及次末 级叶片颤振问题、凝汽器水位差平衡问题、空冷岛的防冻问题以及凝结水温控制问题 进行了分析．并从实际工程运行角度提出了解决问题的方法．为大功率空冷机组供热 改造的实施和安全运行提供了参考和保障 【关键词】超临界空冷机组双背压供热改造 高背压安全运行 ＤＯＩ编码：１０．１６６４１￣．ｃｎｋｉ．ｃｎ １１－－３２４１／ｔｋ．２０１７．０３．０１４ １前言 极为严峻的经营形势 在这种情况下．向城市 供热、向企业供工业抽汽等，成为电力企业 增加收入的重要手段 在不增加电厂燃煤 量、环保排放量等的基础上对机组进行改 目前．我国是世界上较大的温室气体排 放国之一．“节能减排”是“十三五”期间我国 社会经济发展的一个重要核心 提高能源利 用率、加强余热回收利用是节能减排、保护环 境的重要措施… 火力发电厂的冷端损失是电 厂热力系统损失中最大的 在冬季额定供热 工况下．汽轮机排汽损失可占燃料总发热量 造．回收其乏汽或循环水的余热向城市供 热．使电厂对外供热能力提高．增加了电厂的 收入［引。 目前．高背压循环水供热节能技术已成 功应用于国内多台大型发电机组．２０１１—２０１３ 的３９％以上ｌ２ 对于火力发电厂来说，汽轮机 乏汽热量被作为废热排放．但对于低品位的 建筑采暖而言．则构成巨大的能源浪费和经 济损失『３＿ 如果汽轮机乏汽余热能够充分回收 用于供热．将会大幅提高电厂的供热能力和 年分别在华电国际十里泉发电厂、华电章丘 发电有限公司和华电青岛发电有限公司成功 实施了１３５ＭＷ机组和３００ＭＷ机组低压缸 双背压双转子互换循环水供热节能改造． ２０１３年河北华电石家庄鹿华热电有限公司进 能源利用效率，可带来巨大的节能、环保以及 社会效益 行了３３０ＭＷ空冷机组直接双背压循环水供 热节能改造．积累了高背压循环水供热改造 的成功经验．在降低机组煤耗和减少二氧化 由于煤炭价格较高 火力发电受风电、光 伏等新能源的冲击和挑战．火力发电厂面临 一７ 一 区域供热２０１７．３期 硫、氮氧化物等有害气体排放方面，取得了显 利用机组抽汽进行二次加热，以满足热网供 水要求．实现机组供热能力的提高。若热负荷 小于可回收乏汽余热量．可采用一个低压缸 “高背压”运行．另一个低压缸“低背压”运行 的“双背压”运行模式：在非采暖季，切换到空 冷岛进行纯凝工况运行 空冷机组双背压供 热运行系统如图１所示 著的成效。 ２纯凝机组供热改造技术介绍 在不改变空冷岛现状的情况下，增设一 台水冷换热器作为热网加热器来加热热网循 环水 在采暖季，提高汽轮机背压，利用热网 加热器回收汽轮机排汽余热进行一次加热， 图１ 空冷机组双背压循环水供热运行系统图 国家电投集团燕山湖发电公司共装机２× ６００ＭＷ机组．为空冷超临界纯凝机组．汽轮 供热负荷的５５％ 所以．该电厂迫切需要进行 供热改造．以满足供热的安全性，同时提高电 厂的经济性 ３存在问题及其解决方法 机是由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的 超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、直 接空冷、凝汽式汽轮机，型号为ＣＬＮＺＫ６００— ２４．２／５６６／５６６．额定功率６００ＭＷ 机组于２０１ １ 年１０月１３日首次并网．２０１２年３月２１日完 双背压供热改造内容包括汽轮机本体改 造、凝汽器改造等，基本都是在原有设备上进 行的．解决改造中所遇到的问题，还要从改造 机组的实际情况来进行考虑 通常在大功率 空冷机组“双背压”供热改造中遇到的问题及 成１６８小时试运行 ２０１３年完成供热改造，原 改造方案为从中低压缸连通管向外引出１根 ＤＮ９００抽汽管道打孑Ｌ抽汽．作为热源来加热 热网回水．设计单机额定抽气量３７０ｔ／ｈ．最大 抽汽量为４２０ｔ／ｈ．规划供暖面积可实现１２００ 万ｍｚ 按４８Ｗ／ｍ２供热指标供计算．热负荷为 ５７６ＭＷ 在２０１４—２０１５年供热期的供热面积 达到了９００万ｍｚ．单台机组设计额定供热能 力只能满足供热负荷的６５％．最多可以满足 供热负荷的７４％．供热安全性较低。当供热面 积达到１２００万ｍｚ时．单台机组设计额定供 其解决方法如下ｌ ６ｌ： ３．１ 汽轮机轴承振动、串轴、胀差问题 在双背压供热改造过程中易出现汽轮机 轴承振动、串轴和胀差等问题，如不及时有效 地解决．将会对机组的安全运行及使用寿命 造成极为不利的影响。 为了避免排气温度升高造成排气缸支承 座膨胀量增加，使汽轮机后轴承抬高量增加． 造成机组振动值增大 ．保证轴承稳定．可根 据机组的运行特点．分别使低压缸和轴承箱 一热能力只能满足供热负荷的４９％．最多满足 ７９— 区域供热２０１７．３期 落地，用３个支撑臂将低压缸端汽封固定于 轴承箱上。汽封体中心可通过水平及横向键 来确定，如此可以避免端汽封与转子的动静 碰磨，保持合理的间隙。使其具有良好的同心 性。在保持真空的基础上，在低压缸与汽封体 之间设置膨胀节，用以吸收低压缸膨胀造成 的位移 此问题除在在改造前进行试验外．还要 与汽轮机制造厂进行合作．对汽轮机轴系中 心调、胀差等问题进行计算、校核等。 ３．２低压缸末级及次末级叶片颤振问题 当空冷机组高背压运行后．低压缸进气 流量不变．容积流量降低．当容积流量减少到 一定程度时就会对叶片造成损害 若经常处 于高背压、小流量、大负冲角工况下，汽轮机 末级叶片就会在气流的作用下产生一种极强 的扰动力．进而导致叶片产生非共振强迫振 动 由强迫振动产生的动应力会随着负冲角 逐渐加大和气体比容的减小而大幅上升．当 相对容积流量减小到ｏ．１５～ｏ．２左右时．动应 力会出现一个峰值．该峰值状态的动应力会 比正常运行时的大５倍～１０倍．对于设计强度 容量较小的叶片将会产生致命性破坏 此特 殊工况下产生的叶片振动．就是通常所谓的 颤振。变负荷动应力曲线如图２所示 ０ 相对容积流量丽 图２变负荷动应力曲线 当失速汽流对叶片所作正功小于机械阻 尼耗功时，叶片所吸收的能量不断被消耗，其 振动的振幅逐渐减小，振动逐渐减弱。反之， 一８Ｄ一 叶片吸收的能量不断增加．其振动的振幅越 来越大，最终发生颤振 颤振问题可分为 经典颤振和失速颤振两大类。经典颤振发 生在势流中．流动分离和边界层效应对其 影响不大，而失速颤振与流动分离以及漩 涡形成则有直接关系。研究表明．引起汽轮 机叶片动应力突增的是流体自激振动中的 失速颤振 空冷机组采用背压供热后．当热网系统 需要的热量较小时，若排汽量仍然较大．热网 回水的温度就会升高．造成排汽的热量不能 全部被热网循环水带走．背压会升高超限． 影响机组运行安全。若排汽量较小．会造成 高背压工况下的容积流量较小．造成机组运 行处于叶片负冲角工况．从而导致叶片发生 颤振。为了保证叶片安全，即使压力不超过 ３５ｋＰａ 也必须保证低压缸排汽的容积流量足 够大。 防颤振措施采用增加低压缸（高背压）进 汽流量方法．使低压缸（高背压）相对容积流 量远离相对动应力峰值的相对容积流量．达 到防颤振之目的。分析机组叶片颤振特性． 增加防颤振检测手段。随时监测运行工况防 止进入颤振区 一旦进入颤振区．在紧急状 态下自动开启相应防冻空冷岛模块．使机组 背压降低、增大排汽流量，确保机组安全运 行。 ３．３凝汽器水位差平衡问题 改造前凝结水泵进口管道通过联通管道 先将一侧排汽装置中的凝结水排人另一侧排 汽装置．然后进入凝结水泵．两个排汽装置和 凝结水泵为串联关系 “双背压”改造后．两侧 排汽装置中压力不同．将导致凝结水液位不 同 供热期间．其中一侧排汽装置压力为 ３５ｋＰａ左右．另一侧排汽装置压力为１３ｋＰａ左 右．低压侧排汽装置中凝结水液位将会比高 压侧排汽装置中的高约２．２ｍ．这样系统将无 法正常运行 为保证两个排汽装置中的液位正常．将 两个排汽装置之间的２根￣９８０ｘ６的凝结水 联通管道增设阀门切断，这样就导致低压侧 排汽装置凝结水无法排出．所以必须增设水 泵和相关管道。将低压侧排汽装置中的凝结 水打入高压侧排汽装置，以便能进入凝结水 泵．保证改造后机组正常运行。 ３．４空冷岛的防冻问题 空冷岛的防冻主要需考虑的是空冷岛最 小防冻流量 机组双背压运行后．单侧低压缸 的背压升高至３５ｋＰａ．低压缸最小流量４９０ｔ／ｈ。 其中部分蒸汽以约３２０ｔ／ｈ流量进入高背压热 网水加热器，其余蒸汽进入空冷岛进行冷却。 改造后的高背压侧对应的空冷岛四列均设置 调节阀 在极寒情况下．空冷岛最小防冻流量 为１６４．５ｔ／ｈ。 由于高背压运行时进入空冷岛的蒸汽量 大于最小防冻流量．因此在冬季高背压运行 时进入空冷岛的排汽量满足冻结要求 双背 压运行时．空冷岛的背压通过蒸汽隔离阀和 空冷岛风机转速来调节．一般只开一到两列 调节阀即可满足要求 在改造过程中需要检查原有空冷岛蒸 汽隔离阀的严密性．保证蒸汽隔离阀可以 正常开关。关闭列中的凝结水及时排空．即 可以保证关闭列不会因冻结而影响空冷岛 安全。 ３．５凝结水温控制问题 双背压改造后，凝结水温度上升．超过原 来精处理水的温度要求值．因此要对精处理 装置进行改造或加装换热器控制凝结水温 度。采取温度控制方法具有投资小．运行安 全、稳定等特点 设备设置于热网换热器疏水侧．用来降 低疏水水温．保障凝结水精处理系统的安全 和稳定运行。凝结水降温设备为板式（管壳 式）水水换热器，热侧为疏水 冷侧采用热网 水。 当凝结水降温设备出现泄漏时．切断凝 区域供热２０１７．３期 结水换热器．同时退出双背压运行状态。当凝 结水降温设备凝结水出１：１温度超标时．降低 低压侧运行背压．可缓解凝结水温度过高的 问题。 ４结论 本文通过纯凝或抽凝机组的循环水供热 改造技术的介绍．表明国家电投集团燕山湖 发电公司共装机２ｘ６ＯＯＭＷ机组进行双背压 供热改造的迫切性和必要性 通常在大功率 空冷机组“双背压”供热改造中会遇到汽轮机 轴承振动、串轴、胀差问题、低压缸末级及次 末级叶片颤振问题、凝汽器水位差平衡问题、 空冷岛的防冻问题以及凝结水温控制问题。 通过对上述问题出现原因的分析探讨．从实 际工程运行角度提出了解决问题的方法．为 大功率空冷机组供热改造的实施和安全稳定 运行提供了参考和保障 参考文献 ｆ１ １撒卫华．溴化锂第一类吸收式热泵的研究及应用 ［Ｊ］．洁净与空调技术，２０１０，（２）：２１—２４ 『２］郭海生．发电厂冷凝热回收实例分析『Ｊ］．科技创新 与生产力，２０１１，（２１】）：８６—８７ 『３］全国发电技术协作网．间接空冷机组高背压双温 区供热系统［ＯＬ］．北京：全国发电技术协作网， ２０１６，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｃｘ．ｏｒｇ．ｃｎ／ｎｅｗｓ／ｈｔｍｌ／４３９８．ｈｔｍｌ 『４］安外尔．克热木，魏振宇．国内新建２￣３５０ＭＷ机组 高背压供热方案分析『Ｊ］．科技与创新．２０１６． （１４）：９９ 『５］包头第一热电厂．包头第一热电厂３００ＭＷ乏汽余 热利用工程环境影响评价报告ｆＲ］．北京：北京蓝 颖洲环境科技咨询有限公司．２０１５ ｆ６］付怀仁，李玉静，宋春节．浅谈低真空循环水供热 改造工程中的管理重点［Ｊ］．中国高新技术企业， ２０１６，（５）：２８—３１ 『７］徐士民．汽轮发电机组技术改造的几种形式和措 施［Ｊ］．黑龙江电力技术，１９９９，（５）：２３—２５ 『８１王家楹．改善汽轮机低压缸末级叶片调峰性能的 探讨［Ｊ］．浙江电力，２００１，（４）：５７—５８ —８ 一
