凝汽式电厂供热改造方案的探讨

摘 要：凝汽机组改供热是节能的有效措施，符合国家政策。本文探讨了凝汽式电厂改造为热电联产电厂的几种方法，对其进行简要分析，并论述了改造过程应注意的问题，以供同类型机组工程参考。

关键词：凝汽式电厂；供热改造；抽汽

1 前言

热电联产是将燃料的化学能转化为高品质的热能用以发电，同时将已在汽轮机中作了功的低品质热能，用以对外供热，将利用效率低的热量加以高效率利用。随着近年来煤炭价格的不断上涨和电力建设步伐的不断增大，发电成本不断增加，企业的利润空间大幅度缩小甚至亏损。同时“节能减排”是我国经济实现可持续发展的国策，电力设计向节能减排降耗方向发展是大势所趋。因此，节能减排降耗工作成为电力行业尤其是发电企业面临的历史性任务。

热电联产是节能减排的一项重要手段，是城市治理大气污染和提高能源利用率的重要措施。凝汽式汽轮机组技术经济指标差、煤耗高、效率低，逐渐将被停用。因此，对于凝汽式电厂，将凝汽式汽轮机改为热电联产机组是中小型电厂今后求得发展的唯一选择。

2 热电联产机组供热抽汽方式

供热机组抽汽方式有两种：非调整抽汽（汽轮机外部调节供热参数）和可调整抽汽（汽轮机内部调节供热参数）

（1） 非调整抽汽是指在汽轮机内不设抽汽调节阀或回转隔板，通流部分的面积是不可调整的。汽轮机抽汽口的抽汽压力和抽汽量一方面受到进汽调节阀开度的影响：当进汽调节阀开大时，抽汽口压力升高；另一方面还受到热网压力波动的影响：当进汽调节阀开度不变时，如热网压力上升，则抽汽口压力会跟随变化，而抽汽量会被动地下降。所以非调整抽汽的特点是：汽轮机本身没有调节能力，不能根据热网的需求，主动控制和改变抽汽量及抽汽压力，需在外部减温减压后满足热用户的要求。其优点是结构简单，对汽轮机通流没有节流作用。

（2）可调整抽汽

可调整抽汽的特点是：根据热网的需求状况，汽轮机调节系统主动控制和改变抽汽量及抽汽压力。但其结构复杂，对汽轮机通流有节流作用。

3 凝汽式汽轮机供热改造的方式

目前凝汽机组常用的改造方式大致有以下几种方式：汽轮机本体改造；采用压力匹配器；将凝汽式汽轮机改造成背压机；采用循环水供热等。其中汽轮机本体改造又包括以下几种方式：在中低压连通管上打孔增设蝶阀方案；加装回转隔板方案；在汽缸上扩孔抽汽等。在中低压连通管上打孔增设蝶阀方案以及加装回转隔板方案属于可调整抽汽的改造方式，在汽缸上扩孔抽汽属于非调整抽汽的改造方式。

3.1汽轮机本体改造方案

3.1.1中低压连通管上打孔增设蝶阀方案

在汽机连通管上加装调节蝶阀，在蝶阀前打孔抽汽。通过蝶阀调整抽汽压力，实现调整抽汽的目的。该方案适用于有连通管的汽轮机，如125MW及以上容量的机组；100MW机组大部分设有连通管，但个别不设连通管；50MW机组一般不设连通管。当抽汽时通过调整蝶阀开度来调整供热蒸汽参数。供热抽汽点通常设在中排。从汽机的安全运行角度，要求抽汽压力尽量维持或接近原凝汽工况压力，而供热蒸汽流量又要随热用户需求而变化，进而影响抽汽压力。二者互为矛盾互相影响。因此必须设置相应的控制调节系统，来保证机组的安全运行。

该方案机组本体基本不做改动，只需汽机厂对低压缸进行核算，对汽轮机通流间隙和叶型进行小量改造，改造工作比较简单，施工工作量较小，造价较低。因此，此改造方案在供热改造中比较常用，在役凝汽式汽轮机供热改造中，大多数采用这种方式。缺点是调整抽汽调节范围小，可能出现抽汽参数与供热需求匹配不尽合理现象。供热对象主要是采暖用户。

基本改造方案如下图。

该方案改造时应关注以下几个方面：

1）首先要保证低压缸最小流量。供热抽汽后，进入低压缸的蒸汽流量将减少，小容积流量工况下，低压末级动叶片根部会出现倒流现象，还可能造成动叶片根部水蚀，危及叶片安全运行。同时末级叶片可能处于鼓风工况，使温度升高，威胁末级叶片的安全。为保证低压级叶片的安全性，维持机组正常运行，供热改造时应研究确定出最大抽汽量的限制值，相应的确定出进入低压缸的最小流量值。

2）在供热引出管道上设置完善的保护措施，应设置逆止阀、快关阀和隔离阀，以实现抽汽流量和参数的调整，并防止在逆止阀失效的情况下，热网蒸汽倒流引起机组超速事故。抽汽管道上的阀门应尽量靠近汽轮机，以减少抽汽口至快关门间的存汽容量。

3）在供热抽汽管道上合理设置疏水点，确保疏水良好，防止造成汽轮机进水或冷蒸汽。

4）机组供热运行期间，对最小电负荷应有一定的限制，从而保证供热参数及机组运行的安全性。

3.1.2加装回转隔板方案

更换机组的高中压部分，在缸体内安装回转隔板，实现调整抽汽的目的。通常用于供热压力1.0～1.5MPa可调抽汽，以满足较高压力的工业抽汽。该改造方案受机组形式限制，冲动式汽轮机可以采用该方法，反动式机组不能采用旋转隔板。对冲动式汽轮机（如东汽300MW机组采用的GE技术），只需要去掉中压缸后二至三级就可以安装回转隔板；但反动式汽轮机（如上汽、哈汽300MW机组采用的西屋技术），因级间距离小，级数较多，需要去掉中压缸后四至五级才可以安装回转隔板，这样就使中压缸效率下降较多；而且反动式汽轮机结构特点：短隔板+鼓筒式转子，隔板深入叶轮内部较短，若在反动式汽轮机上安装回转隔板，必须将其转子抠出较深的凹槽来放隔板并加上复杂的附件，实现起来很困难。

该方案优点是抽汽量大，抽汽压力高，控制精度高，能够满足电厂长距离大流量高参数供热的要求。缺点是实现难度大，结构上需更换的部件太多，投资大，工期长，对汽轮机通流有节流作用，有卡死的可能。

3.1.3在汽缸上扩孔抽汽

在汽轮机本体高中压缸通流的中间打孔抽汽，来实现外供热负荷的要求，其供热参数随机组电负荷变化，汽轮机本身没有调节能力，属非可调整抽汽。需在外部减温减压后满足热用户的要求。