200MW机组高背压供热改造技术探讨

摘要：通过对某热电厂200MW供热机组高背压改造分析，探讨高背压改造技术在200MW供热机组上的应用。证实改造后不仅增加热电厂的供热能力，还达到了节能减排，创造社会效益的目的。

关键词：高背压改造；供热能力；效益

0 引言

随着城市的不断扩张，供热需求也不断增加，原有的热电厂已经不能满足城市对供热的需求，一些小供热锅炉应运而生，但由于环保设备的高昂，这些小供热锅炉的很多环保参数都不达标，并且存在供热效果差、热源损失严重等诸多缺点。同时由于受到电网电量的限制，热电厂的建设受限，所以通过改造增加原有热电厂的供热能力就非常迫切，而高背压供热改造技术就可以较好的解决这一问题。

1 改造方案

1.1 改造原理

某热电厂200MW供热机组原设计是在冬季采暖过程中，利用中排抽汽作为热网循环水的加热热源。原有的设计方式中热网循环水与凝汽器冷却水分属不同的系统，即机组只要运行就必须有冷水塔参与凝汽器的冷却工作，有一定的冷源损失。

高背压供热改造后，在冬季采暖期间，机组高背压运行，将凝汽器改为供热系统的热网基本加热器，而冷却水直接用作热网循环水，充分利用凝汽式机组排汽的汽化潜热加热热网循环水，将冷源损失降低为零，提高机组循环热效率；同时本机热网加热器作为尖峰加热器对热网循环水进行二次加热，将热网循环水温度提高到能够满足二次网热网所需的供水温度，向用户供热，此改造方案可实现其供热能力得到较大的提升。

1.2 改造设备

1.2.1 汽轮机本体

重新设计制作一个低压转子，以满足低压缸高背压运行的要求。同时对低压缸前后轴承的安装标高进行预调整，并采用比较适合、经济的对轮连接形式，其对应的隔板、汽封也应改造为能够满足新型低压转子的要求。新设计加工的转子能够满足机组在供热期高背压运行，且能够保证机组运行的安全性，夏季非采暖期更换为原纯凝转子，两根互换的转子两端的半联轴器，无论在对中心或两半联轴器螺栓孔的精度等方面都要做到完全一致。即：采暖供热期间使用动静叶片级数相对减少的低压转子，凝汽器在高背压下运行；非采暖期使用原设计纯凝转子，凝汽器在低背压运行。

1.2.2 凝汽器

机组改造后，汽轮机维持在高背压下运行，排汽温度较高，对凝汽器热膨胀会发生变化，对低压缸和轴系的运行安全性有一定影响。因此改造后应设置补偿装置，用来吸收因温度变化引起凝汽器膨胀量的变化。由于采暖期凝汽器循环冷却水更换为热网循环水，凝汽器壳侧、水侧压力及换热温度提高，对凝汽器强度提出了更高的要求，需根据改造后热网循环水的参数来核算凝汽器冷却面积等相关参数，管束需更换为耐压抗腐蚀性能更强的管材，同时需进行胀板加固，管板加厚，水室、壳体加强等一系列加固或更换措施。

鉴于热网循环水水质及热网加热器实际运行情况，为满足供暖期机组供热可靠性，非采暖期安全、经济运行，加强除垢、防垢、防腐效果，提高换热效率，在进行凝汽器改造的同时增设USP 超声波除垢装置。USP 除垢装置具有除垢、阻垢、防止氧化腐蚀、提高换热效率和杀菌灭藻、净化水质等作用。

1.2.3 凝汽器抽气系统

原有机组的凝汽器抽真空系统采用水环式真空泵，水环真空泵的性能与所抽吸气体的状态（压力、温度）和工作液的温度等有关。同时运行中受到"极限抽吸压力"的影响，容易在叶轮表面发生局部水锤现象，运行噪音很大且会使叶片产生很大的拉应力，长时间运行易导致叶片的断裂，威胁机组的安全运行。本次机组高背压供热改造后凝汽器排汽温度达70～80℃，水环式真空泵工作条件更恶劣，故在本次机组改造过程中增设高效节能的多级罗茨变频泵组，即保证机组高背压供热改造后凝汽器抽气系统正常运行，同时节能。

1.2.4 热网系统

在热网回水和高背压机组凝汽器循环水间增设联络管，将热网循环水先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。

1.2.5 循环冷却水系统

机组改造后，采暖期间机组循环水泵停用，原有系统的发电机氢冷却器和冷油器均无冷却水。为此，增设两台冷却水泵，水源取自本机前池，经发电机氢冷却器和冷油器的冷却水回水排至凝汽器出口电动门后管道，进入冷却塔水池。此方式简化了冷却水系统，同时解决了本机前池和水塔水池防冻问题。

1.2.6 低压缸喷水系统

机组改造后，汽轮机低压缸排汽温度升高，相应的凝结水温度也升高，不再适合作为低压缸喷水系统的水源，故将其改为除盐水，对低压缸进行喷水减温。

1.2.7 轴封冷却器系统

机组改造后，排汽压力升高，凝汽器出水温度达到70～80℃，远高于纯凝运行的30～40℃。因此采用了换热面积更大的轴封冷却器，回收进入轴冷的热量至凝结水。

1.2.8 低压加热器系统

机组高背压供热工况下，末级低压加热器的进水温度接近80℃，低加进出口已没有温升，回热抽汽无法正常投入，因此供热运行时末级低加停运。

2 供热能力分析

2.1 改造前的供热能力

因冬季电负荷受限，以160MW负荷为例进行分析，根据汽轮机厂提供的原设计热平衡图可以查出160MW负荷时，主汽流量593t/h，采暖抽汽焓值2994.34 kj/kg，饱和水焓值532.53 kj/kg，最大疏水量为350t/h。

根据热量公式：

可以计算出供热量为861.6GJ/h，按加热器效率为0.98，管道效率（含散热损失）为0.99计算，改造前160MW负荷时，最大供热量为835.9GJ/h。

2.2 改造后的供热能力

根据汽轮机厂提供的改造后的热平衡图可以查出160MW负荷时，主汽流量593t/h，采暖抽汽焓值2985.4 kj/kg，对应的饱和水焓值532.53kj/kg，最大疏水量为220t/h；低压缸排汽焓值2636 .5kj/kg，对应的饱和水焓值289.4 kj/kg，低压缸蒸汽流量为232.96t/h。根据公式（1）可以计算出采暖抽汽供热量为539.6 GJ/h，低压缸排汽供热量为546.8 GJ/h，按加热器效率为0.98，管道效率（含散热损失）为0.99计算，改造后160MW负荷时，最大供热量为1054GJ/h。

通过对比可以看出，在160MW负荷时，高背压改造后可以增加218GJ/h的热量。整个供暖期按168天计算，可增加供热量87.9万吉焦。按照《城市热力网设计规范》（CJJ34-2010）中对供热的要求，长春市供热区域内建筑综合热指标为50W/m2，可增加供热面积121万平方米。

机组高背压供热改造后，在增加集中供热能力的同时，可以减少供热锅炉的数量，二氧化碳、二氧化硫、烟尘等污染物的排放量也大为减少，具有极大的环保效益、经济效益和社会效益。

3 结束语

通过对200MW供热机组的高背压供热改造探讨，证实此技术是可行的，而且可以明显提高机组的供热能力，不仅为供热企业增加经济效益，同时还有很好的社会效益，值得大力推广。

参考文献

[1]沈维道，蒋智敏，童钧耕.工程热力学.高等教育出版社，2001，6：212-227；

[2]付振春，王凤良，张贵强等.长春热电发展有限公司4号机组高背压供热改造工程可行性研究报告.大唐东北电力试验研究所有限公司，2014.9。