喷射热泵在改造中小型抽凝式汽轮机的实际应用及其节能效益.doc

喷射热泵在改造中小型抽凝式汽轮机的 实际应用及其节能效益 刘文志1牛月清1 张玉峰2 杨忠3 于尔亮4 赵肃铭5（1.新化股份有限公司 河北 新乐050700；2.双联化工有限责任公司 河北 石家庄 050200；3.伊宁电力机械设备有限责任公司 河北 保定 071051；4.北重汽轮发电机有限责任公司 北京 100040 ；5.哈尔滨工业大学 黑龙江 哈尔滨 150001)摘要：本文应用喷射热泵将抽凝式汽轮机改造为低背压汽轮机，并用实例介绍了改造方法设计计算以及关键技术，从而消除冷源损失，达到节能减排的良好效果。关键词：喷射热泵 汽轮机改造 抽凝式汽轮机 低背压汽轮机The application and energy efficiency of using jet heat pump to reconstruct small and medium-sized extraction-condensing steam turbineLIU Wen-zhi1，NIU Yue qing1, ZHANG Yu-feng2,YANG Zhong3, YU Er-liang4,ZHAO Su-ming5(1. Xinhua Co.,Ltd.,Xinle Hebei 050700,china;2.Shuanglian Chemical Engineering Co.,Ltd.,Shijiazhuang Hebei 050200,china;3.Yining Electrical machine and Equipment Co.,Ltd.,baoding Hebei, 071051,China;4.Beizhong Turbine Motor Co.,Ltd.,Beijing 10040 ,China 5.Harbin institute of Technology ,Harbin Heilongjiang 150001,China)Abstract：This paper introduces a method of using the jet heat pump to reconstruct an extraction-condensing steam turbine to a back-pressure steam turbine. We also provide specific example to explain how to design and calculate reconstruct requirements, as well as key technologies. As a result, we eliminate cold source loss and achieve energy saving and emission reduction.Key Words：Jet heat pump；Reform alion of steam turbine；Extraction-condensing steam turbine；Back-pressure steam Turbine1. 前言河北新化股份有限公司是一个综合性化工生产企业，其自备电厂有抽凝式发电机组六台，满足生产供汽需要。近年来，随着煤价不断上涨，发电成本增加，而且发电越多，亏损越大，所以两台较大的12MW发电机组被迫停运，6MW和3MW较小机组勉强维持运行，这种局面对化工企业的长远发展造成了很不利的影响。随着国家十二五期间对节能减排的要求力度的加大与深入，解决或降低发电亏损的局面还要从自身找出路。如果把这些抽凝式汽轮机的凝汽部分蒸汽通过冷水塔排放到大气中的热量消除，实现以热定电，便可大大提高汽轮机的热效率，降低发电成本、走良性发展之路。为此该厂委托保定伊宁电力机械设备有限责任公司进行改造实施，并请国内知名高校的教授和大型汽轮机设计制造部门的知名专家进行具体设计指导，先后将3MW和6MW两台抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机。经过一年多的运行实践验证了这种改造是成功的，不但满足了生产用热的质和量的要求，而且获得了显著的节能效果和良好的经济效益。现以3MW的C3-3.43/0.49型抽凝式汽轮机改造为0.2MPa低背压供热汽轮机为例，介绍改造方法，关键技术以及节能效果。2、改造设计及实施方案2-1、改造要求该汽轮机的进汽参数为3.43MPa，435。抽汽参数为0.49MPa，257；额定进汽量28t/h，最大进汽量32.5t/h；额定抽汽量20t/h，最大抽汽量25t/h。对改造后汽轮机，要求达到造气所需蒸汽压力0.2MPa（绝），最大进汽量32.5t/h，最小进汽量20t/h，实现以热定电，没有冷源损失。2-2、改造方法 要根据汽轮机的具体构造和改造要求来确定改造方法。该汽轮机的结构：高压缸（铸钢）为一个双列调节级和两个压力级；低压缸（铸铁）为一个低压双列调节级和五个压力级。由于要求改造后的汽轮机排汽压力0.2MPa较低，无法采用通常加阻热隔板在板前另开排汽管的方案（铸铁后汽缸开孔困难），只能采取将汽轮机的排汽压力降得更低（0.1MPa左右）才能使排汽温度降得更低，达到后汽缸安全温度要求。为实现改造目标，通过喷射热泵以0.49MPa可调整抽汽作为其驱动蒸汽，抽吸汽轮机的0.1MPa排汽混合升压后得到所需的0.2MPa的蒸汽。2-3、改造设计计算根据上述要求，要进行汽轮机通流部分的详细逐级的热力计算和喷射热泵的热力计算以确定设计尺寸。为了得到较为精确的汽轮机通流尺寸（各级喷嘴数）和喷射热泵通流尺寸，两者在计算时要进行迭代计算，逐步接近直到满足一定的计算精度要求为止。表1是按给定各抽汽口参数下由喷射热泵计算的流量分配比例计算出的改造后汽轮机所需喷嘴数或堵去的喷嘴数。原汽轮机有9级，改后只保留6级。表1名称单位高压调节级高压压力级低压调节级低压压力级1212原喷嘴数只4.5.7.31723493434现喷嘴数只4.5.7.31723281916堵喷嘴数只0.0.0.000211518部分进汽度0.1550.2930.3970.1960.3170.267实际上，上述计算两者是分别进行的，各自用自己的算法给出计算结果，不可能很精确。另外所要改造的汽轮机都是旧机，由于汽道磨损积垢等原因，通流尺寸也有变化，计算有一定误差。还有喷射热泵工作范围比较窄，而汽轮机一般在变工况下运行，抽汽口的流量和参数变化范围较大，喷射热泵可能满足不了汽轮机使用要求。为此，将该厂原0.49MPa系统的管线与喷射热泵驱动蒸汽管线并联使用，当喷射热泵的驱动蒸汽压力不足时（或低负荷运行，或启动过程，或其他原因致使驱动压力低），仍能满足喷射热泵的抽吸效果，使整个系统保持稳定的工作状态。为此，与驱动蒸汽参数相同的热网和管线与喷射热泵进行汽管连接，实践证明机组运行更加稳定。2-4、改造实施方案2-4-1、本体改造根据改造设计计算，高压缸的调节级和两个压力级不动；低压调节级和两个低压压力级1和2，按表1的数据专用堵块堵去多余的喷嘴，改变部分进汽度。最后三个低压压力级3、4、5，隔板摘除，根据临界计算结果对叶片及叶轮做出处理。2-4-2、新开排汽口，加装喷水冷却装置用盲板封住原排汽管，在盲板上按改后排汽量新开排汽管与喷射热泵的抽吸管相连。为防止后汽缸超过允许温度，在排汽口处加装了冷却装置。2-4-3、系统的改造为减少投资，简化布置，尽可能保留原机组管线和设备。如利用原系统的低压加热器和抽汽器，分别作为改后系统的汽封冷却器和抽汽器，以适应背压机组的运行。3、节能效益将抽凝式汽轮机改造成抽背式或背压式汽轮机，目的是去掉凝汽设备（冷凝器、冷水塔等），消除冷源损失。因此考察改造的节能效益也应从此入手。原抽凝式汽轮机进汽参数为3.43MPa、435；抽汽参数0.49MPa、257，额定进汽量28t/h，最大进汽量32.5t/h。额定抽汽量20t/h，最大抽汽量25t/h。在额定工况和最大工况，进入凝汽器中蒸汽的凝汽量有6-7t/h，而最小凝汽量不低于4t/h。我们就按4t/h的凝汽量计算改造后的经济效益。改后汽轮机在额定进汽参数下，以26t/h进汽作为改造设计工况的进汽量。考虑前轴封漏汽0.8t/h，总进汽量为26.8t/h，发出电功率2200KW。最大进汽32.5t/h，前轴封漏汽1t/h，总进汽量33.5t/h，发出电功率2700KW。该机经一年多的实际运行，汽耗一般在12.5-13kg/KW.h之间，基本符合改造设计计算结果。原汽轮机额定负荷时热电比为8.69，改造后的热电比为11.23，提高了近30%；原机组热效率为66.6%，改造后热效率为78.1%，提高了17.26%。现经粗略计算，多4t/h汽和少耗循环水获利494万元；4t/h汽在背压机组较凝汽机组年少发电376万KWh，折158万元，在人工费用、设备折旧等不增加的情况下，改造后每年纯效益336万元。整个改造工程一个月左右即可收回全部投资。4、结论许多中小型化工生产企业存在供热参数与生产工艺要求不匹配，提别是要求供汽压力较低的工艺，往往通过减压方式达到供热参数，造成能源的浪费。如果这些企业有闲置的或现役的中小型抽凝机组用热泵形式进行低背压改造，不但很好地实现了供汽和用汽参数的匹配，而且改造费用低，改造工作量小，改造周期短，改造后节能效果明显，是一项符合政策要求和发展趋势的改造项目。参考文献1王汝武.节能技术及工程实例. M.北京:化学工业出版社：2006 102-114 2张玉峰，等.中小型凝气式或抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机的一种新方法. J.节能技术， 2008，3. 发于节能技