150MW机组高背压供热改造的试验研究与分析

第54卷第5期2012年10月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYVO154NO50CT2012150MW机组高背压供热改造的试验研究与分析王学栋，王德华，郑威，郝玉振1山东电力研究院，济南250002；2华能烟台发电有限公司，烟台264002摘要150MW机组高背压供热改造是国内此种容量机组改造的第一台，改造后，机组在采暖期运行，供热能力和经济性达到预期目的；但在非采暖期运行，由于低压缸效率和低压缸做功能力下降，导致机组热耗率大幅度增加，降低了机组全年运行的经济性。由试验数据分析了机组高背压改造后的经济指标，分析了低压缸效率和做功能力下降的原因，提出了低压缸进一步完善的措施，采取两套转子互换或两套动静叶片互换的方案可以进一步优化低压缸运行性能，提高机组全年运行的经济性。关键词150MW机组；汽轮机；高背压改造；循环水供热分类号TK262文献标识码A文章编号10015884201205039704EXPERIMENTALINVESTIGATIONANDANALYSISONRECONSTRUCTIONOFHIGHBACKPRESSURECIRCULATINGWATERHEATSUPPLYOF15OMWUNITWANGXUEDONG，WANGDEHUA，ZHENGWEI，HAOYUZHEN1SHANDONGELECTRICALPOWERRESEARCHINSTITUTE，JINAN250002，CHINA；2YANTMPOWERGENERATIONCOLTDOFHUANENGPOWERINTERNATIONALINC。YANTAI264002。CHINAABSTRACTTHEFIRST150MWUNITWASRECONSTRUCTEDFORHIGHBACKPRESSURECIRCULATINGWATERHEATSUPPLYINYANTAIPOWERGENERATIONCOLTDTHEDEMANDSOFHEATSUPPLYANDECONOMICALEFFICIENCYCOULDBEGUARANTEEDWHENTHEUNITOPERATESINHEATINGPERIODTHEHEATCONSUMPTIONRATE，HOWEVER，SUBSTANTIALLYINCREASESASARESULTOFTHEDECREASEOFTHELPCYLINDEREFFICIENCYWHENTHEUNITOPERATESINNONHEATINGPERIOD，WHICHLEADSTOADECREASEOFTHEANNULPROFITTHEECONOMICALEFFICIENCYASWELLASTHEREASONTHATCAUSEDTHEDECREASEOFLPCYLINDEREFFICIENCYAREANALYZEDBASEDONEXPERIMENTALDATA，WHICHLEADSTOMETHODSTOINCREASETHELPCYLINDEREFFICIENCYTHELPCYLINDEREFFICIENCYANDTHEANNULPROFITCOULDBEINCREASEDMOREBYREPLACINGTHERECONSTRUCTEDPARTSWITHORIGINALLYDESIGNEDROTORORTHEORIGINALDESIGNEDFINALTHREESTAGESINNONHEATINGPERIODKEYWORDS150MWUNIT；STEAMTURBINE；RECONSTRUCTIONOFHIGHBACKPRESSURE；CIRCULATINGWATERHEATSUPPLY0前言在常规凝汽式火力发电厂中，汽轮机排汽在凝汽器中被冷却而凝结成水，同时冷却水被加热，其热量通过冷却塔散发到大气中，产生冷源损失。这种冷源损失是造成汽轮机组循环热效率低的一个主要原因，如果将这部分冷源损失加以利用，会大大提高汽轮机组的循环热效率。汽轮机高背压循环水供热就是为了利用汽轮机的冷源损失而发展起来的一项节能环保技术。汽轮机提高背压运行，凝汽器的排汽温度升高，提高了循环水出口温度。将凝汽器循环水入口管和出口管接入采暖供热系统，循环水经凝汽器加热后，注入热网，满足用户采暖要求，冷却后的循环水再回到凝汽器进行加热。高背压循环水供热将原来从冷却塔排入自然界的热量回收利用，达到了节约供热用蒸汽、提高汽轮机组经济效益的目的。目前凝汽发电机组冬季实施高背压循环水供热技术已在国凼釜太虫城直，盘到普遍推广与使用，是节约能源、改善收稿日期2012213环境以及深化热电联产的有力措施。据文献资料，目前有6MW、12MW、25MW等几种容量的小型机组进行了高背压改造U，研究者对机组高背压改造的方式、经济性和安全性进行了阐述和分析、计算。J。某厂150MW供热机组是超高压、双抽凝汽式汽轮机组，从三段抽汽管道上引出工业抽汽，从中低压缸过桥管上引出采暖抽汽，设计额定采暖抽汽量为210TH。由于采暖负荷增加，机组采暖抽汽量已不能满足供热要求，因此改造为高背压机组，机组冬天高背压运行，利用循环水供热，来弥补机组供热能力不足的问题。此机组是国内此种容量机组高背压改造的第一台，其改造经验和改造后运行中存在的问题，以及进一步优化的措施，对于此种容量机组的高背压改造具有借鉴意义。L汽轮机改造内容和改造前后的技术规范机组改造前的额定出力是150MW，低压缸双流，通流级数为6级。为实现机组高背压供热，低压缸通流部分进行了作者简介王学栋1966，男，山东平度人，博士，高级工程师，长期从事电站机组本体和辅机、热力系统节能检测和分析等专业工作。398汽轮机技术第54卷改造，去掉低压后三级隔板、动叶；次次末级安装假叶根；重新设计末级、次末级隔板、动叶和叶轮；末级叶片长度为450MM。机组改造前后的技术规范对比如表1所示。机组改造后，在高背压工况下带采暖抽汽运行，循环水从凝汽器出来后，进入厂内加热站，经采暖抽汽加热到要求的温度后，供厂外热水管网，满足热用户的采暖要求。2机组高背压供热改造前后试验研究21机组高背压供热工况试验机组高背压供热改造后，首先进行供热工况试验，以了解机组供热能力和供热工况下的经济指标。机组供热工况试验结果如表2所示。降低许多。机组改造前仅带采暖抽汽运行时，采暖抽汽量为1927TH，发电功率为128MW，热耗率为62136KJKWH。机组改成高背压供热后，在采暖季节，利用循环水供热，消除了冷源损失，机组热耗率大幅度降低，额定采暖抽汽量工况的热耗率为3794537KJKWH，汽轮机组试验热效率达到9487。22机组改造前后纯凝工况试验机组高背压改造前后都进行了正常运行背压、纯凝工况下的汽轮机性能考核试验，根据试验数据分析高背压改造对机组经济指标的影响，表3、表4列出机组两次性能试验结果。机组高背压改造后，三阀点性能试验工况的高压缸效率77381，中压缸效8619，低压缸效率60259，二类修正后的热耗率为94222KJKWH，而机组设计的高压缸机组在高背压带采暖抽汽工况下运行，热耗率比改造前效率79206，中压缸效9O086，低压缸效577157，表1机组改造前后的主要技术规范发电机功率主汽温度主汽压力主汽流量排汽压力给水温度KWMPAKGHKPA给水压力给水流量采暖抽汽压力MPAKGHMPA发电机功率主汽温度主汽压力主汽流量再热温度再热压力高排温度高排压力中排温度中排压力凝汽器背压KWMPAKGHMPAMPAMPAKPA第5期王学栋等150MW机组高背压供热改造的试验研究与分析399机组的缸效率和热耗率都没有达到设计值，尤其是低压缸效率比设计值偏低169。机组改造前的TMCR工况，试验发电功率1560667KW，修正后发电功率1549528KW，机组调节级后的压力尚未达到设计值，因此连续带出力能力基本达到设计值157335KW，TRL工况能够达到设计出力150MW。机组高背压改造后，最大出力工况和高背压工况下，四抽压力和五抽压力基本上达到上限压力061MPA、032MPA，机组运行的最大出力没有达到设计值148897KW，TRL工况也没有达到设计铭牌出力135MW。3高背压改造效果分析和存在的问题31缸效率的比较分析比较机组高背压改造前后的高、中、低压缸效率变化，如表5所列，可以得到机组热耗率增加的原因。机组高背压改造后的热耗率较高，一个重要原因是高、中压缸效率达不到设计值，并且由于通流部分老化，缸效率在降低；但更重要的原因是低压缸效率比设计值低得多，低压缸高背压改造不成功造成的。表6列出高背压改造前后的低压缸各级段效率和低压缸效率。32运行中存在的其它问题机组冬季在高背压工况下运行，不能停止采暖抽汽。在进行供热工况试验时，机组停止采暖抽汽，在高背压工况下纯凝运行，90MW负荷下，低压缸右侧排汽温度达到98C、102，随着负荷上升，低压缸右侧排汽温度也升高，影响机组的安全运行。表5机组高背压改造前后缸效率比较表6低压缸改造前后级段效率和缸效率比较4低压缸高背压改造效果的原因分析分析150MW机组高背压改造前后的试验结果，可以得知，机组高背压改造后，低压缸效率和低压缸各级段效率都大幅度下降，降低了低压缸的做功能力，导致机组热耗率增加，机组性能大幅度降低。造成这种结果有两个原因设计背压偏高、通流部分设计和优化状态不佳。41设计背压偏高机组改造后，冬季高背压运行，平均运行背压为30KPA，而设计背压为40KPA，设计背压比运行背压高10KPA，导致低压缸做功能力降低，造成低压缸效率低和机组热耗率高。42通流部分设计和优化状态不佳由于150MW机组改高背压供热是国内此种容量机组改造的第一台，没有成功的经验可以参考，因此低压缸通流部分的改造设计没有达到最优化，导致低压缸效率降低，这主要体现在以下两方面。一个原因是原150MW机型采用710MM末级叶片，以纯凝THA工况为经济工况点，末级叶片焓降较小。当背压提高时，末级叶片由于焓降减小很容易出现作负功的状况，从而产生鼓风损失，因此原设计不适合用于高背压供热；为了达到高背压供热的目的，低压缸在进行改造时采用了更低叶高的450MRN末级叶片，以避免在高背压运行时末级叶片出现鼓风。由于叶片过短，末级动叶环形面积明显偏小，当机组在纯凝工况运行时，在正常背压下末级会发生阻塞现象，而且背压越低，阻塞越严重，直至完全阻塞。末级叶片发生阻塞，将带来严重的流动损失，导致低压缸效率急剧降低，出力明显下降。根据机组设计参数分析，背压10KPA左右就会发生阻塞现象，当背压进一步降低到7KPA以下时，末级叶片的阻塞已经非常严重，甚至完全阻塞了。影响低压缸效率和做功能力的另一个原因是低压缸通流部分改造中去掉低压缸第四级隔板及动叶，通流级数减少一级后使上下游的压力级问动静叶片间距增大数倍如图1所示，破坏了汽流流动的连贯性，在两级之间的叶高和叶根部分容易产生涡流，影响了主汽流的正常流动，从而带来较大的流动损失，降低了低压缸效率。同时当采暖抽汽量减少，末几级通流量加大，涡流加剧，导致排汽温度增加，影响机组安全运行。汽轮机技术第54卷图1改造前低压通流示意图5改善机组全年运行经济性的措施针对150MW机组高背压改造后采暖供热工况节能效果显著、非采暖季节经济性恶化两极分化的状况，可以采取两套转子互换或两套动静叶片互换的方案来提高机组全年运行的经济性。51低压缸采用双背压双转子互换低压缸采用双背压双转子互换，即采暖供热期间使用动静叶片相X寸减少的高背压转子，非采暖期使用原设计的低背压转子。以上150MW机组，原低压转子为26级，在进入采暖期前更换为高背压的25级转子和相应的隔板，排汽背压提升至30KPA40KPA，排汽温度提高至65一75，利用循环水供热。当采暖供热期结束后，再换回原设计的26级动叶的低背压转子，相应级隔板恢复，即完全恢复至机组原设计状态，汽轮机排汽背压同时恢复至54KPA，这样可以保证机组在供热期和非供热期运行都具有较好的经济性。机组采用这种优化措施，需要再订作一套原设计机组的低压转子，改造的成本增加；液压螺栓可以解决两套转子互换时，低压转子与高中压转子和发电机转子连接的技术难题。52低压缸采用两套动静叶片互换针对低压缸后三级通流部分优化和设计状况不佳，非供热期经济性下降的现象，需再订做一套原低压转子后三级的动叶和隔板。机组在采暖期运行，采用目前的高背压25级转子和相应的隔板。当采暖供热期结束后，再将后三级动叶和隔板恢复，即完全恢复至机组原低压缸设计状态，汽轮机排汽背压同时恢复至54KPA。机组采用这种优化措施，只需再备一套原低压缸后三级的动叶和静叶，增加少量动静叶片备品备件和叶片拆装费用，但机组每一次拆装叶片，低压转子都需要返厂做动平衡，机组供热期前后的检修期加长。6结论150MW机组高背压改造，是国内此种容量机组改造的第一台，改造后，在采暖季节，利用循环水供热，消除了冷源损失，机组热耗率大幅度降低，额定采暖抽汽量工况的热耗率为3794537ELKWH，汽轮机组试验热效率达到9487。但由于低压缸通流部分优化和设计状态不佳，设计背压偏高，机组在非供热期运行，通流部分存在阻塞和涡流，带来较大的流动损失，导致低压缸效率和做功能力下降，低压缸效率为60259，机组热耗率为94222KJKWH，热耗率大幅度增加，机组全年运行的经济性没有达到预期目的。采取两套转子互换或两套动静叶片互换的方案可以进一步优化低压缸运行性能，机组非采暖期的经济性恢复改造前的状态，采暖期的经济性大幅提高，全年运行的发供电煤耗率可以跟超超临界1000MW机组媲美。参考文献1赵伟光，李心国，江敏东海热电厂3号汽轮机组低真空供暖改造经济性评价J东北电力技术，2005，10152考芳小型凝汽式汽轮机低真空运行循环水供热改造J山东电力技术，2010，346483方敏，丛璐银川热电厂一期循环水供热技术的应用和经济效益分析J沈阳工程学院学报自然科学版，2010，110124张秀琨，郑刚，刘传威，等抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用J上海电力学院学报，2009，2565435465郑杰汽轮机低真空运行循环水供热技术应用J节能技术，2006，43803826董学宁，李宏春，郭玉双对改用循环水供热汽轮机的安全性分析J