抽凝式汽轮机低真空供暖运行的实践教材

1、抽凝式汽轮机低真空供暖运行的实践作者：运动生 摘 要 关键词：汽轮机 低真空 供暖 实践 石家庄热电一厂主要负责市区西南部的集中供暖任务。现有锅炉九台， 总蒸发量 530 吨小时。有机组六台，其中 B3-35/8 青汽产背压机两台； CN6-35/9 杭 汽产抽 凝机 一台； CN12-3.43/0.58 武汽 产抽凝机一台 ； FCC6-3.43/1.4/0.58 武汽产抽凝机一台； FCC6-3.43/0.49 武汽产背压机一 台。总供暖面积达 620 万平方米。随着城市建设的快速发展，热电一厂供热范围内热用户迅速增加，尤其 在冬季采暖期，热电一厂现有的供热能力已不能满足用户供热需求，出现

2、了 供热紧张局面。 为了缓解这一矛盾， 节能挖潜，相继对 CN6-35/9 杭汽产抽凝 机（三号）、CN12-3.43/0.58 武汽产抽凝机（四号）及 FCC6-3.43/1.4/0.58 武汽产抽凝机（五号）进行了低真空循环水供暖改造。本文针对我厂四、五 号抽凝机组低真空供暖改造进行分析，总结经验，以便将此节能项目在更多 地区推广应用。1 概 述1.1 汽轮机发电机组简介我厂四、五号汽轮机是武汉汽轮发电机厂生产的抽汽凝结式汽轮机型号 是 CN12-3.43/0.58 ；FCC6-3.43/1.4/0.58 。分别与 1999年 2月、2000年 10 月投产运行。汽机本体为高、低二段组成的

3、单缸、单抽结构。高低压段配汽采用提升 板式调节阀， 低压段配汽才用带平衡室的旋转隔板。 四号机转子由 11级叶轮 组成，第 1、 5 级分别为高低压段的调节级。五号机转子由 10 级组成 1、4 级为调节级。前后轴承为圆柱轴承，推力轴承每块工作瓦后装有铜电阻。前轴承室内装有调节保安部套、调压器及径向推力联合轴承等其他部套。1.1.1 四号机主要参数 表 1 1四号机主要参数序号项目单位 数值1额定功率KW/h120002最大功率KW/h150003转子转速rpm30004转子临界转速 rpm 17005主汽门前蒸汽压力MPa 3.436主汽门前蒸汽温度 4357额定抽汽量t/h508最大抽汽量

4、t/h709额定抽汽压力 MPa 0.5810额定进汽量t/h8411最大进汽量t/h10312纯凝进汽量t/h5213排汽压力MPa0.004214凝汽器型号N975115凝汽器冷却面积2m2 97516冷却水量t/h275017冷却水温度2018冷却水压力MPa 0.251.1.2 五号机主要参数 表 12 五号机主要参数序号 项目单位数值1额定功率KW/h60002最大功率KW/h75003转子转速rpm30004转子临界转速 rpm 17365主汽门前蒸汽压力MPa 3.436主汽门前蒸汽温度 4357额定抽汽量t/h458最大抽汽量t/h559额定抽汽压力MPa 0.5810额定进汽

5、量t/h6611最大进汽量t/h7212纯凝进汽量t/h3213排汽压力MPa0.005914凝汽器型号N 560 115凝汽器冷却面积m 2 56016冷却水量t/h141017冷却水温度2718冷却水压力MPa 0.196'（可用新蒸汽1.2 供热原理 在凝汽式汽轮机中，蒸汽从锅炉获得的燃料燃烧热 i0-i0的焓 i0 与锅炉给水焓 i0 '的焓差值表示），一部分在汽轮机内做理想焓降 h0， 大部分为损失于冷源的排汽凝结热 rx （r 为排汽凝结热， x 为排汽干度），rx （1.52.0 ）h0。当汽轮机低真空运行时，有较高温度的热网水替代循环水 将 x 加以利用，就会使

6、循环热效率 t 提高 rx/ h0 1.52.0 倍。这样可使 汽轮机的热效率获得显著提高，因为一般凝汽式汽轮机热效率最高的很难超 过 40%，而供热式汽轮机热效率可达 90%以上。由凝汽式汽轮机的热平衡方程可知：D（ip tn ）=WG（t2 t1 ）式中D进入凝汽器的排汽量， t h；ip 排汽焓， kJ kg；tn 凝汽 器出口凝结 水的焓 ，其值等 于该凝结 水的温度 ，kJ kg；W每小时流过凝汽器的循环水量， t h；G循环水的比热， G4.18kJ kg·；t1 凝汽器入口循环水温度，；t2 凝汽器出口循环水温度，；在热平衡方程中，（ip tn ）即为每公斤排汽在凝汽器

7、中放出的热量， 而 t2 t1?t 则为循环水进出口温差。假若令每小时流过凝汽器的水量 W与每小时进入凝汽器的排汽量 D的比 值，即 WDm，则 m可以称为凝汽器的冷却倍率，即表示凝结 1 公斤蒸汽 所需的冷却水量；这样上式可写成：?t ip tn m由本式可以看出，当汽轮机排汽量 D为一定时，循环水进出口温差 ?t 与 冷却倍率 m成反比，即 m越小， ?t 就越大。也就是说，减少进入凝汽器的循 环水量 W，就可使流出凝汽器的循环水温度提高。当然，与此同时汽轮机的 排汽压力亦随之升高，从而使凝汽器的真空度降低。2、参数确定2.1 供热负荷分布 根据调查结果显示，热电一厂供热辖区内将增加下列采

8、暖负荷： 1 金正房地产 2006年建成住宅 3 万平方米； 2 燕都花园 2006 年建成住宅 7 万平方米， 2008 年达到 28 万平方 米；3 佳实房地产 2006建成住宅 5 万平方米；4 西三教小区 2008年建成住宅 25 万平方米；5 铁路宿舍 2007 年建成住宅 10万平方米；6 省技术监督局 2008年建成住宅 10 万平方米；该供热区域 2006年将新增采暖供热面积达 15万平方米， 2008年区 域需供采暖面积将达到 78 万平方米。2.2 供回水温度及循环水量的确定根据热电一厂供热辖区负荷分布情况， 新开发的用户有很多是高层住 宅。由于凝汽器本身不能承受很高的压力

9、， 针对这一情况， 决定本工程所 有用户均采用间接供暖方式即增加二次换热设备， 并且要求住宅全部采用 地板采暖。确定供水温度为 60，回水温度为 45；二次供水温度为 50， 二次回水温度为 35。这样不但解决了凝汽器承压问题，而且有效地避 免了失水问题，减少了补水量，提高了经济效益。凝汽器排汽温度为：TS=T1+t=60+8=68式中： TS排汽温度；t 凝汽器端差； 对应的排汽压力为 0.029Mpa。 循环水量的确定：根据热平衡方程：D（ip tn ）=WG（t2 t1 ）WD×（ ip tn ） G×（ t2 t1 ）W40×（ 2580285） 4.18

10、 ×15四号机循环水量为： W1464.11t/h 同样方法算出五号机循环水量：W18×（ 2580285） 4.18 ×15658.85 t/h式中 40、18 分别为四、五号机在最大抽汽工况下的凝汽量。四、五号机在冬季供暖期要抽汽运行，以保证外界供热负荷的需 要。2.3 采暖面积的确定根据热平衡方程式：3.6Aq W .G（ t2 t1 ）×103式中：A 采暖面积 m2；q 采暖热指标，取 45W m2； 四号机供暖面积为：A W .G（ t2 t1 ）× 103 0.86 ×451464.11 ×（ 60 45）&#

11、215; 103567484m256.7 万平方米 五号机供暖面积为：AW .G（t2 t1）×1030.86×45658.85 ×（ 6045）× 103255368m225.5 万平方米3 、机组安全分析3.1 对推力轴承工作的影响 当汽轮机进汽参数不变， 由于排汽压力的 提高，将会使汽轮机末尾几级尤其是末级压降减少。级内压降的充新分配， 将使级的反动度增大 , 结果是静叶压差大为减少， 而动叶压差稍有增大。因此， 隔板和静叶栅的抗弯条件更好， 而动叶栅和叶轮所承受蒸汽的轴向作用力 （即 推力）却增大了。我们对 CN12-3.43/0.58 型机组在

12、额定负荷时， 对于不同排汽压力下推力 轴承的温度变化进行了试验。如图：表 3 1 排汽压力变化对推力轴承工作的影响如果轴承进油温度在 3945内，则排油温度在 5460之间，实际上 冬季轴承进油温度通常在 40以下，所以在低真空运行时，排油温度一般均 在允许范围内， 不超过 55。由于已确定排汽压力为 0.029Mpa，而且要求排 汽温度不超过 75（排汽压力为 0.038 Mpa），因此对机组而言不必进行任 何改动，都能保证推力轴承的可靠工作，从图中即可看出。3.2 汽缸和凝汽器膨胀的分析 当汽轮机在低真空运行时，汽缸和凝汽器的膨胀则因排汽温度的升高而 增大。汽缸的膨胀将会引起与转子的相对变

13、化，从而引起通流部分动静间隙 的改变，或在热应力作用下发生变形，造成结合面连接螺栓松动或变形，甚 至造成机组的强烈振动以及破坏结合面的严密性。凝汽器的膨胀则会使汽轮 机后轴承升高从而破坏整个汽轮发电机的轴向中心对正。实际测试表明， 当排气压力为 0.038Mpa时，机组的最大膨胀量为 0.2469 厘米，与设计工况的膨胀量 0.186 相比，最多增大 0.061 厘米。而该机组的 动静间隙为 0.3 0.5 厘米，因此，无论从动静部分的相对膨胀来看， 或是从 气缸本身的自由膨胀来看， 这一膨胀值时不会对机组的安全带来任何影响的。 这一点已从我厂改造的 CN6-35/9 型机组多年低真空运行的实

14、践经验中得到 证明。3.3 末几级铸铁隔板的蠕变 不少汽轮机的末几级隔板是用铸铁制造的。在汽轮机低真空运行时，由 于排汽温度的升高，从而可能促使铸铁隔板产生蠕变。当隔板积累了过大的 塑性变形，就可能使所在级的动静间隙减小。我厂 CN12-3.43/0.58 ； FCC6-3.43/1.4/0.58 型机组末几级隔板是 HT25 47 铸铁隔板，这种材料 在压力不高的情况下只有当温度在 250以上时才会发生蠕变变形。但是由 于汽轮机在低真空下排汽温度远远低于这一数值，故对末级铸铁隔板的蠕变 变形时不必考虑的。而且从我厂 CN6-35/9 型机组多年运行后解体检查情况 看，也并未发现异常。3.4

15、凝结水系统及机组振动的影响 由于排汽温度的升高，会对凝汽器铜管管束和管板之间的相对膨胀值增 大，从而影响凝汽器胀口的严密性；同时凝结水温度的上升，凝结水泵入口 和抽气器内可能发生汽化现象。 就我厂 CN6-35/9 型机组改造后多年运行情况 看，凝结水没有因此而硬度升高，一般情况下均保持在 0 微克当量升，胀 口无泄漏现象发生， 凝结水泵和抽气器也没有发生过汽化现象， 工作正常。轴承振动是与许多因素有关的。在汽轮机低真空运行时，如果上述各项 均正常，一般不会引起轴承振动的加剧。 CN6-35/9 型机组改造后的运行情况 已充分证明了这一点。4、凝汽器于热网系统的联接4.1 凝汽器的改造 由于在

16、设计时已考虑到凝汽器的承压问题， 严格控 制热网的回水压力不高于 0.2Mpa，因此凝汽器内部不需进行任何改动。只是 将凝汽器的循环水进出管路改为单流程，以增加循环水的温度。如图所示：在采暖期循环水供暖时，关闭 2、 4阀，打开 1、 3、 5阀。热 网回水经 3阀进入凝汽器，经 5阀进入凝汽器另一侧，完成单流程受热， 经 1阀送入热网。 4.2 换热站设备配置 考虑到当机组发生故障时，为 了不影响用户的供热，需设尖峰换热站。换热站内管路系统与机组循环水系 统并联运行。汽水换热器只考虑在机组事故状态下运行，应此可按总供热面 积的 70选取，选用可供 20万平方米的间接式换热器三台，流量 126

17、0t/h ，扬程 45m，供热泵四台4.3 运行控制为了提高循环水系统的运行水平、完善联锁保护控制功能、提高运行人 员工作效率、实现现代化生产和管理水平的高标准要求，对循环水供热系统 采用可编程控制器( PLC)及带 CRT显示的控制系统。可编程控制器 (PLC)按工艺提出的要求在不同状况下自动开启或关闭相 应的电动阀门。个汽机的工作状态分别在相应的 PLC上进行动态显示，以便 操作人员能清楚的看到目前的运行状态。5、经济性分析 凝汽式汽轮发电机的功率与新蒸汽流量和理想焓降成正比。当新蒸汽流 量和参数不变时，功率只和排汽压力下理想焓降过程终点的焓有关。低真空 运行时， 由于蒸汽没有充分膨胀，

18、汽轮机的理想焓降和相对内效率相应减少， 因而使汽轮机的功率和发电机的功率相应降低。见表：表 5 1排汽温度 ( )336065排汽压力 (Mpa)0.00590.0199凝汽器真空 (Mpa)-0.095-0.081参数 设计工况 运行工况蒸汽焓值 （KJ Kg） 2422 2538蒸汽焓降 （KJ Kg） 883 767 742 725 715 695 减少作功比例 13.1% 16.0% 17.9% 19.0% 21.3%6870750.02500.02900.03120.0386-0.076-0.073-0.07-0.06325632580 2590 2610运行工况 运行工况 运行工况 运行工况然而低真空运行所减少的功率却并非是损失，而是在利用全部排汽凝结 热来加热热网供水，作为其中一部分被重新利用了，从而使理想循环效率由 0.375 提高到 1。所以就整个循环而言， 没有因为低真