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汽轮机的节能改造

2016年3月22日国家发改委等五部委联合印发的发改能源【2016】617号文件----《热电联产管理办法》,大力提倡和鼓励发展集中供热和热电联产,提出:“力争实现北方大中型以上城市热电联产集中供热率达到60%以上,20万人口以上县城热电联产全覆盖”的目标。在第二章第八条中要求“规划建设热电联产应以集中供热为前提……燃煤机组必须采用背压机组……”;在第十条中提出:“优先对城市或工业园区周边具备改造条件且运行未满15年的在役纯凝发电机组实施采暖供热改造”,“供热改造要因厂制宜采用打孔抽汽、低真空供热、循环水余热利用等成熟、适用技术,鼓励具备条件的机组改造成为背压热电联产机组”。

  我公司成立十七年来,除供应自行设计制造的高效背压式汽轮机之外,已为中外用户提供了450多套的各种型号的二手汽轮发电机组,还根据业主的需要,对由我们供货的或者用户在役的、共计250多台各种型号的汽轮机,进行了不同内容的节能改造。用户都很满意,有的被列入淘汰清单的机组,通过我们公司的改造获得“新生”,企业重此“焕发青春”。

我们根据热力学的规律,通过改变汽轮机的型式、参数、容量和降低能量转换中的内外部损失等有效措施,科学地设计,精心地制造、安装、调试,实现节能目标。

我们改造机组的类型和数量之多,在全国同行中名列前茅,改造的类型有:

  1、汽轮机通流性能的优化

  我们改造的每台汽轮机方案各不相同,但有两个共同点:一要消除机组长期运行,通流部分老化造成的效率下降;二通过热力计算、零件强度校核,调整进排汽参数、功率、级数、焓降分配、通流面积,最佳速比等要素,改用先进高效的动静叶和汽阀型线,用新技术优化通流性能。

       2、单纯发电的凝汽机改为热电联产机组

  凝汽机因乏汽凝结向冷源放热的损失占总热量的60%,能耗最高。抽汽机、背压机和抽背机,分别将作过功的部分或全部蒸汽供热,冷源损失减少或消除,能耗降低。集中供热、热电联产由于选用容量较大、参数较高的锅炉和供热机组,特别是背压机,效率比小锅炉分散供热高50%,比热电分产高30%。为此国家淘汰中小火电机组,提倡热电联产。我们的改造方法有:

2.1 单缸凝汽机改循环水供热

  机组提高排汽压力,将循环水温度提高到65~70℃,输入供暖系统,相当于凝汽器作一级热网加热器的背压机,电功率虽减少,但消除了冷源损失,热效率大幅度提高。我们通过热力计算,调整各级焓降和通流面积,比简单的提高排汽压力或拆除叶轮,效率高3%~10%。

  2.2多缸凝汽机改为凝汽采暖两用机组(图E9)

  在中低压缸的导汽管上装一蝶阀和三通,在抽汽管上装安全阀、逆止阀、调节快关阀,采暖期以降低电功率换取抽汽量。125~600MW机组的最大抽汽量在200~800 t/h之间,供汽压力随分缸压力,在0.25~1Mpa之间,温度在245~350℃之间。非采暖期纯凝汽运行,参数基本不受影响。由于核心部件和基础不改动,改造安全风险小,工期短,费用低,四个月即可收回投资。

  2.3大型多缸凝汽式汽轮机改高背压运行和双转子机组(图E10)

  例如型号N100-8.83/535的高温、高压、双缸、冲动、凝汽式汽轮机,主汽压力8.83mpa,主汽温度535℃、额定功率100000KW,额定流量370t/h,给水温度226℃、冷却水温度20℃,凝汽器面积6820m2。改造方法:

2.3.1 锅炉参数及高压缸通流部分不变,对低压缸通流部分进行改造,实现高背压循环水供热,热网循环水回水温度50 ℃,冷凝器出水温度72-75℃,热网循环水量4000-6000t/h。

2.3.2 中低压缸的壳体、支撑方式、各管道接口位置、转子跨度、轴系、汽轮机与发电机的联接方式和位置、汽轮机基础、各轴承座均不变。

2.3.3 机组其他热力系统的设备均能安全运行,能满足高背压工况和纯凝工况的安全运行。

2.3.4 为使改造后,在采暖期按高背压循环水供热(即作为背压机),用以热定电的方式运行;在非采暖期仍按纯凝汽工况运行,需制造一根低压转子和其它必要的零部件。如非采暖期停机,则不必改为双转子机组。

2.3.5 改造部件(易损件除外)的设计使用寿命不少于30年;叶片在允许的周波变化范围内运行,不产生共振;新制造的高背压运行转子和原有的高压转子、发电机转子的联轴器对轮中心保持一致性,通用一套联轴器螺栓,更换转子时不需铰孔,直接安装。

改成高背压供热机组后的性能,额定功率84mw,主汽门前额定压力8.83mpa,主汽门前额定温度535℃,额定功率主汽流量370t/h,额定背压43.6kpa,最高允许背压48kpa,最终给水温度227℃,工作转速3000r/min,低压部分级数2×3改造后,取暖期为背压式纯供热机组,热效率接近100%,以热定电运行,热耗3710 kj/kwh,发电功率不低于81mw;低压缸相对内效率≥85%。纯凝工况下运行的性能和改造前相同。详细内容可看本网站《新闻中心》中的《浅谈汽轮发电机组节能环保之(四)》。

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  2.4凝汽机改非调或可调抽汽机组

  经热力计算确定抽汽量、通流面积、抽汽口位置等,再打孔、焊抽汽管、装阀门,改非调整抽汽;改可调抽汽,常规需拆掉一级叶轮、两级隔板,工艺复杂,费用高。我们在机外配置具自动调节功能的压力匹配器系统,根据热力计算、强度校核及轴向尺寸,确定驱动蒸汽和引射抽汽口的位置、参数、抽汽量。此法可用至100MW机组,改后热电比和能耗达标。

  3、热电联产机组的改造

我国热电行业总体上机组容量偏小,参数偏低,抽凝机比例偏大,煤耗偏高;部分热电企业的热负荷下降,参数变化,机组运行远离设计工况;国家限制新建并逐步淘汰次高压参数以下抽汽机组,提倡建背压机组,我们为业主改造汽轮机的类型有:

  3.1抽汽机改背压机、抽背机

  某厂为某用户抽改背,仅拆掉几级叶轮和加堵板,结果汽耗高,后汽缸温度超过100℃,没法用。用户无奈来找我们,而我们改的效果大不一样:通过热力计算,在前汽缸中加装内缸,增加级数,保证改后汽耗不高于同型号新机,符合国家热电比大于100%(50MW以下热电机组)、总热效率大于45%的要求;我们开发的冷却装置,可使后汽缸温度在盛夏低于60℃;在保证效率的前提下,对原有机组尽量少改动,不改土建基础,做到了好、快、省,改造的类型有:

3.1.1单抽机改背压机(图D8和图E11)

已改19台,其中高压机2台、次高压机组8台。

3.1.2双抽机改为抽背机(图D7)

已改2台,其中次高压机1台。

3.1.3单抽机改为抽背机(图E12)

已改6台,其中次高压机1台,中压机5台。

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4.背压式汽轮机性能的优化

4.1背压机通过扩容,提高效率

已改15台(包括抽汽机改成的背压机),其中4台容量扩大一倍以上。

4.2背压机通过提高进汽参数,提高效率(图E13)

已改造6台,其中4台由次中压、次中温提高到中温、中压,2台由中温、中压提高到次高压、次高温。

4.3背压机通过降低排汽参数,提高效率

共改21台,其中降低排汽压力的17台,平均降低3.59at,既增加了焓降,提高了效率,又使排汽压力更贴近热用户的需要,避免了浪费。如塘栖热电的B6-3.43/0.981改成B7-3.43/0.75,压力级由2级增至5级,汽耗降低了2.3kg/kwh,年增发电量616万kwh,相当节约标煤1848吨,新增年收入331万元,5.8个月收回改造投资。降低排汽温度的4台效果也很显著。

4.4背压机改抽背机1台

5.汽轮机改变用途

5.1 改变进汽或排汽参数,作后置机或前置机

改后置机的3台、改前置机的1台。

5.2改作余热发电

改2台,特点是降低进汽参数,扩大通流面积,增加流量。

5.3电站汽轮机改拖动

改1台,改拖动压缩机。

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6.汽轮机调节系统的改造和自动化控制

6.1汽轮机数字式电液调节系统配套、安装调试

6.2将汽轮机的液压调节系统改造为数字式电液调节系统

6.3汽轮发电机组的自动化控制、保护系统仪表的配套、安装和调试

6.4汽轮发电机组热工仪表的配套、安装、调试

7.发电机的改造

已改50多台,改造内容:⑴额定电压由6300V改为10500V;⑵扩容,如将额定功率12、25MW,分别增至15、30MW等;⑶同轴直流励磁,改为静止可控硅励磁。改后前两项达大修国标;末项达新机国标。

我们改造的机组都由我们进行工程承包,请看《产品与服务》之四《采用四种方式为发电工程总承包》。总之我们改造的机组,都使业主降低了运行成本,增加了利润,他们都很满意,有的改了一台,接着改第二、第三台;请看《业绩荣誉》中的《汽轮机节能改造的部分业绩表》。

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