浅谈低真空循环水供热改造工程中的管理重点

2016-05-30付怀仁李玉静宋春节

中国高新技术企业 2016年25期

付怀仁　李玉静　宋春节

摘要：纯凝或抽凝机组通过低真空循环水供热改造，能极大地挖掘机组的供热潜力。文章结合低真空循环水供热改造技术的实例，阐述了其供热改造原理，分别对工程实施的设计、实施和运行管理过程中存在的重点问题以及解决方法等进行了分析，为低真空循环水供热改造工程的管理实施提供了参考。

关键词：低真空；循环水；供热改造工程；管理重点；供热潜力；抽凝机组文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2016）25-0028-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.013

伴随经济的迅速发展，城市化建设的逐渐扩大，热电厂已不能满足日益增大的供热需求，加之煤价、水费及运费的上涨，要挖掘现有热电厂的供热潜力，就需要进行节能改造，而低真空循环水供热技术则非常成功地解决了这一问题。汽轮机低真空循环水供热技术在理论上能达到很高的能效，国内外已有很多研究成果和成功的经验。

从目前热电联产机组的供热型式分析，50MW以下的机组一般为背压式或可调抽汽供热，大于等于100MW的机组几乎都是抽凝式供热型式的。在供热运行工况下，两种机组的运行经济性相差很大。根据华能烟台电厂150MW机组低真空循环水供热改造经验，在冬季采暖供热工况下，其发电煤耗率可达到150g/kW·h以下，而同容量抽凝供热机组最好水平也在240g/kW·h以上。早在20世纪80年代，沈阳发电厂和长春发电厂等企业就已经开始进行低真空循环水供热技术的尝试。汽轮机低真空循环水供热技术于2013年在中电投东北电力有限机组上实施，改造后经过一个供暖期运行，机组运行稳定，供暖品质得到有效提高和改善，供热能力增加，节能收益明显。

1 低真空循环水供热改造原理

低真空循环水供热技术是将凝汽器中乏汽的压力提高，降低凝汽器的真空度，提高冷却水温，将凝汽器改为供热系统的热网加热器，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循环水，将冷源损失降低为零，进而使机组的循环热效率得到提高，采用该方法供热是在不增加机组发电容量的前提下，减小了供热抽汽量，增大了供热面积，而且其施工周期短、经济效益显著。

技术改造主要对汽轮机低压缸转子、小汽轮机本体、凝汽器、凝结水精处理、加热器、加药系统等系统和设备进行一系列改造，满足机组提高真空度后运行的需要。在采暖期，采用高背压运行的方式，将机组低压缸转子更换为供热转子，并增设热网循环水管道切换系统。采暖期全厂热网循环水合并后、共同作为机组排汽冷却水，进入由凝汽器改造成的低温热源加热器（原循环冷却水系统切除），由改造机组的低压缸排汽作为基本加热手段，再由临机的中排抽汽进行尖峰加热，使水温达到外网供暖要求后对外供出。非供暖期将汽轮机低压转子及相应部件更换为纯凝转子，使汽轮机在原设计背压下运行。低真空循环水技术的原理示意图如图1所示：

2 技术管理重点

低真空供热改造涉及汽轮机本体改造、凝汽器改造、管网校核等方面，基本都是在原设备上进行改造和更换，因此还要针对改造机组的实际情况进行考虑，解决改造中的技术难点和问题。通常在改造中要考虑如下问题：

2.1 供暖与非供暖期机组运行经济性问题

在我国东北地区，一年的供暖期为4～6个月，非供暖期为6～8个月，由于需要在供暖期降低机组的真空度来提高背压，以满足循环水供热的要求；而非供暖期排汽背压须回到正常值4.9kPa，如果采用纯凝转子，则提高背压后低压缸部分叶片强度不够，叶片易发生断裂。如在原转子上进行改造，则非供暖期运行时间长，改造后低压缸效率低，做功能力差，热耗升高，供暖期节能收益会被非供暖期热耗的升高抵消掉。针对这一问题，在改造中提出了双转子互换方案，即低压缸双背压双转子互换，现转子不变，用于非供暖期运行，对低压缸通流进行重新设计，增加一套转子和隔板用于供暖期使用。

所谓低压缸双背压双转子互换，就是供暖期间使用动静叶片级数相对少的低压转子，非采暖期使用原设计配备的转子，采暖期凝汽器高背压运行，非采暖期低背压运行。135MW等级机组，原低压转子为2×6级，在进入采暖期前更换为去掉末级、次末级动叶和隔板的2×4级转子，排汽背压提升至35kPa，对应排汽温度限制在最高73℃，进行循环水供热。当采暖供热结束后，再将原2×6级动叶的原转子和末级、次末级隔板恢复，恢复机组原设计状态。

2.2 双背压双转子互换对轮互换性问题

在冬季供暖期使用新的低压转子，非供热期使用原有旧转子，必须保证新、旧转子的完全互换性以满足轴系对转子的联接要求的一致性，故如何保证联轴器销孔的一致性成为了主要的问题。常规汽轮机联轴器安装时，转子在现场需要同时铰孔，然后配准螺销，如果更换转子，一般需要重新铰孔。

低真空供热改造后低压前2×4压力级温度升高不多，温度场与原设计变化不大，因此新设计的整段转子扬度与旧转子基本一致；原机组低压前后轴承采用落地轴承箱，排汽温度升高对轴系标高影响较小，轴系安装数据可维持改造前设计不变，因此重复铰孔的必要性不大。

实施低真空供热改造后，每年需要更换转子两次，在如此频繁更换转子的情况下，可通过以下两种技术手段保证更换转子后不再进行重新铰孔：

第一种方式为采用液压膨胀连轴器螺栓，此措施主要依靠连轴器销孔的定位和镗孔精度保证，锥套与连轴器销孔的间隙要求在0.03mm以内，即提高加工精度、降低安装要求。

第二种方式为在高中压转子后对轮及发电机转子波纹管前对轮销孔内增加套圈，对不同的低压转子更换不同的套圈，这样可以只进行两次铰孔工作，具体方案及加工步骤如下：

第一，将高中压转子及发电机转子波纹管返回制造厂，将销孔扩大，并按扩孔直径配准两种规格套圈。两种套圈与联轴器上销孔为过渡配合，并分别钻铰骑缝销定位，如图2所示。图中销钉为内螺纹圆柱销，销孔实线表示第一个套圈与联轴器定位位置。虚线为第二个套圈与联轴器定位位置。

第二，两种套圈配准后，在与旧转子同钻铰后，配准联轴器螺栓。

第三，更换低压转子时，只需将套圈取出，安装第二个套圈，并按虚线位置打入销钉将套圈定位，套圈内孔与新的低压转子同钻铰，并配准新的联轴器螺栓。

采取以上措施后，两个低压转子对应不同的联轴器螺栓及套圈，更换转子时更换相应的套圈及螺栓，可避免重复铰孔。

2.3 改造后凝汽器强度问题

经过低真空供热改造后，排汽压力和温度都升高，凝汽器壳体和不锈钢管的膨胀量的变化均较大，且管束内的循环水压力和温度得到比较大的提高，对凝汽器管束的胀口强度和运行寿命等的影响较大，对于双背压改造的凝汽器应满足低真空工况下运行安全，纯凝工况下经济性好，因此需对凝汽器进行彻底改造，管束及布置根据高背压改造情况进行针对性设计，以满足采暖和纯凝工况下的长期运行。

改造中考虑其他内容包括：

第一，低真空供热运行时凝汽器温度升高，防腐设计采取电化学防腐方法如阴极保护，不宜继续使用环氧树脂防腐手段。

第二，低真空供热运行时循环水温度升高，一般药剂很难满足高水温的要求，造成凝汽器结垢、腐蚀严重，需要选择合适的缓蚀阻垢剂。

第三，热网循环泵、补水泵及热网加热器校核。

第四，增加回水温度、循环水量等监控内容的控制逻辑。

2.4 改造后热网问题

低真空循环水供热改造一般都是在原有热网的基础上进行改造，因热网循环水需要通过管道和阀门引入凝汽器，根据现场位置条件，有些改造空间狭窄，管路敷设困难，会增加管道阻力，因此改造要充分考虑管网阻力、旧管网的承压能力和通流能力，必须一并进行改造。

2.5 改造后凝结水的精处理问题

纯凝和抽凝机组凝结水的精处理系统树脂设计温度一般不高于70℃，而为了提高供热经济性，经过低真空循环水供热改造后，若背压提高超过35kPa，那么凝结水温度就会超过70℃，常规的树脂就会失效，无法完成精处理，改造后如何解决这一问题，是提高汽轮机背压的限制条件之一。要解决这个问题有两个途径：一是加装换热器与补水或热网循环水进行热交换，从而降低凝结水温度；二是对精处理进行改造，采用高温树脂运行。华电青岛电厂重新加装了一套精处理系统，树脂为耐高温树脂，其改造方案为：在机组采用背压方式运行（即回水温度达到80℃～85℃）时，采用国产中压树脂；在机组采用凝汽抽汽方式运行（即凝水温度低于50℃）时，采用原有凝结水精处理进口树脂。

3 实施管理重点

3.1 设计阶段要考虑充分

低真空循环水供热改造技术的核心在于汽轮机本体的改造，因此在设计阶段就要给予高度重视，在设计阶段确定合理的汽轮机能耗、效率尤为重要。要综合机组实际运行特点、原机组设计和循环水各项参数等，在各方面充分考虑后，确定设计边界条件，这样才能使改造后的实际运行满足要求。

凝汽器作为最重要的辅机之一，在设计中要充分考滤冷却面积、运行阻力、供回水压力和冷却倍率等条件，还有运行中因为排汽温度变化引起的膨胀变化，凝汽器因为出入口压力变化对凝汽器运行中载荷的影响以及膨胀对低压缸排汽室标高和振动的影响等因素。在大连泰山热电公司改造后，发现热网循环水入口侧凝汽器整体抬高，导致凝汽器倾斜，抬高幅度最大为5mm。经过现场查找原因，对这一现象进行分析后，发现在设计时对热网循环水在0.5MPa压力下进入凝汽器，凝汽器产生反作用力没有进行考虑，造成运行中将凝汽器抬起的现象，通过现场更换膨胀节进行压力补偿而使问题得到解决。这说明设计尤为重要，只有在设计阶段对各方面进行综合考虑，在运行中才不会出现类似的问题。

在设计时对地下管线布置要了解详细、准确，对原有管线处理要考虑周到，哪些管线可以移位，对无法移位过渡的要制定妥善的措施，防止施工时临时处理，影响施工进度，甚至影响机组正常运行。

3.2 加工阶段做好现场技术把关

从改造部件的材质、成分、物理检验到最后的尺寸校核，各个环节都要有技术人员跟踪，各道工序履行签点验收，在此期间业主方要安排技术人员到场跟踪监造，随时掌握质量和进度，也及时提出新的改造意见和要求，随时处理加工制造中存在的问题。在大连泰山热电供热改造过程中就发生了末级叶轮车削错误，现场技术人员及时发现。如果按照原设计要求，整个叶轮就将报废，重新铸造，那样会严重影响工期，影响整个改造顺延，将会影响大连地区供热。经过计算和校核，不影响叶轮强度，采取了补救措施，顺利解决了问题。

在大连泰山热电有限公司低真空供热改造中还出现了对轮加工尺寸的偏差问题。改造采取发电机转子连接轴及原转子返回制造厂，在制造厂进行对轮实测，然后对新供热转子进行对轮定位车削的方式进行新转子对轮孔精车，但由于测量、车床误差和人员操作偏差，造成低压转子与发电机连接轴对轮孔出现了偏差，在安装时对轮孔错位，最后被迫现场绞孔处理，为以后新旧转子互换留下问题。

3.3 做好安装过程控制

汽轮机本体在安装过程中，由于是在原有缸体上进行改造，需要重新加工隔板，因此在新隔板安装时，尤其要重视通流间隙。由于机组在改造前要进行运行，没有条件进行实地测量，都是按照安装图纸进行加工，容易出现安装尺寸偏差的问题，所以在隔板轴向和径向尺寸最后精车时，一定要在汽轮机揭缸经过实际测量后再进行。在汽封检修时，要考虑排汽室膨胀，则下部径向尺寸要大于上部尺寸，避免因膨胀标高升高引起动静碰磨。

4 运行管理重点

低真空循环水供热系统的运行管理是一项长期且艰巨的工作。由于运行管理出现问题，会导致很多问题，从而使供热受到影响，不能保证热电机组的安全运行。因此无论在改造中还是在运行管理中，都应充分借鉴他人的经验，吸取他人的教训，根据实际供热情况，实事求是地提出及落实，重点有以下三方面内容：

4.1 改造后机组运行

机组经过低真空供热改造后，运行工况与改造前有很大的改变，汽轮机低真空循环水供热工程的技术关键是如何保证机组在低真空下的运行安全。如何让运行人员熟悉掌握运行操作技术，是需要重点考虑的问题。

第一，改造设计单位要给出详细的运行说明书，掌握汽轮机和热网的运行方式和运行边界条件。

第二，要与汽轮机制造厂联系，供暖期条件下，各个工况点的主蒸汽流量、温度、背压、机组出力、低压缸效率、机组热耗值情况，给出如下设备图纸及说明书：凝汽器改造总图，凝汽器改造的启动、运行说明书，汽轮机改造后的热平衡图、热力特性书、启动运行说明书，汽轮机改造后的低压转子总图、低压通流图、改造部分的叶片和隔板图，凝汽器进出水管道补偿器安装使用说明书等。通过这些资料，修改完善原汽轮机运行规程，掌握机组启停操作和事故操作。

第三，进行学习和交流，让运行人员通过现场学习，掌握运行操作特点，熟悉各个工况参数，才能在改造后顺利启停和正常运行。

4.2 机组运行中的事故处理

低真空供热改造后机组要与供热热网一起运行，这就增加了突发事故的可能性，一旦处理不当会造成更大的事故和损失，所以在低真空供热改造机组上做好事故处理尤为重要。主要有：

第一，充分考虑到各种事故，做好事故处理措施和相关应急预案，并加强应急演练。

第二，要有完备的监测和检测系统，能够在事故出现前迅速传递和表现出来，使事故有提前预判和处理时间，如热网突然失水、凝汽器热交换管破裂、机组真空急剧恶化、机组突然甩负荷等。

4.3 改造后运行的配套和补救措施

第一，机组低真空供热改造后，凝汽器水质和温度都有很大变化，要重新设计防止凝汽器结垢的加药

系统。

第二，要有防止热网失水的补水措施。失水量过大主要是由于供热质量不均衡引起热网泄漏量过大及人为放水。以改善水力平衡为前提，对热用户私自放水进行严格控制，可采取向热介质中添加药剂、宣传教育与惩罚制度相互结合的办法，对出现渗漏的管道，进行改造或者更换等。

第三，供热初末期因为外界热负荷较小，汽轮机做功后排汽无法全部带走，会导致凝汽器真空下降，在这个时期运行要求投入凝汽器喷水装置。首先采取热网负荷切换的方式解决这个问题，然后再采取降低负荷运行方式，使经济效益最大化。

5 结语

纯凝或抽凝机组通过低真空循环水供热改造，极大地挖掘了机组的供热潜力，在不增加机组建设规模的情况下，满足广大的市场需求，值得推广。本文结合低真空循环水供热改造技术的实例，阐述了其供热改造原理，通过加强对改造过程的管理和重点问题的把握，会使低真空循环水供热改造实施更加顺利、运行更加安全可靠、节能效果更加显著，同时本文也为低真空循环水供热改造工程的管理实施提供了参考。

参考文献

[1] 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，（4）.

[2] 崔海虹，崔立敏.低真空循环水供热系统的运行管理

[J].煤气与热力，2011，31（8）.

[3] 高海旺.浅谈循环水供热技术[J].山西建筑，2010，

36（27）.

[4] 朱德龙，孔国辉.抽气机组循环水供热改造及经济

性、节能性分析[J].区域供热，2008，（6）.

[5] 李岩，付林，张世钢，等.电厂循环水余热利用技术

综述[J].建筑科学，2010，26（10）.

[6] 常立宏.300MW亚临界供热机组高背压供热改造方案