某小型电厂抽凝机改背压机设计要点及对策

李鲲

（湖北省电力勘测设计院有限公司，武汉430040）

0 引 言

湖北某公司自备热电厂现有2×25 MW抽汽凝汽式汽轮发电机组于2011年投入运行，全厂机炉配置为三炉两机，母管制系统。该热电厂为自备电厂，主要为化工生产提供电力负荷和工业热负荷。汽轮机入口高压主汽门前主蒸汽额定压力为8.83 MPa，额定温度为535 ℃，额定进汽量为168 t/h，额定排汽压力为4.9 kPa，工业抽汽额定压力为1.27 MPa，额定抽汽量为80 t/h，汽轮机乏汽采用机力通风冷却塔供循环水冷却。

在国内电厂装机向大机组、高参数、高效率、低排放发展的背景下，小型凝汽式机组凸显出煤耗高、热效率低的缺点[1-4]。作为经济发展的过程产物，这些小型燃煤抽凝机组正处于一种尴尬的境地，而对它们进行技术改造，提高机组热效率，则成了必然选择。为响应国家节能减排政策，提升全厂热效率，该公司决定将2#抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机，同时改造机组改型涉及的公用系统。

1 改造原则

1.1 总体原则

在确保抽凝机改背压机后能安全正常运行的前提下，对锅炉、发电机原则上不做改动，原汽机基础可保留，仅做局部改造和加固，汽机房建筑面积不增加。尽量利用现有抽凝机组辅机，热力系统改造需满足背压机运行要求，并尽可能缩短改造周期和减少投资。

原2#抽凝机本体及凝汽式机组专有系统拆除，新背压式汽机按原汽机基础利旧定制采购。要求2#抽凝机拆除后和背压机安装期间必须保证原1#抽凝机组安全正常运行，原1#抽凝机组本期暂不进行改造。

1.2 拆除范围

凝汽式汽轮机是蒸汽在汽缸内做完功后排入凝汽器（真空）被凝结成水的汽轮机，排汽能量品位低，潜热基本无利用价值，排汽在凝汽器内被循环水冷却成凝结水后循环利用，凝汽式汽轮机热力系统工作原理如图1所示。而背压式汽轮机是将汽轮机的排汽供热用户，排汽压力（背压）高于大气压力，可根据用户需求设计成指定排汽压力，排汽具有一定能量品位，利用价值较高[5-7]，背压式汽轮机厂热力系统工作原理如图2所示。这是两类汽轮机在工艺上的最大区别。背压式汽轮机无凝汽器和凝结水相关系统，除原2#抽凝机本体需全部拆除外，凝汽器系统设备及相关管道、凝结水系统设备及相关管道、抽真空系统设备及相关管道、抽凝机本体相关设备及管道全部拆除。

图1 凝汽式汽轮机热力系统工作原理

1.3 利旧范围

利旧不仅可以减少工程量和投资，还可以进一步缩短工期，但必须核实设备利旧的可行性和可靠性，不能为了减少工程量和投资而盲目利旧，利旧必须有依据。通过对有利旧可能的设备资料统计、整理和分析，经与各相关设备厂家咨询复核，确认以下设备可利旧：发电机、2台高压加热器、汽封加热器及风机、本体疏水扩容器、集装油箱及其附属设备、冷油器、滤水器。除发电机外，其它辅机的利旧可为本项目减少180 万元左右的投资额（包含新设备采购、老设备拆除、新设备安装）。

图2 背压式汽轮机热力系统工作原理

2 主机改造

本项目改造初期制定方案时，曾考虑过拆除汽机基础，按新背压机重新设计基础，但该方案成本高，施工周期长，转而采用不拆除原汽机基础，仅对汽机基础进行局部改造方案，因此汽机厂设计本项目背压机和设计院改造汽机基础时需密切沟通和匹配。经与汽机厂多次沟通配合，汽机厂核算，确认在不降低安全性、可靠性的情况下，背压机可实现匹配原局部改造后汽机基础。

受汽机基础利旧条件约束，汽机厂结合实际的情况，对此机组进行了分析、校核，重新计算了热平衡，并对其通流尺寸、热力系统、叶片、叶轮、隔板、前后汽封等进行计算复核，最终制定背压机本体改造方案：背压机前后轴承箱中心距为4993 mm，与原抽凝机组一致，与利旧发电机的连接方式不变；同规模的背压机转子长度比凝汽式机组短，为匹配前后轴承箱中心线一致，转子长度设计增长，与原抽凝机长度保持一致；背压机前轴承箱底板、前轴承座地脚螺栓孔尺寸和定位与原抽凝机保持完全一致；后轴承箱底板完全落在原汽机基础改造新增加的梁上，与原汽机基础不直接接触。

3 辅助系统改造

1）抽凝机本体系统。原抽凝机本体系统包括回热抽汽系统、本体汽封系统、本体疏水系统、汽机门杆漏汽系统、工业抽汽系统、润滑油系统。回热抽汽系统为单元制，2台低压加热器抽汽管道全部拆除。汽封、门杆漏气、疏水、工业抽汽均拆除至母管处，管道切口处采用堵头焊接封堵。润滑油系统根据新背压机润滑油系统资料，选择合适拆除范围，以最大程度地利旧管道和设备。

2）主蒸汽系统。背压机较原抽凝机进汽量增大，经复核，现有主蒸汽母管至原抽凝机进汽主汽阀的支管管径偏小，蒸汽流速偏大，无法再利用，该支管需拆除更换公称直径大一级的管道。

3）凝汽器相关系统。原热力系统中进入凝汽器的介质主要包括汽轮机排汽、低压加热器疏水、疏水扩容器疏水、减温水、其他疏水等。因背压式汽机工艺无凝汽器系统，原抽凝机所配凝汽器、凝结水泵、射水泵、射水池、胶球泵及与设备相关管道全部拆除。凝汽器相关的循环水系统拆除，但保留循环水接至发电机空冷器和冷油器的冷却水系统。

4) 低压加热器系统。原抽凝机配有2台低压加热器，改造成背压机后，已无凝结水系统，用来加热凝结水的2台低压加热器已无作用，因此原抽凝机配套的2台低压加热器拆除，与低压加热器相关的所有系统拆除。

5)背压机新建系统。背压机系统包括回热抽汽系统、本体汽封系统、本体疏水系统、门杆漏气系统、排汽供热系统、润滑油系统。回热抽汽系统为单元制，新安装抽汽管道直接与利旧的高压加热器接口复联。背压机汽封系统、疏水系统、门杆漏气系统、供热系统、润滑油系统均需与老厂相关系统母管或利旧管道复联。

4 母管系统隔离

4.1 隔离方案

为将电厂施工改造过程导致业主方生产停产的损失降到最小，业主方要求背压机和新管道安装施工期间必须保证电厂另一台汽轮发电机组安全正常运行，新安装管道与老厂母管复联时，另一台机组不停机，整个施工期间仅抽凝机拆除及支管隔离时全厂停机1次。因此对于抽凝机与母管连接的支管拆除后，背压机不需要与母管复联的支管管道切口用堵头焊接封堵，如图3所示；而需要与背压机复联的支管管道切口采用阀门加堵板形式隔离，同时需要考虑低位点的疏放水，如图4所示。

根据上述原则，背压机与老厂热力系统需复联的管道有主蒸汽管道、除氧器加热蒸汽管道、门杆漏气管道、供热管道、除盐水管道、压缩空气管道。抽凝机其它与老厂母管相连的支管拆除后，管道切口均用堵头封堵。该方案可将全厂停机的时间降到最低。

图3 母管隔离方式一

图4 母管隔离方式二

4.2 隔离要点

本改造项目有4类管道需拆除和隔离，分别是蒸汽管道、水管道、润滑油管道、压缩空气管道。电厂内管线错综复杂，在做隔离设计时需做足前期工作，务必做到细心、耐心、考虑周全，不仅要对照原厂竣工图，还需深入现场，摸清需拆除范围内的每一根管道。只有保证每一根管道落实清楚，才能保证设计上能做出正确拆除和隔离，并满足拆除后续管道复联施工期间不停机要求。

根据本项目实施的过程，以下3点在设计中必须着重注意：1）竣工图上没有，业主自行改造的管道；2）没有布置图的小管道；3)需复联母管的预留（阀门加堵头）接口齐全。第1）、2）条是设计时容易遗漏管道，因电厂内管道介质参数（稳温度或压力）均较高，任何一处管道切开后未设计封堵都会导致后续1#机组重新运行时发生无法想象的事故。第三条是只有所有预留需复联的接口采用阀门隔离，才能确保后续背压机管道复联时，另一台抽凝机可正常运行。任何一处需预留复联接口的遗漏，都会导致1#机组停机以供遗漏预留接口处的管道复联，给业主带来额外的停产损失。

5 结 语

将25 MW抽凝机组改造为25 MW背压机组，经初步估算能源利用效率可提高30%以上，减少循环水水量4500 t/h以上。因背压机组不再使用凝结水泵，循环水大量减少，循环水泵运行数量减少，机力冷却塔风机运行数量减少，每小时可节省厂用电318 kW。

当前国内环保政策日益严格，国务院于2018年印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》在国家层面明确节能减排，作为低效率的小型抽凝机组节能减排就首当其冲。国内小型凝汽式燃煤机组已禁止新建，效率低下的小型燃煤电厂的改造业务必然越来越多，不仅对于25 MW等级机组，12 MW、50 MW、100 MW等级抽凝机组也可依据本改造思路进行，设计经验和实践经验具有广阔的推广前景。