摘要：降低汽轮机冷源损失，提高企业经济效益，是当前小型热电机组亟待解决的问题。低真空循环水供热，是提高热电厂能源利用率和经济效益的途径。基于此，针对大屯热电厂供热发电机组进行低真空循环水供热改造案例进行分析，发现投入应用取得了较好的经济效益和环境效益。
关键词：热电厂；低真空循环水供热；改造方案
1 引言
汽轮发电机低真空循环水加热是一项新技术。在汽轮机运行过程中，汽轮机的蒸汽排汽由凝汽器冷却形成冷凝水，造成大量冷源损失，蒸汽热未得到充分利用。汽轮发电机组低真空运行，提高汽轮机排汽压力，凝汽器真空的降低，提高排气温度，提高供水和回水温度，循环水用于直接加热、蒸汽加热可以充分利用发电，提高能源利用效率，并带来一定的经济效益。
2 汽轮机低真空运行循环水供热原理
汽轮机循环水低温真空运行，可提高排气压力，提高循环冷却水出口温度，直接利用循环水加热，降低汽轮机冷源损失。循环水的加热是人为提高循环水的温度，以提高机组的排气压力，使机组在低真空状态下运行，从而提高机组的排气温度。当循环水温度升高时，保持稳定的真空度。循环水吸收的热量不再通过冷却塔释放出来。相反，它通过热网循环泵直接输送给热用户，从而提供住宅供暖。循环水将回到冷凝器重新热循环后，送至热用户(见图1)。
3 技术方案分析
3.1 工程案例
某企业为重点发展企业，有责任和能力为民生事业做出贡献。通过考察研究，汽轮发电机组低真空循环水供热改造，汽轮机排汽压力增加0.0048mpa到0.025mpa，排气温度从45增加到55℃，冷凝器入口压力增加到0.4 ~ 0.5MPa，可以对机组的安全性和经济性有很大的影响。在这项研究中，与青岛捷能汽轮机股份有限公司专业的人员沟通。对汽轮机机体和凝汽器本体的改造内容及注意事项进行了规定，并进行了强度计算和安全校核，为改造方案、供热面积和方式提供了相应的参数和技术支持。经计算，采暖季节采暖用户面积为60万平方米。用于加热循环水流量地区循环水供热汽轮发电机组低真空运行小（约2600t／h），蒸汽约为45吨/小时，为0.079mpa凝汽器真空（排气压力约为17kpa），排气温度达到56摄氏度，凝汽器循环水温度达到55度，可以满足用户的热需求。
3.2 发电机性能分析
（1）当蒸汽摄入量只有45吨/小时，对汽轮机末级运行200KW，这是爆炸的状态。摩擦产生的热量会增加排气筒的温度。同时，增加了末级叶片的受力，改变了力的方向，影响了机组的安全性和使用寿命。然而，生命影响的定量价值是无法计算的，不建议在这种情况下进行操作。（2）当蒸汽量为100t/h，排气压力18.2kpa，蒸汽量98t／h，和排气压力18.6kpa，循环水流量为5000吨/小时，且循环水温度可达55。以上操作条件可保证汽轮机的长期安全稳定运行。如果蒸汽量减少到90t/h，排气压力的需求将减少到16.6kpa，且循环水出水温度小于55。（3）汽轮机的后桥轴承和后缸的结构是一体的。排汽温度对汽轮机轴系的影响很大。它会引起轴系动、静间隙和轴系的调整，从而引起摩擦和振动的增加，严重影响机组的安全稳定运行。（4）由于排气压力的增加，排气温度和循环水温度均升高。凝汽器强度校核后，端板和人孔加强。排气温度小于80℃，否则会因换热管膨胀的影响而产生泄漏。（5）额定蒸汽量下，对非采暖运行的发电功率的加热操作25029kw，发电功率21185kw，发电量减少3844kw，和发电量减少15.3%。
4 低真空循环水供热运行实施
4.1 设计技术要求
①冷凝器（1400m2）代替（管316L不锈钢管）。冷凝管材料的选择有两个相互矛盾的方面。传统的铜材料具有较高的导热系数和良好的传热效果。在相同的冷却水条件下，冷凝器的体积稍小。相比之下，光管不锈钢材料的传热系数要小得多，传热效果稍差。但铜材料对冷却水的质量要求很高。冷却水含盐和碱常腐蚀铜管束，造成凝汽器管束穿孔破坏的汽轮机组真空度，这是汽轮机安全运行的隐患。随着工业处理能力和加工工艺的提高，不锈钢管束制成不锈钢螺旋波纹管，使冷却水的层流状态转变为紊流，即总传热系数增大。同时，不锈钢的耐蚀性较好，相同壁厚的强度较好。因此，不锈钢（316L）波纹管应用于此升级。②增大伸缩缝。在冷凝器管中加入“波纹膨胀节”，由于材料的延展性和线膨胀系数，铜材料比不锈钢材料大。因此，如果不锈钢波纹管，增加波纹管的选择，以吸收热膨胀和冷收缩材料在加热和冷却。膨胀节排气管的作用。反之亦然。此外，弹簧结构被添加到冷凝器支架上。③增加旁路不锈钢管（DN500，壁厚10mm，总长度约为10m，视现场情况而定），添加2个电动阀。在冬季供暖中，采用低真空操作，在机组能承受的条件下提高排气温度。多余的热量从循环水中带走，然后加热到用户侧的环境（室内）（热用户）。循环水冷却后，再流回冷凝器，参与传热，形成循环。
4.2 凝汽器加固
由于排气压力和循环水压力的增加，同时为了确保冷凝器在事故发生时的安全性，在强度检查后，凝汽器需要加强端板和人孔，增加加劲肋并更换所有密封剂。
4.3 调速系统优化
原来的低电压调速系统发生器由505E调速器、电液转换器，调节阀，节流阀阀芯错，反馈，反馈机制，油驱动和速度控制阀。其中，误差节流阀、反馈阀、反馈机构和油动机集成为伺服放大装置。新的调速系统由505E调速器，电液转换器，错油门，反馈机制，调节汽阀油动机和速度。其中，误差节流阀、反馈机构和油动机集成为伺服放大装置。负载调整率是505e通过内部功率反馈值与设定值的4 ~ 20mA输出信号到电液转换器相比，电气信号转换成油压调节信号直接通过错油门，油动机反馈机制，以控制蒸汽阀门开启或关闭的速度，蒸汽进入汽轮机增加或减少负载量的新提升。调节滑阀和反馈滑阀均落在系统中，减少了中间转换环节，减少了调节过程中的不稳定因素。该调速系统参数：机油压力为0.25～0.6MPa，高压油的压力为2MPa和油动机的有效冲程156mm。新的调速系统改造的主要内容是伺服放大装置。制作了1套新型伺服放大装置，并可调节滑阀。原电液转换器、高压油、油管路用于现场改造。考虑到新装置的安装简单快捷。实际测绘是通过大修完成的。主要取决于前轴承座配合面的连接尺寸和调速阀连杆的位置。安装时，旧设备的拆除装置在高压油从主油泵出口管、电液转换器调节阀拆除旧之间的输油管道；从电液转换器铺设新管道后，高压油管道和调节顶在轴承表面的接头安装在50mm，使用新的设备有活动关节的软管连接，便于安装和维护，并能补充热膨胀位移，消除应力管道变形，避免漏油。为了提高系统运行的灵敏度，新装置的节气门采用特殊结构。主要特点是错误的滑阀是旋转的，上下工作时颤振，从而消除了干扰阀芯的可能性。当滑阀抖动时，液压执行器活塞、活塞杆和调节阀杆产生轻微振荡，使油动机对调节系统的控制信号灵敏响应。
4.4 实施效果
项目实施后，机组汽轮机实现了低真空运行，直接利用循环水减少冷源损失。充分利用了发电后的蒸汽热能，替代了大量的蒸汽供热，提高了能源的综合利用效率。禁止燃煤采暖区小型燃煤供热锅炉，充分利用现有机组的余热实现住宅集中供热和热电联产，实现节能减排（见表1）。在加热期间，机组的振动略有增加，均在规定值范围内（见表2）。
5 结束语
火电厂低真空循环水供热技术回收了大量余热，降低了燃料消耗。低真空循环水采暖对提高火电厂能源综合利用水平、改善环境、降低生产成本具有重要意义。将小型汽轮机改造成低真空循环水供热系统，不仅具有明显的经济效益、社会效益和环境效益，而且是小火电厂继续生存和发展的重要途径。
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论文作者:赵国斌,崔节政
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/11
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