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汽輪機的節能改造

2016年3月22日國家發改委等五部委聯合印發的發改能源【2016】617號文件----《熱電聯產管理辦法》,大力提倡和鼓勵發展集中供熱和熱電聯產,提出:“力爭實現北方大中型以上城市熱電聯產集中供熱率達到60%以上,20萬人口以上縣城熱電聯產全覆蓋”的目標。在第二章第八條中要求“規劃建設熱電聯產應以集中供熱為前提……燃煤機組必須采用背壓機組……”;在第十條中提出:“優先對城市或工業園區周邊具備改造條件且運行未滿15年的在役純凝發電機組實施采暖供熱改造”,“供熱改造要因廠制宜采用打孔抽汽、低真空供熱、循環水余熱利用等成熟、適用技術,鼓勵具備條件的機組改造成為背壓熱電聯產機組”。

  我公司成立十七年來,除供應自行設計制造的高效背壓式汽輪機之外,已為中外用戶提供了450多套的各種型號的二手汽輪發電機組,還根據業主的需要,對由我們供貨的或者用戶在役的、共計250多臺各種型號的汽輪機,進行了不同內容的節能改造。用戶都很滿意,有的被列入淘汰清單的機組,通過我們公司的改造獲得“新生”,企業重此“煥發青春”。

我們根據熱力學的規律,通過改變汽輪機的型式、參數、容量和降低能量轉換中的內外部損失等有效措施,科學地設計,精心地制造、安裝、調試,實現節能目標。

我們改造機組的類型和數量之多,在全國同行中名列前茅,改造的類型有:

  1、汽輪機通流性能的優化

  我們改造的每臺汽輪機方案各不相同,但有兩個共同點:一要消除機組長期運行,通流部分老化造成的效率下降;二通過熱力計算、零件強度校核,調整進排汽參數、功率、級數、焓降分配、通流面積,最佳速比等要素,改用先進高效的動靜葉和汽閥型線,用新技術優化通流性能。

       2、單純發電的凝汽機改為熱電聯產機組

  凝汽機因乏汽凝結向冷源放熱的損失占總熱量的60%,能耗最高。抽汽機、背壓機和抽背機,分別將作過功的部分或全部蒸汽供熱,冷源損失減少或消除,能耗降低。集中供熱、熱電聯產由于選用容量較大、參數較高的鍋爐和供熱機組,特別是背壓機,效率比小鍋爐分散供熱高50%,比熱電分產高30%。為此國家淘汰中小火電機組,提倡熱電聯產。我們的改造方法有:

2.1 單缸凝汽機改循環水供熱

  機組提高排汽壓力,將循環水溫度提高到65~70℃,輸入供暖系統,相當于凝汽器作一級熱網加熱器的背壓機,電功率雖減少,但消除了冷源損失,熱效率大幅度提高。我們通過熱力計算,調整各級焓降和通流面積,比簡單的提高排汽壓力或拆除葉輪,效率高3%~10%。

  2.2多缸凝汽機改為凝汽采暖兩用機組(圖E9)

  在中低壓缸的導汽管上裝一蝶閥和三通,在抽汽管上裝安全閥、逆止閥、調節快關閥,采暖期以降低電功率換取抽汽量。125~600MW機組的最大抽汽量在200~800 t/h之間,供汽壓力隨分缸壓力,在0.25~1Mpa之間,溫度在245~350℃之間。非采暖期純凝汽運行,參數基本不受影響。由于核心部件和基礎不改動,改造安全風險小,工期短,費用低,四個月即可收回投資。

  2.3大型多缸凝汽式汽輪機改高背壓運行和雙轉子機組(圖E10)

  例如型號N100-8.83/535的高溫、高壓、雙缸、沖動、凝汽式汽輪機,主汽壓力8.83mpa,主汽溫度535℃、額定功率100000KW,額定流量370t/h,給水溫度226℃、冷卻水溫度20℃,凝汽器面積6820m2。改造方法:

2.3.1 鍋爐參數及高壓缸通流部分不變,對低壓缸通流部分進行改造,實現高背壓循環水供熱,熱網循環水回水溫度50 ℃,冷凝器出水溫度72-75℃,熱網循環水量4000-6000t/h。

2.3.2 中低壓缸的殼體、支撐方式、各管道接口位置、轉子跨度、軸系、汽輪機與發電機的聯接方式和位置、汽輪機基礎、各軸承座均不變。

2.3.3 機組其他熱力系統的設備均能安全運行,能滿足高背壓工況和純凝工況的安全運行。

2.3.4 為使改造后,在采暖期按高背壓循環水供熱(即作為背壓機),用以熱定電的方式運行;在非采暖期仍按純凝汽工況運行,需制造一根低壓轉子和其它必要的零部件。如非采暖期停機,則不必改為雙轉子機組。

2.3.5 改造部件(易損件除外)的設計使用壽命不少于30年;葉片在允許的周波變化范圍內運行,不產生共振;新制造的高背壓運行轉子和原有的高壓轉子、發電機轉子的聯軸器對輪中心保持一致性,通用一套聯軸器螺栓,更換轉子時不需鉸孔,直接安裝。

改成高背壓供熱機組后的性能,額定功率84mw,主汽門前額定壓力8.83mpa,主汽門前額定溫度535℃,額定功率主汽流量370t/h,額定背壓43.6kpa,最高允許背壓48kpa,最終給水溫度227℃,工作轉速3000r/min,低壓部分級數2×3改造后,取暖期為背壓式純供熱機組,熱效率接近100%,以熱定電運行,熱耗3710 kj/kwh,發電功率不低于81mw;低壓缸相對內效率≥85%。純凝工況下運行的性能和改造前相同。詳細內容可看本網站《新聞中心》中的《淺談汽輪發電機組節能環保之(四)》。

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  2.4凝汽機改非調或可調抽汽機組

  經熱力計算確定抽汽量、通流面積、抽汽口位置等,再打孔、焊抽汽管、裝閥門,改非調整抽汽;改可調抽汽,常規需拆掉一級葉輪、兩級隔板,工藝復雜,費用高。我們在機外配置具自動調節功能的壓力匹配器系統,根據熱力計算、強度校核及軸向尺寸,確定驅動蒸汽和引射抽汽口的位置、參數、抽汽量。此法可用至100MW機組,改后熱電比和能耗達標。

  3、熱電聯產機組的改造

我國熱電行業總體上機組容量偏小,參數偏低,抽凝機比例偏大,煤耗偏高;部分熱電企業的熱負荷下降,參數變化,機組運行遠離設計工況;國家限制新建并逐步淘汰次高壓參數以下抽汽機組,提倡建背壓機組,我們為業主改造汽輪機的類型有:

  3.1抽汽機改背壓機、抽背機

  某廠為某用戶抽改背,僅拆掉幾級葉輪和加堵板,結果汽耗高,后汽缸溫度超過100℃,沒法用。用戶無奈來找我們,而我們改的效果大不一樣:通過熱力計算,在前汽缸中加裝內缸,增加級數,保證改后汽耗不高于同型號新機,符合國家熱電比大于100%(50MW以下熱電機組)、總熱效率大于45%的要求;我們開發的冷卻裝置,可使后汽缸溫度在盛夏低于60℃;在保證效率的前提下,對原有機組盡量少改動,不改土建基礎,做到了好、快、省,改造的類型有:

3.1.1單抽機改背壓機(圖D8和圖E11)

已改19臺,其中高壓機2臺、次高壓機組8臺。

3.1.2雙抽機改為抽背機(圖D7)

已改2臺,其中次高壓機1臺。

3.1.3單抽機改為抽背機(圖E12)

已改6臺,其中次高壓機1臺,中壓機5臺。

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4.背壓式汽輪機性能的優化

4.1背壓機通過擴容,提高效率

已改15臺(包括抽汽機改成的背壓機),其中4臺容量擴大一倍以上。

4.2背壓機通過提高進汽參數,提高效率(圖E13)

已改造6臺,其中4臺由次中壓、次中溫提高到中溫、中壓,2臺由中溫、中壓提高到次高壓、次高溫。

4.3背壓機通過降低排汽參數,提高效率

共改21臺,其中降低排汽壓力的17臺,平均降低3.59at,既增加了焓降,提高了效率,又使排汽壓力更貼近熱用戶的需要,避免了浪費。如塘棲熱電的B6-3.43/0.981改成B7-3.43/0.75,壓力級由2級增至5級,汽耗降低了2.3kg/kwh,年增發電量616萬kwh,相當節約標煤1848噸,新增年收入331萬元,5.8個月收回改造投資。降低排汽溫度的4臺效果也很顯著。

4.4背壓機改抽背機1臺

5.汽輪機改變用途

5.1 改變進汽或排汽參數,作后置機或前置機

改后置機的3臺、改前置機的1臺。

5.2改作余熱發電

改2臺,特點是降低進汽參數,擴大通流面積,增加流量。

5.3電站汽輪機改拖動

改1臺,改拖動壓縮機。

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6.汽輪機調節系統的改造和自動化控制

6.1汽輪機數字式電液調節系統配套、安裝調試

6.2將汽輪機的液壓調節系統改造為數字式電液調節系統

6.3汽輪發電機組的自動化控制、保護系統儀表的配套、安裝和調試

6.4汽輪發電機組熱工儀表的配套、安裝、調試

7.發電機的改造

已改50多臺,改造內容:⑴額定電壓由6300V改為10500V;⑵擴容,如將額定功率12、25MW,分別增至15、30MW等;⑶同軸直流勵磁,改為靜止可控硅勵磁。改后前兩項達大修國標;末項達新機國標。

我們改造的機組都由我們進行工程承包,請看《產品與服務》之四《采用四種方式為發電工程總承包》。總之我們改造的機組,都使業主降低了運行成本,增加了利潤,他們都很滿意,有的改了一臺,接著改第二、第三臺;請看《業績榮譽》中的《汽輪機節能改造的部分業績表》。

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