第26卷,总第149期2008年5月,第3期节能技术E NERGY CONSERVATI ON TECHNOLOGYVol 26,Sum No 149May 2008,No 3中小型凝汽式或抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机的一种新方法张玉峰1,管立君1,赵肃铭2(1 石家庄双联化工有限责任公司,河北 石家庄 050200;2 哈尔滨工业大学,黑龙江 哈尔滨 150001)摘 要:将凝汽式或抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机,由于排汽温度提高导致后汽缸热膨胀过大而影响汽轮机的正常运行。
本文提出了一种新的改造方法,降低了后汽缸的温度,实现了改造后汽轮机的安全运行。
关键词:凝汽式汽轮机;抽凝式汽轮机;背压式汽轮机;压力匹配器;喷水冷却装置中图分类号:TK266 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2008)03-0276-03New Method of Transforming Condensing/Extraction S team Turbineinto Back -Pressure S team TurbineZHANG Yu-feng 1,GUAN Li-jun 1,Z HAO Su-ming 2(1 Shijiazhuang Shuanglian Chemical Industry Group Co Ltd,Shijiazhuang 050200,C hina;2 Harbin Institute of Technology Harbin 150001,China)Abstract:Transforming condensing or extraction-condensing steam turbine into back-pressure steam turbine will increase the temperature of exhaust,which would cause the excessive expansion of cylinder and have im pact on the nor mal operation of turbine In this paper,a new approach of transformation is proposed And it guarantees the safe operation of turbine by reducing the temperature of back cylinderKey words:transforming condensing stea m turbine;extrac tion-condensing steam turbine;back-pressure stream turbine;heat pump;steam-te mperature reducer收稿日期 2008-03-26 修订稿日期 2008-04-06作者简介:张玉峰(1969~),男,段长。
1 前 言中、小型凝汽式汽轮发电机组由于其发电煤耗高,按照国家能源政策的要求,属于被淘汰机型,中、小型抽凝式汽轮发电机组虽属热电联产机组,但对其供热量也有明确的规定,即热电比必须大于1,热效率必须大于45%,否则也属于关停机组之列。
但我国目前许多企业自备发电站,有大量这类机组存在,其中有些还有相当长的使用寿命,弃置可惜,继续使用发电煤耗居高不下,处于随时被关停的境地。
更换适合企业供热要求的新背压机组,不少企业或者缺乏资金,或者考虑到企业长期规划要求而暂时搁置。
因此,想到要将这类机组改造成符合政策要求的热电比大、热效率高的背压式汽轮发电机组,这样既能顾及到企业长期发展规划,又能满足企业的供热需求。
不改变原机组的位置和主要结构形式,用很少的投资,就实现了汽轮机的排汽全部被生产所使用,从而大大提高了能源的有效利用率,是一种投资少,周期短,见效快的一种节能改造方式。
2 将凝汽式或抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机组存在的问题、解决途径及改造方法该类型汽轮机的共同特点是排汽排在冷凝器中,形成较高的真空,因此汽轮机的后汽缸和排汽管!276!承受的温度和压力较低,一般设计采用铸铁汽缸并和后轴承座成为统一体,如果改为背压式汽轮机后,蒸汽仍然从原排汽口排出,不采取特殊的措施,势必引起后汽缸温度过高,甚至超出允许温度,导致汽缸热膨胀过大,轴承座上抬,影响安全运行。
这就是问题症结所在,解决问题的途径,就要针对这一问题找到降低后汽缸温度的方法。
从技术角度,目前,有两种方法行之有效,概括如下:2 1 加隔热挡板,另开排汽口对某些较大型的凝汽式汽轮机,其轴向尺寸较长,按所需的背压,经热力计算确定汽轮机级数,和各级通流面积。
如果要摘除的末几级的级数较多,后汽缸就有较大的空间实施改造,这样可以用盲板堵去原来的排汽管,并在排气管前加装一个带轴封的隔热挡板,使蒸汽不进入汽缸的后部和排汽管,便降低了排汽缸后部的温度。
因改造后的汽轮机排汽压力较高,比容减小,可以根据排汽量的大小,确定排汽管的尺寸和数量,再在隔热板前,另外开一个或数个排汽口进行排汽。
这就将高温蒸汽局限在汽缸的较前部位上,保持汽缸后部和原排汽口处的温度较低,使后轴承能在较安全的温度下运行。
同时,由于隔热板本身的轴封承担了一部分压差,使漏汽量保持在正常范围内。
这种改造已经有十年以上的运行历史,实践证明,改造是成功的,可靠的。
例如,北京市某热电厂一台N50-90高压凝汽式汽轮机,改造成排汽压力为1 2MPa 的背压式汽轮机,作为采暖供热汽轮机,已经运行多年。
2 2 利用压力匹配器(喷射热泵)和喷水装置对于某些较小的凝汽机组或抽凝机组,由于级数较少,轴向尺寸较短,改造成背压式汽轮机汽缸内没有足够的尺寸实施隔热挡板和另外开排汽口,在这种情况下,可以采用压力匹配器(喷射热泵)实施改造。
具体做法是:在汽轮机调节级后或高压段某一级间打孔抽汽作为压力匹配器(喷射热泵)的驱动蒸汽,经过其缩放喷管加速到超音速气流,产生低压,用来抽吸汽轮机的排汽,然后两股蒸汽混合后在其扩压管中升压,达到所需要的供热参数。
这里关键技术是在原排汽口处要实现0 1MPa (0表压)左右的压力,再通过喷水装置将其冷却至饱和蒸汽,以降低汽缸温度,便能达到安全工作要求。
为达到此目标,必须进行汽轮机通流部分详细的热力计算,并与压力匹配器的热力计算设计随时配合,进行反复的迭代计算,准确算出抽汽量和排汽量的比例,即用多少压力的驱动蒸汽量能抽吸多少0 1MPa (0表压)左右的排汽量,再根据这一分配比例的汽量和抽汽口、排汽口的压力值确定汽轮机的级数和各级的喷嘴数,从而实施改造,摘去多余的级数,并在保留级中堵去多余的喷嘴(或增加喷嘴)。
改造后需要重新做动平衡和确定新的临界转速。
对喷水装置应以汽缸温度作为反馈信号自动控制喷水量的多少。
3 改造具体实例3 1 改造原汽轮机情况及改造要求石家庄双联化工有限责任公司有一台C N1 5-35/5型抽凝式汽轮发电机组,其进汽参数为3 43MPa 、435∀,抽汽压力为0 49MPa 、265∀,排汽压力为0 0085MPa 。
汽轮机共有7级,在抽汽口前的高压段,有一个双列调节级和一个压力级,在抽汽口后的低压段有一个单列低压调节级和四个压力级,在额定进汽量为12t/h 、抽汽流量为5t/h 时,发电功率为1500kW 。
由于该机组长期在纯凝工况下运行,发电能耗高,不符合国家能源政策,同时,由于该厂实际化工产量增加,也造成蒸汽量紧张,不得不长期停机闲置,基本处于淘汰状态。
该厂化工生产中需要大量的低压蒸汽(0 15~0 2MPa 、180~240∀)供造气使用,于是有将该机改造成背压式汽轮机的需求。
3 2 改造方案及计算数据根据该机的结构特点和供汽参数要求,决定采用压力匹配器(喷射热泵)的改造方法,其系统如图1所示:图1!277!具体改造方案是:以原抽汽作为压力匹配器的驱动蒸汽,抽吸汽轮机的排汽。
经过初步计算,去掉末两级,并将其隔板摘下,动叶取出,叶轮不动,汽轮机由7级变成5级,再通过汽轮机和压力匹配器进行反复详细的气动热力计算,最后确定抽汽压力为0 6~0 7MPa,抽汽量为8~10t/h,排汽压力为0 1~0 14MPa 抽汽压力为0 49MPa,被抽吸蒸汽量为3 5~4t/h,压力匹配器出口参数为0 2~0 25MPa,180~240∀。
热力计算结果列于表1:表1 改造设计工况热力计算名称单位高压段低压段调节级第一压力级低压调节级第二压力级第三压力级进汽量kg/h 1200011500400040004000级前压力MPa 3 261 180 710 420 24级前温度∀434334287246202级前焓kJ/kg 3303 43120 43032 129552871 7级后压力MPa 1 180 710 420 240 13级后温度∀334287246202150级等熵焓降kJ/kg291125 6124 8123 5113级速比0 2320 3760 3770 3790 397原喷嘴数只1213192340现喷嘴数只121361017堵喷嘴数只00131323级内损失kJ/kg10837 255 540 331 5内效率%62 870 461 867 472 1内功率kW609 3282 485 692 590 6总功率: N i =1160kW电功率:Ne =980kW由表可见,有些级的喷管堵去2/3以上,说明通流部分的改变量是很大的。
同时压力匹配器的结构尺寸也要计算准确,才能满足供热参数要求。
我们选用了沈阳飞鸿达节能设备公司的压力匹配器,很好的满足了使用要求。
3 3 实际运行数据改造后汽轮发电机组运行并网一次成功,并顺利投入正常生产。
3 4 节能效益分析汽轮机改为背压运行后,排汽完全用于化工生产中,经济效益是明显的。
首先,从国家规定的政策指标热电比与热效率方面分析。
该机在纯凝工况下运行,一般用9t/h 的蒸汽可发1500kW 的电功率。
如果以1t/h 标煤产生7t/h 中参数(3 5MPa/435∀)蒸汽进行估算,9t/h 折1 28t/h 标煤,此时的热效率只有14 4%,煤耗高达0 853kg/kWh 。
现在改为背压汽轮机发电,用14t/h的蒸汽就可发电为1150kW 的电功率,其热电比为9 8,热效率达76 1%,为纯凝运行工况的5倍多。
表2 运行工况的运行数据名称单位工况1工况2工况3发电功率kW 115011001000主蒸汽量t/h 14 313 612 65主进汽压力MPa 3 23 223 25主进汽温度∀410415410抽汽流量t/h 10 2610 079 37抽汽压力MPa 0 650 620 57抽汽温度∀268263263排汽压力MPa 0 0980 0980 088排汽温度∀105107103热泵进口压力MPa 0 650 620 57热泵出口压力MPa 0 170 1660 16热泵出口温度∀215220212该机在原设计工况下运行,一般进汽量为12t/h,抽汽压力0 5MPa 、流量5t/h 时,可发1500kW 的电功率,此时的热电比为2 8,热效率为40%,仍然达不到政策规定的指标,改为背压式汽轮机运行后热效率达到76 1%,热效率提高将近一倍。