300MW亚临界供热机组高背压供热改造的研究

1、300 MW亚临界供热机组高背压供热改造的研究 常立宏( 华电能源股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001)摘 要: 为提高北方机组供热能力，介绍了高背压供热概念，并在现有技术水平基础上，提出对亚临界 300 MW 湿冷机组进行空冷化改造，以使亚临界 300 MW 湿冷机组适应高被压运行的要求，实现高背压供热的目的。本次改造中， 研究了亚临界 300 MW 湿冷机组空冷化改造范围，验证了空冷化改造后机组轴系的安全性，分析了改造后几个主要 系统的适应性，最终找到了机组优化运行方式，实现了提高 300 MW 汽轮机供热能力。关键词: 300 MW 热电联产机组; 高背压; 循环水; 供热; 改造

2、中图分类号: TK219文献标识码: A文章编号: 1002 1663( 2012) 06 0421 03Study of 300 MW subcritical heating unit high backpressureheating transformationCHANG Lihong( Huadian Energy Company Limited，Heilongjiang Branch，Harbin 150001，China)Abstract: In order to improve the heating capacity of northern unit，introduced the

3、 high backpressure heating con-cept，and on the basis of the technology level，air cooling transformation to the sub critical 300 MW the clammy unit adaptation is sub critical 300 MW clammy unit pressure operation requirements，high back pressure heating purposes This transformation，the security sub cr

4、itical 300 MW the clammy unit air cooling transformation range， to verify air cooling transformation unit shaft，after analysis of the transformation of several major systems adaptabili- ty，and ultimately find a unit optimize the operation mode，improve 300 MW steam turbine heat supply capacityKey wor

5、ds: 300 MW cogeneration units;high backpressure; circulating water; heating; transformation差 100 g 左 右 。背压式机组或低真空循环水供热 机组与抽凝式机组相比 ，其 供热经济性根本的差 异 在 于 : 背 压 ( 或低真空循环水供热 ) 机 组 在 供 热 工 况 下 运 行 时 ，其 冷 源 损失全部被利用 ，而 抽 凝 式机组只有部分抽汽 被 用 于 供 热 ，汽 轮 机 排 汽 份 额 有 所 减 少 ，但这部分排汽仍存在较大冷源 损 失 。高背压供热机组是近 年为适应北方采暖供热 而出现

6、的改造型机组，大都是由纯凝或抽凝式机组 经改造而成。该供热方式于 20 世纪 80 年代出现在 我国东北地区，而后逐步发展到华北地区。机型涉1项目概述1 1高背压供热高背压供热 ( 低真空循环水供热) 是 将 汽 轮 机低压缸排汽压力提高，从而使排汽温度 提 高，加 热进入汽轮机凝汽器的热网循环水，使其供热。也就 是使凝汽器成为供热系统的热网加热器，充分利用机组排汽的汽化潜热加热热网循环水，将冷源损失 降为零，提高机组的循环热效率。采用该方法供热是在不增加机组规模的前提下，回 收 冷 源 损 失，增加了供热量，增大了供热面积。及纯凝、抽 凝 式，机组容量等级涵盖 6 1501 2高背压供热研究

7、现状一 般 情 况 下 ，50 MW 以 下 的 运行热电联产机 MW。迄今为止，对于 150 MW 以上的大型机组和非落地轴瓦机组，国 内、国外尚无汽轮机高背 压 循 环 水 供 热改造和成熟运行的先例，且 国 内、国 外 也 未 见 到这方面的研究。组 采 用 可 调 抽汽或背压机组供热 ，100 MW 及 以上 机 组 基 本采用抽凝式供热 。 抽凝式供热机组 与 背 压 式 机 组 在 供 热 运行工况下的发电煤耗相 收稿日期: 2012 11 29作者简介: 常立宏( 1961 ) ，男，1996 年毕业于哈尔滨工业大学技术经济专业，研究生。 421 Vol 34 No 6Heilo

8、ngjiang Electric PowerDec 20121 3 300 MW 机组高背压供热项目的提出亚临界 300 MW 高背压运行的机组一般排汽温 度在 50 85 ，其对应的背压在 20 55 kPa。亚临 界 300 MW 湿冷机组的排汽 背压一般不能超过 18. 6 Pa，不适应高背压运行的要求。但 是 亚 临 界300 MW 直接空冷机组的背压变化幅度完全适应高 被压运行的要求。因此，提出对亚临界 300 MW 湿 冷机组进行空冷化改造，以使亚临界 300 MW 湿冷 机 组适应高被压运行的要求，实现高背压供热的 目的。些( 曲线左侧) 。但是考虑高背压运行主要考虑叶 片的安全

9、性，两只叶片都能够满足要求，而 在 纯 凝 运行时，680 mm 叶片的经济性要好一些，因此改造 选择 680 mm 末级叶片。3改造后汽轮机低压部分安 全 性 和可靠性校核300 MW 空冷机组低压转子两联轴器端面总长为 8 181. 5 mm，重 量 为 60499 5kg。 而 改 造 后300 MW湿冷机组低压转子两联轴 器 端 面 总 长 为8 181. 5 mm，重量为 62 692 2 kg。由于轴系参数发 生了变化，因此，需从几个方面校对轴系的安全性。2空冷化改造范围300 MW 亚临界湿冷机组与 300 MW 空冷机组3 1轴承标高变化对轴系性能的影响轴系的性能分析主要 是系

10、统的静态分析和动 的高、中压部分结构、参数完全一样的，因此现有机组高、中压部分不用改动。只需要将 300 MW 湿冷 机组的低压部分改造为 300 MW 直接空冷机组的低 压部分，便可适应高背压运行。目前，成熟的空冷 300 MW 机组，其设计背压一 般为 11 18 kPa，夏季背压为 32 35 kPa，最高运行 背压 65 kPa，夏季实际运行背压一般约为 40 kPa。 对汽轮机低压部分来说，高背压供热的外部条件和 空冷机组夏季运行时基本一致，因此可以将原机组 低压缸更换为空冷机组低压缸，末级采用空冷专用 叶片，使机组 具 备 高 背 压 运 行 能 力。对 于 300 MW 空冷机组

11、，可以选择 620 mm 和 680 mm 两种末级叶态分析。其 中，动 态 分 析 主 要 讨 论 3 个 方 面 的 问题: 一是转子系统的固有频率( 如横振和扭振) 与系 统工作频率间的关系，以保证转子系统的各阶频率 相对工作频率有足够的避开余量; 二是讨论外界扰 力与转子系统振动幅值之间的关系 ( 不平衡响应及转子对不平衡响应的敏感 性 计 算) ，保 证 在 各 种 扰 力作用下转子系统的振动幅值应小于某一限定值; 三是讨论转子系统的振动特性随时间的变化趋势 ( 即系统稳定性) ，保证振动特性随时间的延长呈稳 定或收敛状态。转子的更换带来轴系标高的变化，一方面从横振角度影响轴承的刚度

12、、轴系的临界转速及机组的 安全运行; 另一方面从高周疲劳角度带来动应力的 变化，会影响机组高周疲劳安全因子。3 2 高周疲劳的校核汽轮机转子要承受稳 定负载和振动负载的联 合 作 用，所以在转子设计时高周疲劳分析非 常 重 要。作用在 叶片和叶轮上的蒸汽压力 降 将 在 转 子 的本体内产生轴向应力( 静应力) p ，整个转子系统每一位置的横向弯矩将 产生交变的轴向应力 b 。转动、红套叶轮和联轴器将引起切向静应力 z 。转子承受的扭转负载会产生扭剪静应力 xy ，由 于传动线的 布 置、负载的不平衡和轴 承 的 不 对 中，将会产生 交 变 的部分进汽应力 pa 和 不 对 中 应 力nom

13、 。由转动、红套负载和压力降将产生 残 余 剪 切 应力 yz 和 zx 。将静应力的值代入方程式 ( 1 ) ，求 得 当 量 应 力e ，用 e 值 在歌曼表上找出在某 温度时所在截面 的持久极限。然后该持久极限乘以尺寸效应系数，并除以所在截面里所用的强度换算系数，就可求得修正的持久强度。片。620 mm 叶片的设计背压在 15 18kPa，680mm 叶片的 设 计 背 压 在 11 13 kPa。高 背 压 改 造后，对末级 叶 片 的 要求主要是背压的适应性。680 mm 叶片能够适用于高背压运行要求，同时对 夏 季 负荷及部分负荷都有较好的适应性，也 就 是 说，在 纯凝运行时的经

14、济性损失较小。衡 量 末 级 叶 片 长 度的主要参数是余速损失，620 mm 及 680 mm 叶片 的余速损失对比如图 1 所示。图 1 620 mm 及 680 mm 末级叶片余速损失曲线由图 1 可见，纯凝运行时，680 mm 的余速损失 小些( 曲线右侧) ，高背压运行时，620 mm 的余速小 422 第 34 卷第 6 期黑龙江电力2012 年 12 月1凝结水经凝结水泵进入凝结水处理 装 置，经 100%处理后，依次进入轴封加热器、4 台低压加热器和除 氧器。改造前主机凝结水系统 设 计 温 度 为 50 ，改 造后主机凝结水系统设计温度变为 79 。凝结水 系统受到影响的主要

15、是凝结水泵以及凝结水精处 理装置。凝结水精处理是大容量、高参数发电机组中一 种特有的 水 处 理 方 式。其目的主要是 去 除 凝 结 水 中金属腐蚀产物及微量的溶解性盐。凝 结 水 精 处 理系统的正常投运，对保证机组水汽品质，缩短新 机组的启 动 时 间，提高机组凝汽器泄漏 的 保 护 能 力，延长机组酸洗周期都有其实际意义。由于低真空改造后机 组凝结水极限温度高达 79 ，而原有的凝结水精处理混床离子交换系统使 用温度一般不 超 过 50 ，这主要是阴离子交换树 脂和设备衬 胶 所 决 定 的，因 此，本 次 低 真 空 改 造 的 同时，新增一套 100% 容量的粉末树脂覆盖 过 滤

16、系 统设备( 运行温度最高可达 85 ) 与原有的凝结水 精处 理混床系统并列 运 行。 当凝结水温度超过 50 时，混床系统投入，高于 50 粉末树脂覆盖过 滤系统投入运行。222( x y )+ ( y z )+ ( z x )=+槡26( 2 + 2+ 2 1 /2( 1)xyyz xz将所有的交变应力值代入方程式 ( 1 ) 内，来 求得交变的当量张应力。当 乘以应力集中系数时， ( 如果需要可考虑其缺口敏感性) ，就可得到其最大 的交变应力，这样的计算必须进行两次; 1 次用重力 弯矩所致的 x ，另 1 次用重力弯矩和不对中弯矩所 致的 x 。修正持久强度除以最大的交变应力，就可给

17、出 安全系数。其中，安全系数应大于等于 2。机组轴系不对中量的变化，增大了转子的交变 动应力，因此影响了转子的高周疲劳寿命。对轴系进行高周疲劳考核，主要针对转子有应 力集 中 的 区 域，计 算 中 选 取 了 4 个 部 位，如 图 2 所示。图 2 转子应力集中区域( 单位: mm)77 1全厂运行优化调整背压限制根据叶片本身的特性，动应力在相对容积流量4凝汽器适应性分析机组改为高背压运行后，热网循环水的工作参数和原机组循环水的参数存在差别，因 此，需 要 对凝汽器的可靠性进行必要的论证和确认热网水质 能 否满足现有不锈钢冷却管 TP304 对 水 质 的要求1。300 MW 机组 高 背

18、 压 运 行 时，8 号 低 加 停 止 工 作，7 号、8 号低加入口水 温 不 超 过 90 ，此 温 度 7 号、8 号加热器 可 以 承 受，不需要进行改造，但 是 要 对水 处 理 系 统 需 进 行 校 核，以保证系统可靠 运行2。小于 20% 时会急剧升高，相对容积流量至 11% 左右时达到峰值。为安全起见，要控制高背压运行时排 汽容积流量大于末级叶片设计容积流 量 的 20% 。 根据这个原 则，考虑一定的安全余量，给 出 末 级 叶 片的背压限制线，即机组在报警线以下区域可安全 运行，如图 3 所示。5给水泵驱动方式的选取机组改为高背压运行后，如果原给水泵汽轮机排汽还进入凝汽

19、器，则给水泵运行的背压会随之升高，一方面背压升高，给水泵汽轮机出力降低，不能 满足机组运行要求，另一方面原给水泵汽轮机的末 级叶片也不允许背压升高到 55 kPa，因此需对给水 泵驱动方式进行论证。6主机凝结水系统适应性分析凝结水系统设计采用单元制中压凝结水系统，图 3 680 mm 末级叶片的背压限制曲线( 下转第 427 页) 423 第 35 卷第 6 期黑龙江电力2012 年 12 月2) 改进信号注入法可以减少停电次数，有效地提高了供电质量的连续性和可靠性。结论1) 基于传统信号注入法提出的改进信号注入法， 不需要把故障线路从母线中隔离，在线情况下注入特 定频率特定大小的交流信号，就可以通过检测该信号 的流通，利用信号寻迹原理实现故障点的定位。4参考文献:1 束洪春 配电网络故障选线