抽凝式汽輪機(jī)低真空供暖運(yùn)行的實(shí)踐

1、抽凝式汽輪機(jī)低真空供暖運(yùn)行的實(shí)踐 作者：運(yùn)動(dòng)生   摘 要  關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 低真空 供暖 實(shí)踐  石家莊熱電一廠主要負(fù)責(zé)市區(qū)西南部的集中供暖任務(wù)?，F(xiàn)有鍋爐九臺(tái)，總蒸發(fā)量530噸小時(shí)。有機(jī)組六臺(tái)，其中B3-35/8青汽產(chǎn)背壓機(jī)兩臺(tái)；CN6-35/9杭汽產(chǎn)抽凝機(jī)一臺(tái)；CN12-3.43/0.58武汽產(chǎn)抽凝機(jī)一臺(tái)；FCC6-3.43/1.4/0.58武汽產(chǎn)抽凝機(jī)一臺(tái)；FCC6-3.43/0.49武汽產(chǎn)背壓機(jī)一臺(tái)?？偣┡娣e達(dá)620萬平方米。  隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，熱電一廠供熱范圍內(nèi)熱用戶迅速增加，尤其在冬

2、季采暖期，熱電一廠現(xiàn)有的供熱能力已不能滿足用戶供熱需求，出現(xiàn)了供熱緊張局面。為了緩解這一矛盾，節(jié)能挖潛，相繼對CN6-35/9杭汽產(chǎn)抽凝機(jī)（三號(hào)）、CN12-3.43/0.58武汽產(chǎn)抽凝機(jī)（四號(hào)）及FCC6-3.43/1.4/0.58武汽產(chǎn)抽凝機(jī)（五號(hào)）進(jìn)行了低真空循環(huán)水供暖改造。本文針對我廠四、五號(hào)抽凝機(jī)組低真空供暖改造進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以便將此節(jié)能項(xiàng)目在更多地區(qū)推廣應(yīng)用。                   1概   述

3、  1.1汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組簡介  我廠四、五號(hào)汽輪機(jī)是武漢汽輪發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)的抽汽凝結(jié)式汽輪機(jī)型號(hào)是CN12-3.43/0.58；FCC6-3.43/1.4/0.58。分別與1999年2月、2000年10月投產(chǎn)運(yùn)行。  汽機(jī)本體為高、低二段組成的單缸、單抽結(jié)構(gòu)。高低壓段配汽采用提升板式調(diào)節(jié)閥，低壓段配汽才用帶平衡室的旋轉(zhuǎn)隔板。四號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子由11級(jí)葉輪組成，第1、5級(jí)分別為高低壓段的調(diào)節(jié)級(jí)。五號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子由10級(jí)組成1、4級(jí)為調(diào)節(jié)級(jí)。  前后軸承為圓柱軸承，推力軸承每塊工作瓦后裝有銅電阻。前軸承室內(nèi)裝有調(diào)節(jié)保安部套、調(diào)壓器及徑向推力聯(lián)合軸承等其他部套。 

4、1.1.1四號(hào)機(jī)主要參數(shù)  表11  四號(hào)機(jī)主要參數(shù)  序號(hào)  項(xiàng)目  單位  數(shù)值 1  額定功率 KW/h 12000 2  最大功率 KW/h 15000 3  轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 rpm 3000 4  轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速 rpm 1700 5  主汽門前蒸汽壓力 MPa 3.43 6  主汽門前蒸汽溫度 

5、 435 7  額定抽汽量  t/h  50      8  最大抽汽量 t/h 70 9  額定抽汽壓力 MPa 0.58 10  額定進(jìn)汽量 t/h 84 11  最大進(jìn)汽量 t/h 103 12  純凝進(jìn)汽量 t/h 52 13  排汽壓力 MPa 0.0042 14

6、60; 凝汽器型號(hào)  N9751  15  凝汽器冷卻面積 m2  975 16  冷卻水量  t/h 2750 17  冷卻水溫度   20 18  冷卻水壓力  MPa  0.25  1.1.2五號(hào)機(jī)主要參數(shù)  表12五號(hào)機(jī)主要參數(shù)  序號(hào) 項(xiàng)目  單位 數(shù)值 1 額定功率 KW/h 6000 2

7、0;最大功率 KW/h 7500 3 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 rpm 3000 4 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速 rpm 1736 5 主汽門前蒸汽壓力 MPa 3.43 6 主汽門前蒸汽溫度  435 7 額定抽汽量 t/h 45 8  最大抽汽量  t/h  55    9 額定抽汽壓力 MPa 0.58 

8、;10 額定進(jìn)汽量 t/h 66 11 最大進(jìn)汽量 t/h 72 12 純凝進(jìn)汽量 t/h 32 13 排汽壓力 MPa 0.0059 14 凝汽器型號(hào)  N5601  15 凝汽器冷卻面積 m 2  560 16 冷卻水量 t/h 1410 17 冷卻水溫度  27 18

9、60;冷卻水壓力  MPa  0.196   1.2供熱原理  在凝汽式汽輪機(jī)中，蒸汽從鍋爐獲得的燃料燃燒熱i0-i0（可用新蒸汽的焓i0與鍋爐給水焓i0的焓差值表示），一部分在汽輪機(jī)內(nèi)做理想焓降h0，大部分為損失于冷源的排汽凝結(jié)熱rx（r為排汽凝結(jié)熱，x為排汽干度），rx（1.52.0）h0。當(dāng)汽輪機(jī)低真空運(yùn)行時(shí)，有較高溫度的熱網(wǎng)水替代循環(huán)水將x加以利用，就會(huì)使循環(huán)熱效率t提高rx/ h01.52.0倍。這樣可使汽輪機(jī)的熱效率獲得顯著提高，因?yàn)橐话隳狡啓C(jī)熱效率最高的很難超過40%，而供熱式汽輪機(jī)熱效率可達(dá)90%以上。 

10、; 由凝汽式汽輪機(jī)的熱平衡方程可知： D（iptn）=WG（t2t1）  式中   D進(jìn)入凝汽器的排汽量，th；      ip排汽焓，kJkg；     tn凝汽器出口凝結(jié)水的焓，其值等于該凝結(jié)水的溫度，kJkg；    W每小時(shí)流過凝汽器的循環(huán)水量，th；    G循環(huán)水的比熱，G4.18kJkg·；     t1凝汽器入口循環(huán)水溫度

11、，；     t2凝汽器出口循環(huán)水溫度，；  在熱平衡方程中，（iptn）即為每公斤排汽在凝汽器中放出的熱量，而t2t1t則為循環(huán)水進(jìn)出口溫差。假若令每小時(shí)流過凝汽器的水量W與每小時(shí)進(jìn)入凝汽器的排汽量D的比值，即WDm，則m可以稱為凝汽器的冷卻倍率，即表示凝結(jié)1公斤蒸汽所需的冷卻水量；這樣上式可寫成：                   tiptnm

12、0; 由本式可以看出，當(dāng)汽輪機(jī)排汽量D為一定時(shí)，循環(huán)水進(jìn)出口溫差t與冷卻倍率m成反比，即m越小，t就越大。也就是說，減少進(jìn)入凝汽器的循環(huán)水量W，就可使流出凝汽器的循環(huán)水溫度提高。當(dāng)然，與此同時(shí)汽輪機(jī)的排汽壓力亦隨之升高，從而使凝汽器的真空度降低。  2、 參數(shù)確定  2.1供熱負(fù)荷分布  根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，熱電一廠供熱轄區(qū)內(nèi)將增加下列采暖負(fù)荷： 1  金正房地產(chǎn)2006年建成住宅3萬平方米；  2  燕都花園2006年建成住宅7萬平方米，2008年達(dá)到28萬平方米；     3  佳實(shí)

13、房地產(chǎn)2006建成住宅5萬平方米； 4  西三教小區(qū)2008年建成住宅25萬平方米； 5  鐵路宿舍2007年建成住宅10萬平方米； 6 省技術(shù)監(jiān)督局2008年建成住宅10萬平方米；  該供熱區(qū)域2006年將新增采暖供熱面積達(dá)15萬平方米，2008年區(qū)域需供采暖面積將達(dá)到78萬平方米。 2.2供回水溫度及循環(huán)水量的確定  根據(jù)熱電一廠供熱轄區(qū)負(fù)荷分布情況，新開發(fā)的用戶有很多是高層住宅。由于凝汽器本身不能承受很高的壓力，針對這一情況，決定本工程所有用戶均采用間接供暖方式即增加二次換熱設(shè)備，并且要求住宅全部采用地板采暖

14、。確定供水溫度為60，回水溫度為45；二次供水溫度為50，二次回水溫度為35。這樣不但解決了凝汽器承壓問題，而且有效地避免了失水問題，減少了補(bǔ)水量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。  凝汽器排汽溫度為：                TS=T1+t=60+8=68 式中：TS排汽溫度；       t凝汽器端差； 對應(yīng)的排汽壓力為0.029Mpa。 循環(huán)

15、水量的確定：  根據(jù)熱平衡方程：D（iptn）=WG（t2t1）WD×（iptn）G×（t2t1）W40×（2580285）4.18×15     四號(hào)機(jī)循環(huán)水量為：W1464.11t/h  同樣方法算出五號(hào)機(jī)循環(huán)水量：W18×（2580285）4.18×15658.85 t/h  式中40、18分別為四、五號(hào)機(jī)在最大抽汽工況下的凝汽量。4、 五號(hào)機(jī)在冬季供暖期要抽汽運(yùn)行，以保證外界供熱負(fù)荷的需要。  2.3采暖面積的確定  根據(jù)熱平衡方程式：

16、3.6AqW .G（t2t1）×103  式中：           A采暖面積m2；           q采暖熱指標(biāo)，取45Wm2；  四號(hào)機(jī)供暖面積為：  AW .G（t2t1）×1030.86×45    1464.11×（6045）×103    5

17、67484m256.7萬平方米  五號(hào)機(jī)供暖面積為：  AW .G（t2t1）×1030.86×45   658.85×（6045）×103   255368m225.5萬平方米  3、機(jī)組安全分析  3.1對推力軸承工作的影響  當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)不變，由于排汽壓力的提高，將會(huì)使汽輪機(jī)末尾幾級(jí)尤其是末級(jí)壓降減少。級(jí)內(nèi)壓降的充新分配，將使級(jí)的反動(dòng)度增大,結(jié)果是靜葉壓差大為減少，而動(dòng)葉壓差稍有增大。因此，隔板和靜葉柵的抗彎條件更好，而動(dòng)葉柵

18、和葉輪所承受蒸汽的軸向作用力（即推力）卻增大了。  我們對CN12-3.43/0.58型機(jī)組在額定負(fù)荷時(shí)，對于不同排汽壓力下推力軸承的溫度變化進(jìn)行了試驗(yàn)。如圖：             表31 排汽壓力變化對推力軸承工作的影響    如果軸承進(jìn)油溫度在3945內(nèi)，則排油溫度在5460之間，實(shí)際上冬季軸承進(jìn)油溫度通常在40以下，所以在低真空運(yùn)行時(shí)，排油溫度一般均在允許范圍內(nèi)，不超過55。由于已確定排汽壓力為0.029Mpa，而且要求排汽溫度不超過7

19、5（排汽壓力為0.038 Mpa），因此對機(jī)組而言不必進(jìn)行任何改動(dòng)，都能保證推力軸承的可靠工作，從圖中即可看出。 3.2汽缸和凝汽器膨脹的分析  當(dāng)汽輪機(jī)在低真空運(yùn)行時(shí)，汽缸和凝汽器的膨脹則因排汽溫度的升高而增大。汽缸的膨脹將會(huì)引起與轉(zhuǎn)子的相對變化，從而引起通流部分動(dòng)靜間隙的改變，或在熱應(yīng)力作用下發(fā)生變形，造成結(jié)合面連接螺栓松動(dòng)或變形，甚至造成機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)以及破壞結(jié)合面的嚴(yán)密性。凝汽器的膨脹則會(huì)使汽輪機(jī)后軸承升高從而破壞整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)的軸向中心對正。  實(shí)際測試表明，當(dāng)排氣壓力為0.038Mpa時(shí)，機(jī)組的最大膨脹量為0.2469厘米，與設(shè)計(jì)工況的膨脹量

20、0.186相比，最多增大0.061厘米。而該機(jī)組的動(dòng)靜間隙為0.30.5厘米，因此，無論從動(dòng)靜部分的相對膨脹來看，或是從氣缸本身的自由膨脹來看，這一膨脹值時(shí)不會(huì)對機(jī)組的安全帶來任何影響的。這一點(diǎn)已從我廠改造的CN6-35/9型機(jī)組多年低真空運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得到證明。 3.3末幾級(jí)鑄鐵隔板的蠕變  不少汽輪機(jī)的末幾級(jí)隔板是用鑄鐵制造的。在汽輪機(jī)低真空運(yùn)行時(shí)，由于排汽溫度的升高，從而可能促使鑄鐵隔板產(chǎn)生蠕變。當(dāng)隔板積累了過大的塑性變形，就可能使所在級(jí)的動(dòng)靜間隙減小。我廠CN12-3.43/0.58；FCC6-3.43/1.4/0.58型機(jī)組末幾級(jí)隔板是HT2547鑄鐵隔板，這種

21、材料在壓力不高的情況下只有當(dāng)溫度在250以上時(shí)才會(huì)發(fā)生蠕變變形。但是由于汽輪機(jī)在低真空下排汽溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一數(shù)值，故對末級(jí)鑄鐵隔板的蠕變變形時(shí)不必考慮的。而且從我廠CN6-35/9型機(jī)組多年運(yùn)行后解體檢查情況看，也并未發(fā)現(xiàn)異常。 3.4凝結(jié)水系統(tǒng)及機(jī)組振動(dòng)的影響  由于排汽溫度的升高，會(huì)對凝汽器銅管管束和管板之間的相對膨脹值增大，從而影響凝汽器脹口的嚴(yán)密性；同時(shí)凝結(jié)水溫度的上升，凝結(jié)水泵入口和抽氣器內(nèi)可能發(fā)生汽化現(xiàn)象。就我廠CN6-35/9型機(jī)組改造后多年運(yùn)行情況看，凝結(jié)水沒有因此而硬度升高，一般情況下均保持在0微克當(dāng)量升，脹口無泄漏現(xiàn)象發(fā)生，凝結(jié)水泵和抽氣器也沒有發(fā)生過汽

22、化現(xiàn)象，工作正常。 軸承振動(dòng)是與許多因素有關(guān)的。在汽輪機(jī)低真空運(yùn)行時(shí)，如果上述各項(xiàng)均正常，一般不會(huì)引起軸承振動(dòng)的加劇。CN6-35/9型機(jī)組改造后的運(yùn)行情況已充分證明了這一點(diǎn)。  4、 凝汽器于熱網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)接  4.1凝汽器的改造  由于在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到凝汽器的承壓問題，嚴(yán)格控制熱網(wǎng)的回水壓力不高于0.2Mpa，因此凝汽器內(nèi)部不需進(jìn)行任何改動(dòng)。只是將凝汽器的循環(huán)水進(jìn)出管路改為單流程，以增加循環(huán)水的溫度。如圖所示：在采暖期循環(huán)水供暖時(shí)，關(guān)閉2、4閥，打開1、3、5閥。熱網(wǎng)回水經(jīng)3閥進(jìn)入凝汽器，經(jīng)5閥進(jìn)入凝汽器另一側(cè)，完成單流程受熱，經(jīng)1閥送入熱網(wǎng)。

23、0;4.2換熱站設(shè)備配置  考慮到當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，為了不影響用戶的供熱，需設(shè)尖峰換熱站。換熱站內(nèi)管路系統(tǒng)與機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。汽水換熱器只考慮在機(jī)組事故狀態(tài)下運(yùn)行，應(yīng)此可按總供熱面積的70選取，選用可供20萬平方米的間接式換熱器三臺(tái)，流量1260t/h，揚(yáng)程45m，供熱泵四臺(tái)。 4.3運(yùn)行控制  為了提高循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行水平、完善聯(lián)鎖保護(hù)控制功能、提高運(yùn)行人員工作效率、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理水平的高標(biāo)準(zhǔn)要求，對循環(huán)水供熱系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）及帶CRT顯示的控制系統(tǒng)。  可編程控制器（PLC）按工藝提出的要求在不同狀況下自動(dòng)開啟或關(guān)閉相應(yīng)的電

24、動(dòng)閥門。個(gè)汽機(jī)的工作狀態(tài)分別在相應(yīng)的PLC上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，以便操作人員能清楚的看到目前的運(yùn)行狀態(tài)。  5、 經(jīng)濟(jì)性分析  凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)的功率與新蒸汽流量和理想焓降成正比。當(dāng)新蒸汽流量和參數(shù)不變時(shí)，功率只和排汽壓力下理想焓降過程終點(diǎn)的焓有關(guān)。低真空運(yùn)行時(shí)，由于蒸汽沒有充分膨脹，汽輪機(jī)的理想焓降和相對內(nèi)效率相應(yīng)減少，因而使汽輪機(jī)的功率和發(fā)電機(jī)的功率相應(yīng)降低。見表：  表51  參數(shù) 設(shè)計(jì)工況 運(yùn)行工況 運(yùn)行工況 運(yùn)行工況 運(yùn)行工況 運(yùn)行工況排汽溫度()33  60  65  68

25、60; 70  75  排汽壓力 (Mpa) 0.0059 0.0199 0.0250 0.0290 0.0312 0.0386  凝汽器真空(Mpa) -0.095 -0.081 -0.076 -0.073 -0.07 -0.063  蒸汽焓值 (KJKg)  2422 2538 2563 2580 2590 2610     蒸汽焓降 (KJKg) 883 767 742 725 715 695  減少作功比例   13.1% 16.0% 17.9% 19.0% 21.3%  然而低真空運(yùn)行所減少的功率卻并非是損失，而是在利用全部排汽凝結(jié)熱來加熱熱網(wǎng)供水，作為其中一部分被重新利用了，從而使理想循環(huán)效率由0.375提高到1。所以就整個(gè)循環(huán)而言，沒有因?yàn)榈驼婵者\(yùn)行而帶來任何損失，汽輪機(jī)功率的減少，不過是降低了設(shè)備容量的利用率，從而提高了