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与纯凝汽式电厂相比，热电联产即提高能源利用率又保护了环境，是发电企业节能减排的一项重要手段。将纯凝汽式汽轮机组改造为供热机组是实现热电联产最为快捷和有效的方法。“十一五”期间我国已经关闭、改造了一批能耗高的小型火电机组，随着节能减排的逐步深入，“十二五”期间300 MW及以上的亚临界、超临界甚至超超临界的纯凝式汽轮机组也逐步面临供热改造。为了适应火力发电厂节能减排的需要，本文介绍几种纯凝汽轮机组供热改造的方法，以供相关人员借鉴。
改造基本原则
改造基本原则是在对经济性影响较小的情况下，应用新技术尽可能保留现有设备，即汽轮发电机组的基础不动，各轴承座及轴承跨距保持不变；高中压外缸及低压外缸不换，各管道接口位置不变；汽轮机与发电机连接方式和位置不变；机组主、再热门及与外缸保持不变；现有进排汽参数基本不变。
凝汽式机组改造为供热机组的方法
·降低排汽真空度法
方法：将纯凝汽机组或抽凝机组改成低真空运行，使用循环水供热。其基本原理是降低凝汽器的真空，提高汽轮机的排汽温度，将凝汽器的循环水直接作为采暖用水为热用户供热，从而实现汽轮机低真空循环水供暖的目的。一般将排汽压力提高到30～40 kPa，凝汽器真空约从95 kPa降至70kPa，同时将冷却水量减少，从而使循环水出口温度由30～35℃提高到65～70 ℃。循环水不再去冷却塔，而是通过热网泵送到各热用户，回水一般为50～55℃。循环水经过散热器冷却后再回到凝汽器吸收乏汽热量，再送入热网连续循环运行。循环水供热实际上用散热器作为冷却塔使用。
分析：
对于降低排汽真空度，使用循环水供热的方法，利用凝结热加热循环水，使循环水代替热网水供热，可以消除冷源损失，方法简单易行，投资小，但是降低真空度提高背压会对机组的功率、安全性和凝汽器产生一定的影响。比如低真空运行时，背压升高，焓降减少，蒸汽做功能力减少，使发电功率减少约10％～20％；同时，由于背压升高排汽温度升高，凝汽器部件的热膨胀量增大，可能会造成管束与管板的膨胀接口因膨胀不同而破坏密封性，甚至使汽轮机后轴承升高，从而影响汽轮机发电机组的对中，以致加大机组振动值。当排汽压力为50 kPa以下时，对整个设备不会产生太大的影响。在热负荷较大的情况下，为保证热网的循环水温度，可以在热网系统设置热网加热器，利用抽汽来加热热网循环水，这样既保证低真空安全运行，又使热网循环水达到供热温度要求。凝汽式机组改为低真空运行时，通常都在冬季低真空下运行，而在其它季节恢复纯凝工况运行。该方法是将凝汽器变为供热的循环水加热器，因此，需要另行设计改造，以满足强度和换热的要求。
·改造为背压式汽轮机
方法：凝汽式汽轮机改造为背压式汽轮机，利用排汽供热，从根本上改变了汽轮机的热力工况，实际上仅仅利用凝汽式汽轮机的现有结构，重新进行热力计算、结构改造设计、强度计算以及调节系统设计等。因此这种改造因机型不同、要求不同，改造方法也不相同。
分析：
将原有的凝汽式汽轮机改造为背压式汽轮机，直接利用排汽供热，省掉了凝汽器，而且完全没有冷源损失，与凝汽式汽轮机相比背压式汽轮机组的能源利用率比抽汽式汽轮机高。但是蒸汽没有完全膨胀发电效率低。同时，当热负荷变化时调整起来不方便，因为背压式汽轮机的特点是以热定电，电负荷随热负荷的变化而变化，所以该方法只适应于热负荷比较稳定的情况。在热负荷不稳定的情况下，不宜进行这种改造。该方法一般用在避免暂时关停的小机组上。
·汽轮机汽缸上直接开孔法
方法：汽缸上开非调整抽汽口，利用抽汽供热。由于凝汽式汽轮机结构布置和轴尺寸的限制，非调整抽汽口一般开在前缸复速级后，多在前缸下部开孔。抽汽口采取对称布置，以便使汽流在汽缸内对称流动。为了减少孔口在圆周方向上的长度，开孔尽可能为椭圆形，开孑L尺寸根据抽汽参数、抽汽量和蒸汽流速计算确定。
分析：
由于非调整抽汽的蒸汽压力随总进汽量变化而变化，因此非调整抽汽要求是抽汽量比较稳定，并且与额定进汽量相适应。当抽汽量大于额定进汽量的25％时，为保证所要求的抽汽参数，还必须考虑对抽汽口后压力级的隔板堵塞一定数量的喷嘴，当然这样会影响到机组的发电功率。抽汽蒸汽流速不宜选取太高，通常保持在30～40 m/s。抽汽量、开孔面积、抽汽流速按照如下公式进行确定：r=cv/c#，其中：F为开孔面积；G为抽汽量；V为抽汽比体积；C为抽汽蒸汽流速； 为阻力系数(一般取0．95)。凝汽式汽轮机开非调整抽汽口是凝汽式机组供热改造的最简单的方式之一。改造方法简单易行，改造费用低，但仅仅适合在热负荷稳定、用汽量不大、抽汽压力较高的场合。由于仅仅使用了抽汽供热，没有利用凝汽器的排气废热，所以依然存在冷源损失，热经济性不高。目前，我国许多凝汽式小机组大都进行这样的改造，效果较好。成功案例是南京汽轮机厂生产的N12-35-1型汽轮机的开孔抽汽供热改造。
结论
通过以上纯凝机组供热改造方法的分析可以看出，将纯凝机组改造为供热机组，利用汽轮机打孔抽汽和压力匹配器联合运行的改造方法，简便易行、适应性较强、投资小、不改动汽机本体、安全可靠，一般半年内即可回收投资。该方法是300 WM及以上机组供热改造值得借鉴的方法。这是一种大型凝汽式机组改造成供热机组的新途径。连通管抽汽供热改造方法改造难度不大，同时适合抽汽量较大的情况，该方法也是300 WM及以上机组供热改造值得参考的方法。
（作者单位：长春房地（集团）有限责任公司房屋供暖总公司）
改造基本原则
改造基本原则是在对经济性影响较小的情况下，应用新技术尽可能保留现有设备，即汽轮发电机组的基础不动，各轴承座及轴承跨距保持不变；高中压外缸及低压外缸不换，各管道接口位置不变；汽轮机与发电机连接方式和位置不变；机组主、再热门及与外缸保持不变；现有进排汽参数基本不变。
凝汽式机组改造为供热机组的方法
·降低排汽真空度法
方法：将纯凝汽机组或抽凝机组改成低真空运行，使用循环水供热。其基本原理是降低凝汽器的真空，提高汽轮机的排汽温度，将凝汽器的循环水直接作为采暖用水为热用户供热，从而实现汽轮机低真空循环水供暖的目的。一般将排汽压力提高到30～40 kPa，凝汽器真空约从95 kPa降至70kPa，同时将冷却水量减少，从而使循环水出口温度由30～35℃提高到65～70 ℃。循环水不再去冷却塔，而是通过热网泵送到各热用户，回水一般为50～55℃。循环水经过散热器冷却后再回到凝汽器吸收乏汽热量，再送入热网连续循环运行。循环水供热实际上用散热器作为冷却塔使用。
分析：
对于降低排汽真空度，使用循环水供热的方法，利用凝结热加热循环水，使循环水代替热网水供热，可以消除冷源损失，方法简单易行，投资小，但是降低真空度提高背压会对机组的功率、安全性和凝汽器产生一定的影响。比如低真空运行时，背压升高，焓降减少，蒸汽做功能力减少，使发电功率减少约10％～20％；同时，由于背压升高排汽温度升高，凝汽器部件的热膨胀量增大，可能会造成管束与管板的膨胀接口因膨胀不同而破坏密封性，甚至使汽轮机后轴承升高，从而影响汽轮机发电机组的对中，以致加大机组振动值。当排汽压力为50 kPa以下时，对整个设备不会产生太大的影响。在热负荷较大的情况下，为保证热网的循环水温度，可以在热网系统设置热网加热器，利用抽汽来加热热网循环水，这样既保证低真空安全运行，又使热网循环水达到供热温度要求。凝汽式机组改为低真空运行时，通常都在冬季低真空下运行，而在其它季节恢复纯凝工况运行。该方法是将凝汽器变为供热的循环水加热器，因此，需要另行设计改造，以满足强度和换热的要求。
·改造为背压式汽轮机
方法：凝汽式汽轮机改造为背压式汽轮机，利用排汽供热，从根本上改变了汽轮机的热力工况，实际上仅仅利用凝汽式汽轮机的现有结构，重新进行热力计算、结构改造设计、强度计算以及调节系统设计等。因此这种改造因机型不同、要求不同，改造方法也不相同。
分析：
将原有的凝汽式汽轮机改造为背压式汽轮机，直接利用排汽供热，省掉了凝汽器，而且完全没有冷源损失，与凝汽式汽轮机相比背压式汽轮机组的能源利用率比抽汽式汽轮机高。但是蒸汽没有完全膨胀发电效率低。同时，当热负荷变化时调整起来不方便，因为背压式汽轮机的特点是以热定电，电负荷随热负荷的变化而变化，所以该方法只适应于热负荷比较稳定的情况。在热负荷不稳定的情况下，不宜进行这种改造。该方法一般用在避免暂时关停的小机组上。
·汽轮机汽缸上直接开孔法
方法：汽缸上开非调整抽汽口，利用抽汽供热。由于凝汽式汽轮机结构布置和轴尺寸的限制，非调整抽汽口一般开在前缸复速级后，多在前缸下部开孔。抽汽口采取对称布置，以便使汽流在汽缸内对称流动。为了减少孔口在圆周方向上的长度，开孔尽可能为椭圆形，开孑L尺寸根据抽汽参数、抽汽量和蒸汽流速计算确定。
分析：
由于非调整抽汽的蒸汽压力随总进汽量变化而变化，因此非调整抽汽要求是抽汽量比较稳定，并且与额定进汽量相适应。当抽汽量大于额定进汽量的25％时，为保证所要求的抽汽参数，还必须考虑对抽汽口后压力级的隔板堵塞一定数量的喷嘴，当然这样会影响到机组的发电功率。抽汽蒸汽流速不宜选取太高，通常保持在30～40 m/s。抽汽量、开孔面积、抽汽流速按照如下公式进行确定：r=cv/c#，其中：F为开孔面积；G为抽汽量；V为抽汽比体积；C为抽汽蒸汽流速； 为阻力系数(一般取0．95)。凝汽式汽轮机开非调整抽汽口是凝汽式机组供热改造的最简单的方式之一。改造方法简单易行，改造费用低，但仅仅适合在热负荷稳定、用汽量不大、抽汽压力较高的场合。由于仅仅使用了抽汽供热，没有利用凝汽器的排气废热，所以依然存在冷源损失，热经济性不高。目前，我国许多凝汽式小机组大都进行这样的改造，效果较好。成功案例是南京汽轮机厂生产的N12-35-1型汽轮机的开孔抽汽供热改造。
结论
通过以上纯凝机组供热改造方法的分析可以看出，将纯凝机组改造为供热机组，利用汽轮机打孔抽汽和压力匹配器联合运行的改造方法，简便易行、适应性较强、投资小、不改动汽机本体、安全可靠，一般半年内即可回收投资。该方法是300 WM及以上机组供热改造值得借鉴的方法。这是一种大型凝汽式机组改造成供热机组的新途径。连通管抽汽供热改造方法改造难度不大，同时适合抽汽量较大的情况，该方法也是300 WM及以上机组供热改造值得参考的方法。
（作者单位：长春房地（集团）有限责任公司房屋供暖总公司）