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摘 要：随着我国电力建设的飞速发展和环保问题日益突出的矛盾不断加剧，PM2.5等严重制约了火力发电机组的发展，对于供热机组，如何利用有限的装机容量，在冬季等用热高峰期实现最大供热，以摆脱“以电定热”的尴尬，是本文研究的主要方向，本文将对现有机组的背压改造方法进行讨论分析。
关键词：三缸三排汽 背压改造 难点分析
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0093-02
近期，国家各类能源发展势头迅猛，以水电、核电、风电、光伏为主力的新能源机组，以燃气为代表的调峰供热机组及LNG分布式多联供等智慧能源也迎来一个发展期，还有占全国装机容量50%以上的火力发电机组。目前国内电力市场面临的主要矛盾是各类装机容量过大和因经济增速放缓导致的用电量的急剧下降，那么节能减排和环保改造将是今后很长一段时间火力发电机组生存、发展的必由之路。本文将就华电富拉尔基发电厂6台200MW供热机组的背压改造进行深度剖析，分析论证供热机组在节能减排方面的背压改造的难点及方法，并提出可行性的措施及办法。
1 项目简介
华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂位于富拉尔基区新电街1号，距富拉尔基城区中心8.5km，总装机容量1200MW，分為二期建设，一期3台200MW机组，二期扩建3台200MW机组，共6台200MW凝汽式机组。汽轮机均为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司20世纪80年代产品，汽轮机为冲动式三缸三排汽凝汽式汽轮机，分别于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投产发电。
经华电能源有限公司总部及齐齐哈尔市富拉尔基区政府批准，富发电厂已在2016年完成对厂内#4、#5、#6机组的供热改造（其中#4机组光轴抽汽改造，#5、#6机组打孔抽汽改造）。该项目投产后富发电厂将与富热电厂组成双热源联合对富拉尔基区供热，富发电厂承担富拉尔基区供热面积约200万m2，并为富热电厂提供400万m2热负荷的备用热源。此项目名为华电能源股份公司富拉尔基发电厂供热改造工程（以下简称富拉尔基区供热工程）。
2 背压改造的必要性
随着我国环境问题日益严峻，发电装机结构调整，特别是《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求，“到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310g/kWh”。富发电厂要想求生存求发展必须进行热电联产改造。
富拉尔基发电厂机组改造成高背压供热后，中压排汽全部用于供热，增大了供热供汽量，减少了机组冷源损失，提高了机组循环热效率。不仅能增加直供热力的市场销售收入，还可提高供热单机的利用小时数，同时降低单机发电煤耗和生产成本，提高电厂的运行指标和经济效益。节能减排是落实我国资源节约和环境保护基本国策的重要途径，是落实科学发展观的重要标志。为了有效地节约能源、保护环境、缓解电力紧张，中央和地方将均采取一系列政策，积极鼓励和支持发展热电联产，集中供热。本项目属于热电联产供热，是国家提倡的，符合国家节能减排环保政策的需要。
3 背压改造技术方案论证
富拉尔基发电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N200-12.75/535/535型超高压一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机。
3.1 汽轮机改造原则
汽轮机供热改造遵循以下原则：
（1）汽轮机组现有的高、中通流不变。
（2）汽轮机进汽参数不变。
（3）汽轮机高、中、低压缸安装尺寸及对外接口尺寸不变。
（4）汽轮机中压主汽门、调门不动，前、中、后轴承座与基础接口不变，转子与发电机及主油泵的联接方式不变，与盘车装置连接方式及位置不变。
（5）汽轮机轴封系统，主汽系统、再热系统、额定转速、旋转方向不变[1]。
3.2 汽轮机改造方案分析
汽轮发电机组在供热期采用高背压供热改造方案，将#1低压缸进汽采用密封堵板进行封堵，#2、#3低压缸不进汽，#1、#2、#3低压缸全部解列（中压缸排汽全部去热网加热器）方式，对原机组进行相关改造，可减少对原机组辅助系统改造，改造后机组供热能力大，运行安全可靠，改造投资回收周期短。
（1）取消#1、#2、#3低压缸3×5级通流，去掉低压全部隔板和纯凝低压转子。
（2）新设计中转子取消原低压部分的5级叶轮叶片，采用等径配重套筒替代原有5级叶轮。取消#1低压缸中的隔板套及隔板，新设计三级密封堵板，防止中压排汽进入#1低压排汽缸。#2、#3低压缸重新设计一根低压光轴转子，只起到将中压转子和发电机转子连接传递扭矩的作用。为保证新旧转子的互换，新中压转子、新低压光轴转子仍采用套装结构，其重量、扬度和临界转速与原转子基本相同。新设计中压转子及低压光轴转子前后轴径仍采用原机组轴径尺寸，在转子互换时，无需更换原中压和低压支持轴承[2]。
（3）冬季供热运行时，取消原中-低压联通管，中压排汽通过中压缸上部两个排汽口及下部两个抽汽口全部进入供热抽汽管道进行供汽，在供汽管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。
（4）供热回水温度为110℃左右，回水直接进到#3低加凝结水管道前。
4 背压改造难点分析
（1）中压缸与#1低压缸为合缸结构，在冬季供热运行时，中压缸内中压通流部分维持原结构，中压缸内#1低压通流部分去掉原来的5级低压叶轮叶片及全部低压隔板，重新设计三级密封堵板安装在#1低压缸槽挡位置。阻止中压排汽进入#1低压排汽缸，防止#1低压缸超温。
（2）新设计中压转子保留原中压部分通流，低压部分为无叶片光轴转子，用新设计的5级配重套筒代替原5级叶轮叶片，中压转子仍采用套装结构，以保证新设计中压转子尽量与原纯凝转子扬度及临界转速相近。 （3）冬季供热运行时取消#2、#3低压全部通流，去掉低压全部隔板和低压转子，汽轮机组的基础、汽缸等不动，通流部分改造后夏季仍可恢复原纯凝运行。
（4）重新设计制造一根无叶片的低压光轴转子代替原低压转子，将中压转子和发电机转子连接起来，起到传递扭矩的作用。为保证新旧转子互换性，新设计低压光轴转子仍采用套装结构，以保证新设计低压光轴转子尽量与原纯凝转子扬度及临界转速相近。
（5）将原中低压联通管拆除，由中压缸上部两根DN900管道连接到一根DN1400的供汽管道，在供汽管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。同时利用原中压缸下部两侧分布的抽汽孔合并引出并汇到一根DN900的供汽管道上，在该管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。所有中压缸排汽由一根DN1400和一根DN900管道对外供汽。
5 背压改造技术措施及改造效果
5.1 中压缸部分
新设计中压转子保留原中压部分通流，低压部分转子为无叶片光轴转子，只起到传递扭矩的作用。新设计中压转子的低压5级叶轮由配重套筒代替，仍采用套装结构，这样能够保证套筒重量及位置与原叶轮基本相同，使得改造后的转子重量、扬度和临界转速与原低压转子接近。主轴轴径处尺寸与原中压转子轴径尺寸相同，转子动平衡槽及配重块安装位置维持原有结构位置。在转子互换时无需更换原中压支持轴承。
5.2 低压缸部分
为保证新旧转子的互换性，新设计光轴转子主轴尺寸与原机组低压转子主轴尺寸相同，都是整体锻造结构。新设计配重套筒来代替原低压转子正反5级叶轮及叶片，保证套筒重量及位置与原叶轮基本相同，这样使新设计低压光轴转子重量、扬度和临界转速与原低压转子接近，转子动平衡槽及配重块安装位置维持原有结构位置。主轴轴径处尺寸与原低压转子轴径尺寸相同，在转子互换时无需更换原低压支持轴承。
5.3 回热系统及导气管
全部低压缸通流取消，#1、#2低压加热器无回热蒸汽进入，汽侧停运，只作为凝结水回路，供热首站的回水直接进到#3低加前的凝结水管道。新供汽封加热器的冷却水可直接用常温化学补水。将原中低压联通管拆除，由中压缸上部两根DN900管道连接到一根DN1400的供汽管道，在供汽管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。同时就在中压缸下部两侧分别有一个DN300的抽气孔，将这两个孔扩到DN500，由两根DN500引出并汇到一根DN900的供汽管道上，在该管道上设置调节阀、安全阀、逆止阀等。所有中压缸背压排汽由一根DN1400和一根DN900管道对外供汽。
5.4 改造效果
经汽轮机背压改造后，机组的发电指标与纯凝机组及抽汽供热相比较得到了大幅改善，其发电热耗大幅降低，最大抽汽工况与纯凝工况比，可使发电煤耗下降约115g/kWh。
6 结语
本文主要就华电富拉尔基发电厂高背压改造中的难点进行了分析論证，从中压缸、低压缸、转子、导汽管、回热系统等方面提出相应改进措施，以满足经济发展的需要。
参考资料
[1] 哈尔滨汽轮机厂N200-130/535/535汽轮机运行规程[Z].
[2] 邵建明，陈鹏帅，周勇.300MW湿冷汽轮机双转子互换高背压供热改造应用[J].能源研究与信息，2014（2）：100-103.
关键词：三缸三排汽 背压改造 难点分析
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0093-02
近期，国家各类能源发展势头迅猛，以水电、核电、风电、光伏为主力的新能源机组，以燃气为代表的调峰供热机组及LNG分布式多联供等智慧能源也迎来一个发展期，还有占全国装机容量50%以上的火力发电机组。目前国内电力市场面临的主要矛盾是各类装机容量过大和因经济增速放缓导致的用电量的急剧下降，那么节能减排和环保改造将是今后很长一段时间火力发电机组生存、发展的必由之路。本文将就华电富拉尔基发电厂6台200MW供热机组的背压改造进行深度剖析，分析论证供热机组在节能减排方面的背压改造的难点及方法，并提出可行性的措施及办法。
1 项目简介
华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂位于富拉尔基区新电街1号，距富拉尔基城区中心8.5km，总装机容量1200MW，分為二期建设，一期3台200MW机组，二期扩建3台200MW机组，共6台200MW凝汽式机组。汽轮机均为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司20世纪80年代产品，汽轮机为冲动式三缸三排汽凝汽式汽轮机，分别于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投产发电。
经华电能源有限公司总部及齐齐哈尔市富拉尔基区政府批准，富发电厂已在2016年完成对厂内#4、#5、#6机组的供热改造（其中#4机组光轴抽汽改造，#5、#6机组打孔抽汽改造）。该项目投产后富发电厂将与富热电厂组成双热源联合对富拉尔基区供热，富发电厂承担富拉尔基区供热面积约200万m2，并为富热电厂提供400万m2热负荷的备用热源。此项目名为华电能源股份公司富拉尔基发电厂供热改造工程（以下简称富拉尔基区供热工程）。
2 背压改造的必要性
随着我国环境问题日益严峻，发电装机结构调整，特别是《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求，“到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310g/kWh”。富发电厂要想求生存求发展必须进行热电联产改造。
富拉尔基发电厂机组改造成高背压供热后，中压排汽全部用于供热，增大了供热供汽量，减少了机组冷源损失，提高了机组循环热效率。不仅能增加直供热力的市场销售收入，还可提高供热单机的利用小时数，同时降低单机发电煤耗和生产成本，提高电厂的运行指标和经济效益。节能减排是落实我国资源节约和环境保护基本国策的重要途径，是落实科学发展观的重要标志。为了有效地节约能源、保护环境、缓解电力紧张，中央和地方将均采取一系列政策，积极鼓励和支持发展热电联产，集中供热。本项目属于热电联产供热，是国家提倡的，符合国家节能减排环保政策的需要。
3 背压改造技术方案论证
富拉尔基发电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N200-12.75/535/535型超高压一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机。
3.1 汽轮机改造原则
汽轮机供热改造遵循以下原则：
（1）汽轮机组现有的高、中通流不变。
（2）汽轮机进汽参数不变。
（3）汽轮机高、中、低压缸安装尺寸及对外接口尺寸不变。
（4）汽轮机中压主汽门、调门不动，前、中、后轴承座与基础接口不变，转子与发电机及主油泵的联接方式不变，与盘车装置连接方式及位置不变。
（5）汽轮机轴封系统，主汽系统、再热系统、额定转速、旋转方向不变[1]。
3.2 汽轮机改造方案分析
汽轮发电机组在供热期采用高背压供热改造方案，将#1低压缸进汽采用密封堵板进行封堵，#2、#3低压缸不进汽，#1、#2、#3低压缸全部解列（中压缸排汽全部去热网加热器）方式，对原机组进行相关改造，可减少对原机组辅助系统改造，改造后机组供热能力大，运行安全可靠，改造投资回收周期短。
（1）取消#1、#2、#3低压缸3×5级通流，去掉低压全部隔板和纯凝低压转子。
（2）新设计中转子取消原低压部分的5级叶轮叶片，采用等径配重套筒替代原有5级叶轮。取消#1低压缸中的隔板套及隔板，新设计三级密封堵板，防止中压排汽进入#1低压排汽缸。#2、#3低压缸重新设计一根低压光轴转子，只起到将中压转子和发电机转子连接传递扭矩的作用。为保证新旧转子的互换，新中压转子、新低压光轴转子仍采用套装结构，其重量、扬度和临界转速与原转子基本相同。新设计中压转子及低压光轴转子前后轴径仍采用原机组轴径尺寸，在转子互换时，无需更换原中压和低压支持轴承[2]。
（3）冬季供热运行时，取消原中-低压联通管，中压排汽通过中压缸上部两个排汽口及下部两个抽汽口全部进入供热抽汽管道进行供汽，在供汽管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。
（4）供热回水温度为110℃左右，回水直接进到#3低加凝结水管道前。
4 背压改造难点分析
（1）中压缸与#1低压缸为合缸结构，在冬季供热运行时，中压缸内中压通流部分维持原结构，中压缸内#1低压通流部分去掉原来的5级低压叶轮叶片及全部低压隔板，重新设计三级密封堵板安装在#1低压缸槽挡位置。阻止中压排汽进入#1低压排汽缸，防止#1低压缸超温。
（2）新设计中压转子保留原中压部分通流，低压部分为无叶片光轴转子，用新设计的5级配重套筒代替原5级叶轮叶片，中压转子仍采用套装结构，以保证新设计中压转子尽量与原纯凝转子扬度及临界转速相近。 （3）冬季供热运行时取消#2、#3低压全部通流，去掉低压全部隔板和低压转子，汽轮机组的基础、汽缸等不动，通流部分改造后夏季仍可恢复原纯凝运行。
（4）重新设计制造一根无叶片的低压光轴转子代替原低压转子，将中压转子和发电机转子连接起来，起到传递扭矩的作用。为保证新旧转子互换性，新设计低压光轴转子仍采用套装结构，以保证新设计低压光轴转子尽量与原纯凝转子扬度及临界转速相近。
（5）将原中低压联通管拆除，由中压缸上部两根DN900管道连接到一根DN1400的供汽管道，在供汽管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。同时利用原中压缸下部两侧分布的抽汽孔合并引出并汇到一根DN900的供汽管道上，在该管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。所有中压缸排汽由一根DN1400和一根DN900管道对外供汽。
5 背压改造技术措施及改造效果
5.1 中压缸部分
新设计中压转子保留原中压部分通流，低压部分转子为无叶片光轴转子，只起到传递扭矩的作用。新设计中压转子的低压5级叶轮由配重套筒代替，仍采用套装结构，这样能够保证套筒重量及位置与原叶轮基本相同，使得改造后的转子重量、扬度和临界转速与原低压转子接近。主轴轴径处尺寸与原中压转子轴径尺寸相同，转子动平衡槽及配重块安装位置维持原有结构位置。在转子互换时无需更换原中压支持轴承。
5.2 低压缸部分
为保证新旧转子的互换性，新设计光轴转子主轴尺寸与原机组低压转子主轴尺寸相同，都是整体锻造结构。新设计配重套筒来代替原低压转子正反5级叶轮及叶片，保证套筒重量及位置与原叶轮基本相同，这样使新设计低压光轴转子重量、扬度和临界转速与原低压转子接近，转子动平衡槽及配重块安装位置维持原有结构位置。主轴轴径处尺寸与原低压转子轴径尺寸相同，在转子互换时无需更换原低压支持轴承。
5.3 回热系统及导气管
全部低压缸通流取消，#1、#2低压加热器无回热蒸汽进入，汽侧停运，只作为凝结水回路，供热首站的回水直接进到#3低加前的凝结水管道。新供汽封加热器的冷却水可直接用常温化学补水。将原中低压联通管拆除，由中压缸上部两根DN900管道连接到一根DN1400的供汽管道，在供汽管道上设置有安全阀、调节阀、逆止阀等。同时就在中压缸下部两侧分别有一个DN300的抽气孔，将这两个孔扩到DN500，由两根DN500引出并汇到一根DN900的供汽管道上，在该管道上设置调节阀、安全阀、逆止阀等。所有中压缸背压排汽由一根DN1400和一根DN900管道对外供汽。
5.4 改造效果
经汽轮机背压改造后，机组的发电指标与纯凝机组及抽汽供热相比较得到了大幅改善，其发电热耗大幅降低，最大抽汽工况与纯凝工况比，可使发电煤耗下降约115g/kWh。
6 结语
本文主要就华电富拉尔基发电厂高背压改造中的难点进行了分析論证，从中压缸、低压缸、转子、导汽管、回热系统等方面提出相应改进措施，以满足经济发展的需要。
参考资料
[1] 哈尔滨汽轮机厂N200-130/535/535汽轮机运行规程[Z].
[2] 邵建明，陈鹏帅，周勇.300MW湿冷汽轮机双转子互换高背压供热改造应用[J].能源研究与信息，2014（2）：100-103.