热电联产机组冷端余热回收技术的应用研究

热电联产机组冷端余热回收技术的应用研究

付盈盈，曲文秀，乔木

中国船舶集团有限公司第七〇三研究所，黑龙江省哈尔滨市 150078

摘要：本文介绍了青岛某热电厂实施的低真空供热改造方案，即双背压双转子换热供热改造方案。也就是说，在加热期，汽轮机采用高背压的低压缸转子，改善了汽轮机的排汽参数，形成高背压，完成循环水加热的目的。在非加热期，更换汽轮机原低压缸转子，凝汽器循环水切换到原循环供水状态，汽轮机恢复原纯冷凝运行。

关键词：余热回收；热泵；

一、工程概况

华电青岛发电有限公司现有4台机组，#1、#2机组原为上海汽轮机厂生产的N300-16.7/538/538型双缸、双排汽、单轴凝汽式汽轮机，分别于1995年12月和1996年10月投产，在2008年和2009年改造为抽汽供热机组，改造后单台机组额定抽汽量为300t/h,

二、方案设计

1技术路线分析

为了尽可能满足一次和二次热网的换热要求，低真空循环供水采用串联两级供热系统。热网的循环水由冷凝器第一次加热，吸收低压缸的排气余热，然后由第一热站的蒸汽加热器第二次加热，产生高温热水，通过第二热交换站送入热水管网与第二热网的循环水进行热交换。高温热水冷却后返回机组冷凝器，形成完整的循环水路。

供热期间，机组在纯凝结工况下所需的冷水塔和循环水泵停运，凝汽器循环水系统切换到供热管网循环泵建立的热水管网循环水回路，形成新的“热水”交换系统。循环水回路切换完成后，进入凝汽器的水流量降至7400-9700t/h，凝汽器背压由5-7kPa升至54kPa，低压缸排气温度由30±4℃升至G3_3cc背压对应的饱和温度。在冷凝器第一次加热之后，加热网络中循环水的回水温度在5occ浴结束时从53℃上升到3℃)，然后被加热网络的循环泵增压并被送到第一加热网络的加热器，以进一步加热加热网络的供水温度，然后将其供应到初级加热网络。

当机组在纯凝结工况下运行时，供热管网的循环泵和加热器退出运行，原循环泵和冷却塔恢复运行，凝汽器背压恢复至57kPa。

2个设计参数

1)高背压加热参数

热水管网用于供暖。冷凝器第一次加热后，热网内循环水回水温度从53°c上升到5o°c，热网内加热器工作蒸汽压力为0.12-0.19MPa，加热用热水温度为105-12o°c。

在加热期间，要求汽轮机在高背压下运行，即汽轮机背压为54KPa，汽轮机排汽温度约为78.7℃..

2)不同的热负荷

热力计算是基于汽轮机对排汽温度的限制，不宜过高。根据热网的实际运行数据，可以得到以下不同热负荷的计算结果:(1)循环水流量为9700t/h，进入冷凝器的温度

53c，离开冷凝器的温度是这么c，而温升是21c..此时需要54kPa低压排汽，约为475t/h..排气温度计算为3.3℃..(2)循环水流量为9200t/h，进入冷凝器的温度为53℃,离开冷凝器的温度为5o℃,温度上升27℃..此时需要54kPa低压排汽，约为455t/h..经计算，排气温度为53.3c。(3)循环水流量为7400t/h，进入冷凝器的温度为53℃,离开冷凝器的温度为5o℃,温度上升27℃..此时需要54kPa低压排汽，约360t/h..排气温度计算为86摄氏度..

经计算，基本能满足7400勺循环水和700t/h的供热需求，需要注意的是，在供热期间，中压排汽和低压排汽的温度不应超温，运行时可通过降低再热温度将中压排汽和低压排汽的温度控制在合理的范围内。

3汽轮机本体改造

用新设计的整体内筒结构代替原来的低压双层内筒。低压前2X5隔膜组装在新设计的低压静叶备用环上，低压后两个隔膜更换为上下半拆卸结构(隔膜压盖采用小直径压盖)。在制热工况下，只更换低压备用环，去掉最后两级低压隔膜，换上具有隔膜槽保护功能的导流板，同时更换新设计的高背压制热转子。在非加热状态下，拆除导流板，安装最后两级低压隔板和带有前五级纯冷凝隔板的低压挡圈，新设计的低压内缸与电厂原有低压转子配合。

1)改造范围

保留原低压外缸，保留原2X7低压转子在纯冷凝条件下，提供一个高背压条件下的2X5低压转子(包括动叶)，一个全新的单层低压内缸(包括隔热板)，一个纯冷凝条件下的低压静叶挡圈(电机端和阀门调节端各一套)，一个高背压条件下的2X7级低压膜片，高背压。低压排气导环(包括高背压运行时保护最后两级挡板槽的导锥板)、内外缸对中装置、流道汽封、汽封系统轴封冷却器及其配套阀门、调节阀、截止阀、管道节流阀、低压缸喷水系统及其它相应的低压部件的改型件等。

用新设计的整体内筒结构代替原来的低压双层内筒。在加热状态下，只更换低压挡圈，去掉最后两级低压隔膜，换上具有隔膜槽保护功能的导向板，同时换上新设计的高背压加热转子。在非加热状态下，拆除导流板，安装最后两级低压隔板和前五级纯冷凝隔板的低压备用环。新设计的低压内缸与电厂原有低压转子配合使用。

2)改造方案

对于加热期和非加热期使用的转子，两个转子的相同零件可以使用相同的加工程序、机床和工具，以保证转子的良好互换性。由于方案中保留了原低压外缸和原低压转子，因此在纯冷凝和高背压工况之间，低压定子环和低压转子之间的径向和轴向流动位置得到了调整。两套定子环和低压隔膜完全可以根据两个转子的结构来设计，环与内筒之间的配合零件可以达到很好的互换性。该方案中，低压内缸已经完全设计好，采用单层整体形式，比以前的双层缸刚性更高，拆装方便(原机组为低压双层缸，拆装比较麻烦)，可以减少更换双背压转子时的维护时间。同时，在低压内筒的分型面上安装弹性密封条，增强低压内筒的密封性能。对于低压进汽和排汽部分，导流环的外形进行了优化，以尽可能提高流量效率。第一次更换整个低压内缸时，需要切断低压部分的再生抽汽管道。安装后，以后每次更换高背压转子和挡圈时，低压内缸的下半部分不需要抬起或切断。最后两级低压隔板换成上下两半可独立升降，便于高背压改造时现场升降和拆卸。最后两级隔膜密封采用小直径汽封，减少了纯冷凝运行时的环形漏汽，有利于提高运行效率。

4冷凝器改造

1)更换端管板。原凝汽器端管板承压能力按0.25MPa设计压力考虑，供暖期热网回水压力为0.5 MPa，...，0.6 MPa，远高于原凝汽器水侧的设计压力。端部管板会变形并损坏冷却水管束。

2)水室改造更新。改造要求凝汽器水室和循环水管道在加热期间耐压，水室需改造成弧形加强水室，管道加装或更换膨胀节；新冷凝器的水室采用橡胶衬里防腐处理，其耐热温度要求在120℃以上..

3)凝汽器喉部膨胀节适用温度在10℃以上，膨胀量也在15毫米以上。该条件满足冷凝器加热的操作条件。考虑到凝汽器已运行16年以上，喉部膨胀节存在泄漏等缺陷，可在凝汽器改造中检查消除。

4)为保证机组和凝汽器在加热期间的稳定运行，排汽压力为54kpa，运行时循环水流量至少控制在8000t/h。当流量低于此值时，机组应采用减负荷运行方式。

5)充分考虑水锤对凝汽器的影响。将凝汽器水侧的设计压力提高到1.0兆帕..考虑的凝汽器危险部位有:水室、管板、进出循环水管。用加强型弧形水室代替凝汽器水室；更换加厚的管板；更换承压能力较高的循环水管膨胀节等措施，可以保证凝汽器在热网水锤等极端条件下安全可靠运行。

6)保留原有的凝汽器循环水反冲洗装置，更换水室后保留反冲洗装置的安装位置，在新的水室上恢复反冲洗装置，更换损坏的部件，以实现其正常使用和功能。

三、节能分析

1)煤耗分析

当热网循环水流量达到11476 t/h时，机组背压为54.95kPa，接近设计背压54kPa，高背压机组纯凝出力达到230.4MW，达到设计出力229.7MW，机组供热能力为460.2MW。

通过测试，测试热耗率在3685.8千焦/千瓦时至3762.8千焦/千瓦时之间，修正热耗率在3654.4千焦/千瓦时至3738.2千焦/千瓦时之间，平均热耗率为3706.6千焦/千瓦时，机组热效率在96.3%至98.5%之间

2)减排分析

项目实施后，供热面积将增加400万平方米，每年至少节约6.5万吨标准煤。它每年可为城市地区增加123万吉焦的供热，取代大量的城市小型供热锅炉，并根据小型锅炉供热煤耗

65克/吉焦，大型机组集中供热煤耗42克/吉焦，每年可节约标准煤约2.8万吨。综上所述，每年可节约标准煤9.3万吨，相当于23.86万吨CO2、1535吨NOx、1452吨502吨和1861吨粉尘，具有显著的环境和社会效益。

参考文献：

[1]李勇， 张卫会， 曹丽华，等 汽轮机低真空供热时轴向推力的变化特性[J ].

汽轮机技术， 45 (5) : 279-281.

[2]乔钰淇．回收热电厂冷源损失用千区域供热的规划技术研究[DJ. 哈尔滨工业大学， 2013.

[3]茹毅 吸收式热泵技术在工业余热回收利用中的应用研究[DJ. 太原理工大学，

2012.