付懷仁　李玉靜　宋春節(jié)

摘要：純凝或抽凝機組通過低真空循環(huán)水供熱改造，能極大地挖掘機組的供熱潛力。文章結(jié)合低真空循環(huán)水供熱改造技術(shù)的實例，闡述了其供熱改造原理，分別對工程實施的設(shè)計、實施和運行管理過程中存在的重點問題以及解決方法等進行了分析，為低真空循環(huán)水供熱改造工程的管理實施提供了參考。

關(guān)鍵詞：低真空；循環(huán)水；供熱改造工程；管理重點；供熱潛力；抽凝機組 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）25-0028-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.013

伴隨經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市化建設(shè)的逐漸擴大，熱電廠已不能滿足日益增大的供熱需求，加之煤價、水費及運費的上漲，要挖掘現(xiàn)有熱電廠的供熱潛力，就需要進行節(jié)能改造，而低真空循環(huán)水供熱技術(shù)則非常成功地解決了這一問題。汽輪機低真空循環(huán)水供熱技術(shù)在理論上能達到很高的能效，國內(nèi)外已有很多研究成果和成功的經(jīng)驗。

從目前熱電聯(lián)產(chǎn)機組的供熱型式分析，50MW以下的機組一般為背壓式或可調(diào)抽汽供熱，大于等于100MW的機組幾乎都是抽凝式供熱型式的。在供熱運行工況下，兩種機組的運行經(jīng)濟性相差很大。根據(jù)華能煙臺電廠150MW機組低真空循環(huán)水供熱改造經(jīng)驗，在冬季采暖供熱工況下，其發(fā)電煤耗率可達到150g/kW·h以下，而同容量抽凝供熱機組最好水平也在240g/kW·h以上。早在20世紀80年代，沈陽發(fā)電廠和長春發(fā)電廠等企業(yè)就已經(jīng)開始進行低真空循環(huán)水供熱技術(shù)的嘗試。汽輪機低真空循環(huán)水供熱技術(shù)于2013年在中電投東北電力有限機組上實施，改造后經(jīng)過一個供暖期運行，機組運行穩(wěn)定，供暖品質(zhì)得到有效提高和改善，供熱能力增加，節(jié)能收益明顯。

1 低真空循環(huán)水供熱改造原理

低真空循環(huán)水供熱技術(shù)是將凝汽器中乏汽的壓力提高，降低凝汽器的真空度，提高冷卻水溫，將凝汽器改為供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)加熱器，冷卻水直接用作熱網(wǎng)循環(huán)水，充分利用凝汽式機組排汽的汽化潛熱加熱循環(huán)水，將冷源損失降低為零，進而使機組的循環(huán)熱效率得到提高，采用該方法供熱是在不增加機組發(fā)電容量的前提下，減小了供熱抽汽量，增大了供熱面積，而且其施工周期短、經(jīng)濟效益顯著。

技術(shù)改造主要對汽輪機低壓缸轉(zhuǎn)子、小汽輪機本體、凝汽器、凝結(jié)水精處理、加熱器、加藥系統(tǒng)等系統(tǒng)和設(shè)備進行一系列改造，滿足機組提高真空度后運行的需要。在采暖期，采用高背壓運行的方式，將機組低壓缸轉(zhuǎn)子更換為供熱轉(zhuǎn)子，并增設(shè)熱網(wǎng)循環(huán)水管道切換系統(tǒng)。采暖期全廠熱網(wǎng)循環(huán)水合并后、共同作為機組排汽冷卻水，進入由凝汽器改造成的低溫熱源加熱器（原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)切除），由改造機組的低壓缸排汽作為基本加熱手段，再由臨機的中排抽汽進行尖峰加熱，使水溫達到外網(wǎng)供暖要求后對外供出。非供暖期將汽輪機低壓轉(zhuǎn)子及相應部件更換為純凝轉(zhuǎn)子，使汽輪機在原設(shè)計背壓下運行。低真空循環(huán)水技術(shù)的原理示意圖如圖1所示：

2 技術(shù)管理重點

低真空供熱改造涉及汽輪機本體改造、凝汽器改造、管網(wǎng)校核等方面，基本都是在原設(shè)備上進行改造和更換，因此還要針對改造機組的實際情況進行考慮，解決改造中的技術(shù)難點和問題。通常在改造中要考慮如下問題：

2.1 供暖與非供暖期機組運行經(jīng)濟性問題

在我國東北地區(qū)，一年的供暖期為4～6個月，非供暖期為6～8個月，由于需要在供暖期降低機組的真空度來提高背壓，以滿足循環(huán)水供熱的要求；而非供暖期排汽背壓須回到正常值4.9kPa，如果采用純凝轉(zhuǎn)子，則提高背壓后低壓缸部分葉片強度不夠，葉片易發(fā)生斷裂。如在原轉(zhuǎn)子上進行改造，則非供暖期運行時間長，改造后低壓缸效率低，做功能力差，熱耗升高，供暖期節(jié)能收益會被非供暖期熱耗的升高抵消掉。針對這一問題，在改造中提出了雙轉(zhuǎn)子互換方案，即低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換，現(xiàn)轉(zhuǎn)子不變，用于非供暖期運行，對低壓缸通流進行重新設(shè)計，增加一套轉(zhuǎn)子和隔板用于供暖期使用。

所謂低壓缸雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換，就是供暖期間使用動靜葉片級數(shù)相對少的低壓轉(zhuǎn)子，非采暖期使用原設(shè)計配備的轉(zhuǎn)子，采暖期凝汽器高背壓運行，非采暖期低背壓運行。135MW等級機組，原低壓轉(zhuǎn)子為2×6級，在進入采暖期前更換為去掉末級、次末級動葉和隔板的2×4級轉(zhuǎn)子，排汽背壓提升至35kPa，對應排汽溫度限制在最高73℃，進行循環(huán)水供熱。當采暖供熱結(jié)束后，再將原2×6級動葉的原轉(zhuǎn)子和末級、次末級隔板恢復，恢復機組原設(shè)計狀態(tài)。

2.2 雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換對輪互換性問題

在冬季供暖期使用新的低壓轉(zhuǎn)子，非供熱期使用原有舊轉(zhuǎn)子，必須保證新、舊轉(zhuǎn)子的完全互換性以滿足軸系對轉(zhuǎn)子的聯(lián)接要求的一致性，故如何保證聯(lián)軸器銷孔的一致性成為了主要的問題。常規(guī)汽輪機聯(lián)軸器安裝時，轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場需要同時鉸孔，然后配準螺銷，如果更換轉(zhuǎn)子，一般需要重新鉸孔。

低真空供熱改造后低壓前2×4壓力級溫度升高不多，溫度場與原設(shè)計變化不大，因此新設(shè)計的整段轉(zhuǎn)子揚度與舊轉(zhuǎn)子基本一致；原機組低壓前后軸承采用落地軸承箱，排汽溫度升高對軸系標高影響較小，軸系安裝數(shù)據(jù)可維持改造前設(shè)計不變，因此重復鉸孔的必要性不大。

實施低真空供熱改造后，每年需要更換轉(zhuǎn)子兩次，在如此頻繁更換轉(zhuǎn)子的情況下，可通過以下兩種技術(shù)手段保證更換轉(zhuǎn)子后不再進行重新鉸孔：

第一種方式為采用液壓膨脹連軸器螺栓，此措施主要依靠連軸器銷孔的定位和鏜孔精度保證，錐套與連軸器銷孔的間隙要求在0.03mm以內(nèi)，即提高加工精度、降低安裝要求。

第二種方式為在高中壓轉(zhuǎn)子后對輪及發(fā)電機轉(zhuǎn)子波紋管前對輪銷孔內(nèi)增加套圈，對不同的低壓轉(zhuǎn)子更換不同的套圈，這樣可以只進行兩次鉸孔工作，具體方案及加工步驟如下：

第一，將高中壓轉(zhuǎn)子及發(fā)電機轉(zhuǎn)子波紋管返回制造廠，將銷孔擴大，并按擴孔直徑配準兩種規(guī)格套圈。兩種套圈與聯(lián)軸器上銷孔為過渡配合，并分別鉆鉸騎縫銷定位，如圖2所示。圖中銷釘為內(nèi)螺紋圓柱銷，銷孔實線表示第一個套圈與聯(lián)軸器定位位置。虛線為第二個套圈與聯(lián)軸器定位位置。

第二，兩種套圈配準后，在與舊轉(zhuǎn)子同鉆鉸后，配準聯(lián)軸器螺栓。

第三，更換低壓轉(zhuǎn)子時，只需將套圈取出，安裝第二個套圈，并按虛線位置打入銷釘將套圈定位，套圈內(nèi)孔與新的低壓轉(zhuǎn)子同鉆鉸，并配準新的聯(lián)軸器螺栓。

采取以上措施后，兩個低壓轉(zhuǎn)子對應不同的聯(lián)軸器螺栓及套圈，更換轉(zhuǎn)子時更換相應的套圈及螺栓，可避免重復鉸孔。

2.3 改造后凝汽器強度問題

經(jīng)過低真空供熱改造后，排汽壓力和溫度都升高，凝汽器殼體和不銹鋼管的膨脹量的變化均較大，且管束內(nèi)的循環(huán)水壓力和溫度得到比較大的提高，對凝汽器管束的脹口強度和運行壽命等的影響較大，對于雙背壓改造的凝汽器應滿足低真空工況下運行安全，純凝工況下經(jīng)濟性好，因此需對凝汽器進行徹底改造，管束及布置根據(jù)高背壓改造情況進行針對性設(shè)計，以滿足采暖和純凝工況下的長期運行。

改造中考慮其他內(nèi)容包括：

第一，低真空供熱運行時凝汽器溫度升高，防腐設(shè)計采取電化學防腐方法如陰極保護，不宜繼續(xù)使用環(huán)氧樹脂防腐手段。

第二，低真空供熱運行時循環(huán)水溫度升高，一般藥劑很難滿足高水溫的要求，造成凝汽器結(jié)垢、腐蝕嚴重，需要選擇合適的緩蝕阻垢劑。

第三，熱網(wǎng)循環(huán)泵、補水泵及熱網(wǎng)加熱器校核。

第四，增加回水溫度、循環(huán)水量等監(jiān)控內(nèi)容的控制邏輯。

2.4 改造后熱網(wǎng)問題

低真空循環(huán)水供熱改造一般都是在原有熱網(wǎng)的基礎(chǔ)上進行改造，因熱網(wǎng)循環(huán)水需要通過管道和閥門引入凝汽器，根據(jù)現(xiàn)場位置條件，有些改造空間狹窄，管路敷設(shè)困難，會增加管道阻力，因此改造要充分考慮管網(wǎng)阻力、舊管網(wǎng)的承壓能力和通流能力，必須一并進行改造。

2.5 改造后凝結(jié)水的精處理問題

純凝和抽凝機組凝結(jié)水的精處理系統(tǒng)樹脂設(shè)計溫度一般不高于70℃，而為了提高供熱經(jīng)濟性，經(jīng)過低真空循環(huán)水供熱改造后，若背壓提高超過35kPa，那么凝結(jié)水溫度就會超過70℃，常規(guī)的樹脂就會失效，無法完成精處理，改造后如何解決這一問題，是提高汽輪機背壓的限制條件之一。要解決這個問題有兩個途徑：一是加裝換熱器與補水或熱網(wǎng)循環(huán)水進行熱交換，從而降低凝結(jié)水溫度；二是對精處理進行改造，采用高溫樹脂運行。華電青島電廠重新加裝了一套精處理系統(tǒng)，樹脂為耐高溫樹脂，其改造方案為：在機組采用背壓方式運行（即回水溫度達到80℃～85℃）時，采用國產(chǎn)中壓樹脂；在機組采用凝汽抽汽方式運行（即凝水溫度低于50℃）時，采用原有凝結(jié)水精處理進口樹脂。

3 實施管理重點

3.1 設(shè)計階段要考慮充分

低真空循環(huán)水供熱改造技術(shù)的核心在于汽輪機本體的改造，因此在設(shè)計階段就要給予高度重視，在設(shè)計階段確定合理的汽輪機能耗、效率尤為重要。要綜合機組實際運行特點、原機組設(shè)計和循環(huán)水各項參數(shù)等，在各方面充分考慮后，確定設(shè)計邊界條件，這樣才能使改造后的實際運行滿足要求。

凝汽器作為最重要的輔機之一，在設(shè)計中要充分考濾冷卻面積、運行阻力、供回水壓力和冷卻倍率等條件，還有運行中因為排汽溫度變化引起的膨脹變化，凝汽器因為出入口壓力變化對凝汽器運行中載荷的影響以及膨脹對低壓缸排汽室標高和振動的影響等因素。在大連泰山熱電公司改造后，發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)循環(huán)水入口側(cè)凝汽器整體抬高，導致凝汽器傾斜，抬高幅度最大為5mm。經(jīng)過現(xiàn)場查找原因，對這一現(xiàn)象進行分析后，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計時對熱網(wǎng)循環(huán)水在0.5MPa壓力下進入凝汽器，凝汽器產(chǎn)生反作用力沒有進行考慮，造成運行中將凝汽器抬起的現(xiàn)象，通過現(xiàn)場更換膨脹節(jié)進行壓力補償而使問題得到解決。這說明設(shè)計尤為重要，只有在設(shè)計階段對各方面進行綜合考慮，在運行中才不會出現(xiàn)類似的問題。

在設(shè)計時對地下管線布置要了解詳細、準確，對原有管線處理要考慮周到，哪些管線可以移位，對無法移位過渡的要制定妥善的措施，防止施工時臨時處理，影響施工進度，甚至影響機組正常運行。

3.2 加工階段做好現(xiàn)場技術(shù)把關(guān)

從改造部件的材質(zhì)、成分、物理檢驗到最后的尺寸校核，各個環(huán)節(jié)都要有技術(shù)人員跟蹤，各道工序履行簽點驗收，在此期間業(yè)主方要安排技術(shù)人員到場跟蹤監(jiān)造，隨時掌握質(zhì)量和進度，也及時提出新的改造意見和要求，隨時處理加工制造中存在的問題。在大連泰山熱電供熱改造過程中就發(fā)生了末級葉輪車削錯誤，現(xiàn)場技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)。如果按照原設(shè)計要求，整個葉輪就將報廢，重新鑄造，那樣會嚴重影響工期，影響整個改造順延，將會影響大連地區(qū)供熱。經(jīng)過計算和校核，不影響葉輪強度，采取了補救措施，順利解決了問題。

在大連泰山熱電有限公司低真空供熱改造中還出現(xiàn)了對輪加工尺寸的偏差問題。改造采取發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接軸及原轉(zhuǎn)子返回制造廠，在制造廠進行對輪實測，然后對新供熱轉(zhuǎn)子進行對輪定位車削的方式進行新轉(zhuǎn)子對輪孔精車，但由于測量、車床誤差和人員操作偏差，造成低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機連接軸對輪孔出現(xiàn)了偏差，在安裝時對輪孔錯位，最后被迫現(xiàn)場絞孔處理，為以后新舊轉(zhuǎn)子互換留下問題。

3.3 做好安裝過程控制

汽輪機本體在安裝過程中，由于是在原有缸體上進行改造，需要重新加工隔板，因此在新隔板安裝時，尤其要重視通流間隙。由于機組在改造前要進行運行，沒有條件進行實地測量，都是按照安裝圖紙進行加工，容易出現(xiàn)安裝尺寸偏差的問題，所以在隔板軸向和徑向尺寸最后精車時，一定要在汽輪機揭缸經(jīng)過實際測量后再進行。在汽封檢修時，要考慮排汽室膨脹，則下部徑向尺寸要大于上部尺寸，避免因膨脹標高升高引起動靜碰磨。

4 運行管理重點

低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)的運行管理是一項長期且艱巨的工作。由于運行管理出現(xiàn)問題，會導致很多問題，從而使供熱受到影響，不能保證熱電機組的安全運行。因此無論在改造中還是在運行管理中，都應充分借鑒他人的經(jīng)驗，吸取他人的教訓，根據(jù)實際供熱情況，實事求是地提出及落實，重點有以下三方面內(nèi)容：

4.1 改造后機組運行

機組經(jīng)過低真空供熱改造后，運行工況與改造前有很大的改變，汽輪機低真空循環(huán)水供熱工程的技術(shù)關(guān)鍵是如何保證機組在低真空下的運行安全。如何讓運行人員熟悉掌握運行操作技術(shù)，是需要重點考慮的問題。

第一，改造設(shè)計單位要給出詳細的運行說明書，掌握汽輪機和熱網(wǎng)的運行方式和運行邊界條件。

第二，要與汽輪機制造廠聯(lián)系，供暖期條件下，各個工況點的主蒸汽流量、溫度、背壓、機組出力、低壓缸效率、機組熱耗值情況，給出如下設(shè)備圖紙及說明書：凝汽器改造總圖，凝汽器改造的啟動、運行說明書，汽輪機改造后的熱平衡圖、熱力特性書、啟動運行說明書，汽輪機改造后的低壓轉(zhuǎn)子總圖、低壓通流圖、改造部分的葉片和隔板圖，凝汽器進出水管道補償器安裝使用說明書等。通過這些資料，修改完善原汽輪機運行規(guī)程，掌握機組啟停操作和事故操作。

第三，進行學習和交流，讓運行人員通過現(xiàn)場學習，掌握運行操作特點，熟悉各個工況參數(shù)，才能在改造后順利啟停和正常運行。

4.2 機組運行中的事故處理

低真空供熱改造后機組要與供熱熱網(wǎng)一起運行，這就增加了突發(fā)事故的可能性，一旦處理不當會造成更大的事故和損失，所以在低真空供熱改造機組上做好事故處理尤為重要。主要有：

第一，充分考慮到各種事故，做好事故處理措施和相關(guān)應急預案，并加強應急演練。

第二，要有完備的監(jiān)測和檢測系統(tǒng)，能夠在事故出現(xiàn)前迅速傳遞和表現(xiàn)出來，使事故有提前預判和處理時間，如熱網(wǎng)突然失水、凝汽器熱交換管破裂、機組真空急劇惡化、機組突然甩負荷等。

4.3 改造后運行的配套和補救措施

第一，機組低真空供熱改造后，凝汽器水質(zhì)和溫度都有很大變化，要重新設(shè)計防止凝汽器結(jié)垢的加藥

系統(tǒng)。

第二，要有防止熱網(wǎng)失水的補水措施。失水量過大主要是由于供熱質(zhì)量不均衡引起熱網(wǎng)泄漏量過大及人為放水。以改善水力平衡為前提，對熱用戶私自放水進行嚴格控制，可采取向熱介質(zhì)中添加藥劑、宣傳教育與懲罰制度相互結(jié)合的辦法，對出現(xiàn)滲漏的管道，進行改造或者更換等。

第三，供熱初末期因為外界熱負荷較小，汽輪機做功后排汽無法全部帶走，會導致凝汽器真空下降，在這個時期運行要求投入凝汽器噴水裝置。首先采取熱網(wǎng)負荷切換的方式解決這個問題，然后再采取降低負荷運行方式，使經(jīng)濟效益最大化。

5 結(jié)語

純凝或抽凝機組通過低真空循環(huán)水供熱改造，極大地挖掘了機組的供熱潛力，在不增加機組建設(shè)規(guī)模的情況下，滿足廣大的市場需求，值得推廣。本文結(jié)合低真空循環(huán)水供熱改造技術(shù)的實例，闡述了其供熱改造原理，通過加強對改造過程的管理和重點問題的把握，會使低真空循環(huán)水供熱改造實施更加順利、運行更加安全可靠、節(jié)能效果更加顯著，同時本文也為低真空循環(huán)水供熱改造工程的管理實施提供了參考。

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作者簡介：付懷仁（1976-），男，中電投東北節(jié)能技術(shù)有限公司工程師，研究方向：火力發(fā)電檢修技術(shù)管理和檢修組織管理。

（責任編輯：蔣建華）