浅谈低真空循环水供热改造工程管理重点.docx

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浅谈低真空循环水供热改造工程管理重点

浅谈低真空循环水供热改造工程中

的管理重点

1、概述

“节能减排”政策方针是基于我国面临的经济可持续性发展因素、环境因素、国际政治因素而制定,是一项长期坚定不移执行的国策。

《节能减排“十二五”规划》中明确提出，到2015年，我国国内生产总值能耗要下降到0.86吨标准煤，较2005年1.276吨下降达32%，整个“十二五”期间内，需要实现6.7亿吨标准煤，其中火力发电企业需要将供电煤耗由2010年的333g/kwh降低到2015年325g/kwh，减低幅度为8%，同时规划中也明确提出了关于节能减排的十项重点工程，其中能量系统优化和热电联产技术在节能改造中重点提出，对热电联产具体要求为:

在东北、华北、西北地区大城市居民采暖除了有条件采用可再生能源外基本实现集中供热，中小城市因地制宜发展背压式热电或集中供热改造，，提高热电联产在集中供热中的比重，“十二五”期间要形成7500万吨标准煤的节能能力，同时能量系统优化中提到：

加强电力、钢铁、有色金属、合成氨、炼油、乙烯等行业能量梯级利用和能源系统整体优化改造，开展发电机组的通流改造、冷却塔循环水系统优化、冷凝水回收利用等，优化蒸汽、热水等载能介质的管网配置，实施输配电设备节能改造，深入挖掘系统节能潜力，大幅度提升系统能源效率。

伴随经济的快速发展，城市化建设不断扩大，原有的热电厂的供热能力已经不能满足日益增长的供热需求，供热面积的急速增加与热源建设的滞后，形成日益突出的供热供需矛盾，在此情况下，如何挖掘现有纯凝或抽凝机组的供热潜力，在不增加机组建设规模的情况下，满足广大的市场需求，是热力发电厂及相关单位亟待解决的问题，低真空循环水供热技术则非常成功的解决了这一问题。

从目前运行的热电联产机组的供热型式分析，50MW以下机组一般普遍采用可调抽汽或背压方式供热。

100MW及以上机组基本全部采用抽凝式供热型式。

抽凝式供热机组与背压式机组其供热运行工况下的运行经济性相距甚远。

根据华能华能烟台电厂150MW机组低真空循环水供热改造经验，在冬季采暖供热工况下，其发电煤耗率可达到150g/kW.h以下，而同容量抽凝供热机组最好水平也在240g/kW.h以上。

背压式机组或低真空循环水供热机组与抽凝式机组相比，其供热经济性根本的差异就在于：

背压（或低真空循环水供热）机组在供热工况下运行时，其冷源损失全部被利用，而抽凝式机组只有部分抽汽被用于供热，汽轮机排汽份额有所减少，但仍存在较大冷源损失。

低真空循环水供热机组是近年为适应北方采暖供热而出现的改造型机组，大都是由纯凝或抽凝式机组经改造而成。

该供热方式于上世纪80年代最早出现在我国东北地区，而后逐步发展到华北地区。

从20世纪80年代起，东北地区如沈阳发电厂、长春发电厂等供热企业就开始进行低真空循环水供热技术的尝试，机组容量等级涵盖6MW～100MW，机型涉及纯凝、抽凝式，经过低真空供热改造后已运行多年，机组运行情况稳定。

迄今为止，国内在低真空供热改造方面包括汽轮机本体、凝汽器和系统的改造设计及工程实施方面都积累了比较丰富的经验。

目前国产300MW等级机组低真空循环水供热改造的思路和方案，在华电青岛发电有限公司率先取得了成功，该项目实施后开创了新的节能途径，有效的解决了城市集中供热需求量增大与供热能力不足的矛盾，节能效果非常显著。

汽轮机低真空循环水供热技术2103年在中电投东北电力有限公司大连泰山热电有限公司1号（135MW）机组上实施，改造经过一个供暖期运行，机组运行稳定，供暖品质得到提高和改善，供热能力增加，节能收益明显。

2、低真空供热改造原理

低真空循环水供热技术，是将凝汽器中乏汽的压力提高，降低凝汽器的真空度，提高冷却水温，将凝汽器改为供热系统的热网加热器，而冷却水直接用作热网的循环水，充分利用凝汽式机组排汽的汽化潜热加热循环水，将冷源损失降低为零，从而提高机组的循环热效率，采用该方法供热是在不增加机组发电容量的前提下，减小了供热抽汽量，增大了供热面积，又加上其施工周期短、经济效益显著。

低真空循环水供热采用串联式两级加热系统，热网循环水回水首先经过凝汽器进行第一次加热，吸收低压缸排汽余热，然后经过热网首站的热网加热器完成第二次加热，生成高温热水，送至热水管网通过二级换热站与二级热网循环水进行换热，高温热水冷却后再回到机组凝汽器，构成一个完整的循环水路，热网首站加热蒸汽来源为机组采暖抽汽。

技术改造主要对汽轮机低压缸转子、小汽轮机本体、凝汽器、凝结水精处理、加热器、加药系统等系统和设备进行一系列改造，满足机组真空度提高后运行的需要，在采暖期，通过将机组低压缸转子更换为供热转子，采用高背压运行的方式，并增设热网循环水管道切换系统。

采暖期全厂热网循环水合并后、共同作为机组排汽冷却水，进入由凝汽器改造成的低温热源加热器（原循环冷却水系统切除），由改造机组的低压缸排汽作为基本加热手段，再由临机的中排抽汽进行尖峰加热，将水温提升到外网供暖所需后对外供出。

非供暖期将汽轮机低压转子及相应部件更换为纯凝转子，使汽轮机在原设计背压下运行。

低真空循环水技术的原则性示意图如下图所示

3、低真空供热改造技术管理重点

低真空供热改造涉及汽轮机本体改造、凝汽器改造、管网校核等方面，基本都是在原设备上进行改造和更换，因此在改造中还要针对改造机组实际情况进行考虑，解决改造中技术难点和问题，通常在改造中要考虑如下问题：

（一）供暖期与非供暖期机组运行经济性问题

在我国北方和东北地区，一年的供暖期长约4-6个月，非供暖期为6-8个月，因为要求在供暖期降低机组的真空度来提高背压，来满足循环水供热的要求；而非供暖期排汽背压须回到正常值4.9KPa,如果采用纯凝转子则提高背压后低压缸部分叶片强度不够，叶片发生断裂，如在原转子上改造则非供暖期运行时间长，改造后低压缸效率低，做功能力差，热耗升高，供暖期节能收益会被非供暖期热耗升高抵消掉。

针对这一问题，在改造中提出双转子互换方案来解决，低压缸双背压双转子互换：

即现转子不变，用于非供暖期运行；另外对低压缸通流进行重新设计，增加一套转子和隔板用于供暖期使用。

所谓低压缸双背压双转子互换，即：

采暖供热期间使用动静叶片级数相对减少的低压转子，非采暖期使用原设计配备的转子，采暖期凝汽器运行高背压，非采暖期运行低背压。

135MW等级机组，原低压转子为2×6级，在进入采暖期前更换为去掉末级、次末级动叶和隔板的2×4级转子，排汽背压提升至35kPa，对应排汽温度限制在最高73℃，进行循环水供热。

当采暖供热结束后，再将原2×6级动叶的原转子和末级、次末级隔板恢复，恢复机组原设计状态。

（二）双背压双转子互换对轮互换性问题

在冬季供热期使用新低压转子，非供热期使用旧转子，必须保证新、旧转子具备完全互换性以满足轴系对转子的联接要求一致，由此带来主要的问题是如何保证联轴器销孔的一致性。

常规汽轮机联轴器安装时，转子在现场需要同时铰孔，然后配准螺销，如果更换转子，一般需要重新铰孔。

低真空供热改造后低压前2×4压力级温度升高不多，温度场与原设计变化不大，因此新设计的整锻转子扬度与旧转子基本一致；原机组低压前后轴承采用落地轴承箱，排汽温度升高对轴系标高影响较小，轴系安装数据可维持改造前设计不变。

因此重复铰孔的必要性不大。

实施低真空供热改造后，每年需要更换转子二次，在如此频繁更换转子的情况下，可通过以下两种技术手段保证更换转子后不再进行重新铰孔。

第一种方式为采用液压膨胀连轴器螺栓，此措施下主要依靠连轴器销孔的定位和镗孔精度保证，锥套与连轴器销孔的间隙要求在0.03mm以内，即提高加工精度，降低安装要求。

第二种方式为在高中压转子后对轮及发电机转子波纹管前对轮销孔内增加套圈，对不同的低压转子更换不同的套圈，这样可以只进行两次铰孔工作，具体方案及加工步骤如下：

（1）将高中压转子及发电机转子波纹管返制造厂，将销孔扩大，并按扩孔直径配准两种规格套圈。

两种套圈与联轴器上销孔为过渡配合，并分别钻铰骑缝销定位，如图所示。

图中销钉为内螺纹圆柱销，销孔实线表示第一个套圈与联轴器定位位置。

虚线为第二个套圈与联轴器定位位置。

（2）两种套圈配准后，在与旧转子同钻铰后，配准联轴器螺栓。

（3）更换低压转子时，只需将套圈取出，安装第二个套圈，并按虚线位置打入销钉将套圈定位，套圈内孔与新的低压转子同钻铰，并配准新的联轴器螺栓。

采取以上措施后，两个低压转子对应不同的联轴器螺栓及套圈，更换转子时更换相应的套圈及螺栓，可避免重复铰孔。

（三）改造后凝汽器强度问题：

低真空供热改造后，排汽压力、温度均相应升高，凝汽器壳体及不锈钢管膨胀量均有较大变化，并且管束内部循环水压力、温度都有较大提高，对于凝汽器管束的胀口强度、运行寿命等都有很大影响，对于双背压改造的凝汽器应满足低真空工况下运行安全，纯凝工况下经济性好，因此需对凝汽器进行彻底改造，管束及布置根据高背压改造情况进行针对性设计，以满足采暖和纯凝工况下的长期运行。

改造中考虑其他内容包括：

●低真空供热运行时凝汽器温度升高，防腐设计采取电化学防腐方法如阴极保护，不宜继续使用环氧树脂防腐手段；

●低真空供热运行时循环水温度升高，一般药剂很难满足高水温的要求，造成凝汽器结垢、腐蚀严重，需要选择合适的缓蚀阻垢剂；

●热网循环泵、补水泵及热网加热器校核；

●增加回水温度、循环水量等监控内容的控制逻辑。

（四）改造后热网问题：

低真空循环水供热改造一般都是在原有热网的基础上进行改造，因热网循环水需要通过管道和阀门引入凝汽器，根据现场位置条件，有些改造空间狭窄，管路敷设困难，会增加管道阻力，因此，改造要充分考虑管网阻力、旧管网的承压能力和通流能力，必要的要进行一并改造。

改造后凝结水精处理问题

纯凝和抽凝机组一般凝结水精处理系统树脂一般设计不高于70℃，经过低真空循环水供热改造需要提高背压，为了提高供热经济性，一般要提高超过35kPa，那么凝结水温度就好超过70℃，常规的树脂就会失效，无法完成精处理，改造后如何解决这一问题，是提高汽轮机背压的限制条件之一，解决这个问题有两个途径，一加装换热器与补水或热网循环水进行热交换减低凝结水温度，二是对精处理进行改造，采用高温树脂运行，华电青岛电厂重新加装了一套精处理系统，树脂为耐高温树脂，改造方案：

在机组采用背压方式运行，即回水温度将达80～85℃时，采用国产中压树脂；在机组采用凝汽抽汽方式运行，即凝水温度小于50℃时，采用原有凝结水精处理进口树脂。

四、循环水供热改造实施管理重点

1.设计阶段要考虑充分

低真空循环水供热改造技术的核心在于汽轮机本体的改造，因此在设计阶段就要给予高度重视，在设计阶段确定合理的汽轮机能耗、效率尤为重要，要综合机组实际运行特点，原机组设计、循环水各项参数等，各方面充分考虑后确定设计边界条件，这样综合考虑使改造后实际运行才能满足改造要求。

凝汽器作为最重要的辅机之一，在设计中要充分空滤冷却面积、运行阻力、供回水压力、冷却倍率等条件，还要考虑运行中因为排汽温度变化引起的膨胀变化，考虑凝汽器因为出入口压力变化对凝汽器运行中载荷的影响。

膨胀对低压缸排汽室标高的影响、振动的影响等等，在大连泰山热电公司改造后，出现了热网循环水入口侧凝汽器整体抬高，造成凝汽器倾斜的现象，最高抬高为5毫米，经过现场查找原因，对这一现象进行分析，发现在设计时对热网循环水在0.5MPa压力下进入凝汽器，对凝汽器产生反作用力没有进行考虑，造成运行中将凝汽器抬起现象，现场通过更换膨胀节进行压力补偿得到解决。

因此说明设计尤为重要，在设计阶段对各方面都要综合考虑，才能在运行中不出现问题。

设计时要对地下管线布置要了解详细、准确，对原有管线处理要考虑周到，哪些管线可以移位，对无法移位过渡的要制定妥善的措施，在设计时考虑到，防止施工时临时处理，影响施工进度，甚至影响机组正常运行。

2.制造厂加工阶段做好现场的技术把关。

从改造部件的材质、成分、物理检验到最后的尺寸校核，各个环节都要有技术人员跟踪，各道工序履行签点验收，在此期间业主方要安排技术人员到场跟踪监造，随时掌握质量和进度，也及时提出新的改造意见和要求，随时处理加工制造中存在的问题，在大连泰山热电供热改造中就发生末级叶轮车削错误，现场技术人员及时发现，如果按照原设计要求，整个叶轮就将报废，重新铸造，那样则会严重影响工期，影响整个改造顺延，将会影响大连地区供热，经过计算和校核，不影响叶轮强度，采取了不就措施，顺利解决了问题。

在大连泰山热电有限公司低真空供热改造中还出现了对轮加工尺寸偏差的问题，改造采取发电机转子连接轴及原转子返回制造厂，在制造厂进行对轮实测，然后对新供热转子进行对轮定位车削的方式进行新转子对轮孔精车，但由于测量、车床误差和人员操作偏差，造成低压转子与发电机连接轴对轮孔出现了偏差，安装中出现对轮孔错位现象，最后被迫现场绞孔处理，为以后新旧转子互换留下问题。

3.做好安装过程控制

汽轮机本体在安装过程中，由于是在原有缸体上进行改造，需要重新加工隔板，因此在新隔板安装时，尤其重视通流间隙，由于机组在改造前要进行运行，没有条件进行实地测量，因此都是安装图纸进行加工，就回容易出现安装尺寸偏差，因此在隔板轴向和径向尺寸最后精车时，一定要在汽轮机揭缸经过实际测量后再进行，同时在考虑汽封检修时，要考虑排汽室要有膨胀，则下部径向尺寸要大于上部尺寸，避免应膨胀标高升高引起动静碰磨。

5、低真空循环水供热改造运行管理重点

低真空循环水供热系统的运行管理是一项长期且艰巨的工作。

由于运行管理出现问题，会导致很多问题使供热收到影响，不能保证热电机组的安全运行，因此，无论在改造中还是在运行管理中，都应充分借鉴他人的经验，吸取他人的教训，根据实际供热情况，实事求是地提出及落实，重点有以下几点：

（一）改造后机组运行

机组经过低真空过热改造后，运行工况与改造前有很大的改变，汽轮机低真空循环水供热工程的技术关键是如何保证机组在低真空下的运行安全。

如何让运行人员熟悉掌握运行操作技术，是需要重点考虑的问题，首先改造设计单位要给出详细的运行说明书，掌握汽轮机和热网的运行方式和运行边界条件。

其次要与汽轮机制造厂联系，供暖期条件下，各个工况点的主蒸汽流量、温度、背压、机组出力、低压缸效率、机组热耗值情况，给出如下设备图纸及说明书：

凝汽器改造总图；凝汽器改造的启动、运行说明书；汽轮机改造后的热平衡图、热力特性书、启动运行说明书；汽轮机改造后的低压转子总图、低压通流图、改造部分的叶片和隔板图；凝汽器进出水管道补偿器安装使用说明书。

通过这些资料，修改完善原汽轮机运行规程，掌握对机组启停操作、事故操作。

同时还要对已经实施的机组进行学习和交流，让运行人员通过现场学习，掌握运行操作特点，熟悉各个工况参数，才能在改造后顺利启停和正常运行。

（2）机组运行中考虑的事故处理

低真空供热改造后机组要与供热热网一起运行，这就增加了突发事故的可能性，一旦处理失当会造成更大的事故和损失，在低真空供热改造机组上做好事故处理尤为重要：

1.充分考虑到各种事故，做好事故处理措施和相关应急预案，并加强应急演练。

2.要有完备的监测和检测系统，能够在事故出现前迅速传递和表现出来，使事故有提前预判和处理时间，如热网突然失水、凝汽器热交换管理破裂、机组真空急剧恶化、机组突然甩负荷等等。

（3）改造后运行要有相应的配套和补救措施

1.机组低真空供热改造后，凝汽器水质和温度都有很大变化，要重新考虑防止凝汽器结垢的加药系统。

2.要有防止热网失水补水措施，失水量过大的主要原因为供热质量不均衡造成人为放水及热网泄漏量过大。

在改善水力平衡的前提下，严格控制热用户私自放水，可采取在热介质中加入药剂、宣传教育与惩罚制度结合的措施。

对渗漏的管道，考虑改造或更换等

3.供热初末期因为外界热负荷较小，汽轮机做功后排汽无法全部带走，会导致凝汽器真空下降，在这个时期运行要求投入凝汽器喷水装置，要首先采取热网负荷切换的方式解决这个问题，最后再采取降低负荷运行方式，使经济效益最大化。

六、结束语

纯凝或抽凝机组通过低真空循环水供热改造，极大的挖掘了机组的供热潜力，在不增加机组建设规模的情况下，满足广大的市场需求，值得推广，通过加强对改造过程管理和重点把握，会使低真空循环水供热改造实施更加顺利，运行更加安全可靠，节能效果更加显著。