长期变工况下运行背压汽轮机组改造方法与经济效益.doc

小氮肥修改稿2014-03-09长期变工况运行背压汽轮机改造方法经济效益崔素玉 张玉峰 崔健锋 孙迎芬 田松峰 (石家庄双联化工有限责任公司 河北石家庄050200) （华北电力大学 河北保定071003) 1 机组情况石家庄双联化工有限责任公司有1台B12-4.9/0.98型次高压背压机组，进汽压力4.9 MPa,温度435 ，最大进汽量150 t/h，1个双列调节级，3个压力级，套装转子，喷嘴调节。 2003年针对热用户用蒸汽量少，达不到设计要求，机组通流部分作过1次调整，目的作为抽背压机组使用。实际运行中，锅炉主汽压力在4.14.2 MPa左右，低于原机组设计进汽压力4.9 MPa，背压在高限约1.1 MPa纯背压方式运行。随着供热需求增大,机组进汽流量达到50 t/h时，复速级后压力达1.71.8 MPa，调节级后温度有时达到380390 。由于机组为套装转子，复速级在这个温度下对机组安全性影响较大，且机组出力仅1 8002200 kW ，相对内效率50%。为此，提出对该机组进行二次改造，改造目标，调节级后温度350 ，排汽压力仍为原设计低限0.98 MPa（a），运行方式为纯背压运行。 2 综合分析 在次高压背压机组实际运行中，由于初压及背压变化，原设计调节级蒸汽有效焓降为159.6 kJ/kg，实际调节级蒸汽有效焓降仅为85.2 kJ/kg；压力级原设计蒸汽有效焓降为144.25 kJ/kg,实际蒸汽有效焓降为84.4 kJ/kg。 对于调节级来讲，其一,根据喷嘴调节与调节级的工作特点，喷嘴调节的调节级中工作特点为依次开启，每个门头控制一个弧段的喷嘴组，故调节级都是部分进汽，变工况运行部分负荷下，只有未完全开启的调节门才有节流作用，全开的调门节流损失很小。本机组调节级共5个喷嘴组，8个调节门，随着负荷的升高顺序开启，改变调节级的通流面积，该机在50t/h负荷下，只有1#和2#调节门完全开启，1#和2#调节门控制第1组喷嘴，3#和4#调节门控制第2组喷嘴，这样通过第1组喷嘴造成的节流损失很小，而3#和4#调节门节流损失很大，这两部分汽流在各自喷嘴汽道中膨胀到调节级汽室压力下混合，使混合后蒸汽焓值升高，进汽初压的降低也使全开调门喷嘴前初压降低, 蒸汽焓降减少。其二,由于2003年堵喷是根据抽背原则改造，压力级喷嘴堵得较多，经初步计算,如果调节级蒸汽流量与喷嘴面积配合得合适，调节级后蒸汽温度也不会高于380 ，但最后1个压力级处于鼓风工况，而流体的特性会使机组内部流体根据具体整机理想焓降重新分配每一级理想焓降，这样导致压力级每级蒸汽有效焓基本正常，调节级蒸汽有效焓降低。根据初步计算数据结果，调节级第2列动叶栅排汽速度为-101.6 m/s，余速方向角为-66.7。计算表明第2列动叶栅实际是在作负功。3 改造措施3.1 改造方案 降低调节级后压力，调整通流面积，增加调节级有效焓降，确定最佳速比 ，以减少损失, 降低调节级后温度；降低背压重新整理压力级部分通流面积以适应热负荷。故需重新进行热力计算，根据改造要求对机组通流部分进行重新设计。 表1 热力计算数据汇总项目 调节级第1压力级第2压力级第3压力级主汽流量/(th-1)55555555级前压力/MPa(表压)4.31.51.21级后压力/MPa(表压)1.51.210.968部分进汽损失/(k Jkg-1)26.1541.2881.413级有效焓降/(k Jkg-1)160.0543.7240.85级内焓损失/(k Jkg-1)38.9244.8684.597级效率/%62.3176.6475.73功率/kW2228.92607.18567.40从表1数据可知：调节级后温度为348.4，排汽温度为287.6，级总功率为3 403.50 kW，电功率为3 100 kW；新蒸汽经调节级和第1压力级到第2压力级作完功,级后压力即降低到0.968 MPa(a)，故需在改造中去除末级叶轮（即第3压力级），拆除末级隔板；根据设计流量下所需要的通流面积，折算成调节级和第1、2、3压力级的喷嘴数量， 最后确定每一级喷嘴整数数量。 表2 改进前后喷嘴数目 只项目调节级第1压力级第2压力级第3压力级原有喷嘴数目17242324改进后喷嘴数目114240 03.2 改造方案的实施3.2.1调节级喷嘴的改造由于1#和2#调节门控制7只喷嘴（第1喷嘴组），3#和4#调节门控制10只喷嘴（第2喷嘴组），实际运行中1#和2#调节门全开，第2喷嘴组只有3#调节门部分开启，4#调节门关闭，总共有17只喷嘴参与做功（见图1）。这与设计误差很大，利用专用堵块堵住喷嘴的办法无论内外封堵都会破坏原有的结构，给以后恢复工作造成困难。但7#或8#调节门分别控制5只喷嘴，1#、2#、7#或者1#、2#、8#调节门组合（控制的喷嘴数量为12组）将会更接近设计值，且有利于缩小上、下汽缸蒸汽的温差。经查原图纸，3#、4#和7#、8#调节门门头图号相同，3#、4#和7#、8#调节门门座图号相同，故，只需要把7#或者8#门头和3#或4#门头更换位置，松开各门杆锁母，将3#、4#门杆长度数值与7#、8#门杆长度值对调调整 ，对调后顺序开启，1#、2#、7#、8#、3#、4#、5#、6# 重叠度不变。实施前，对门头顺序变更后引起的叶片激振力的问题进行了计算校核，结果表明在安全范围内。 3.3.2压力级 对于压力级，在改造过程中把对第1和第2压力级隔板喷嘴上原来封堵较多的专用喷嘴堵块进行拆除，拆除末级隔板(第3级) ，取出末级(第3级)叶轮的叶片并保留叶根（从恢复和保护叶根槽部考虑），增加同质量配重环以防止汽轮机重心偏移，经过计算，临界转速应控制在2 000 r/min以内。为了降低排汽压力，对排汽背压管廊管道进行改造，最大程度上减少压损，提高整机蒸汽有效焓降。4 改造后运行效果： 这次改造由保定市伊宁电力机械设备有限责任公司承担，改造后该机组一次并网成功，基本解决存在的问题,经过1年多的运行，实际效果良好，达到原设计目的。 表3 改造前后的典型运行工况 项目工况1（改后）工况2（改后）工况3（改前）主汽压力/ MPa(表压)4.154.324.0主汽温度/440432430负荷/ kW3 1104 0221720主汽流量/(th-1)54.1864.1551调节级后压力/ MPa(表压)1.381.531.75调节级后温度/358350392排汽压力/ MPa(表压)0.840.760.95排汽温度/295277359在设计主汽流量高限时，该机组改造后发电负荷由改造前的平均1580 kW提高至的平均3 100 kW，基本上增加了1倍的发电量。 设计主汽流量下，该机组相对内效率由改造前为45.6%提高至72.56%，机组汽耗由改造前的22.38 kg/（kWh）降至约17.42 kg/（kWh），供热标煤耗基本在3.84.0 kg /GJ。相同主汽流量参数下，改造后发电负荷增加量与改造前背压减温后增加的蒸汽量比较所获得的实际效益，在不增加人工费用、设备折旧等费用构成成本情况下，按改造前、后发电量与售出蒸汽量综合计算结果、改造后实际主汽流量下与改造前最大主汽流量下发电量进行比较结果，这次节能改造项目完成后，每月即可为石家庄双联化工有限责任公司实际创造纯效益35.38万元。 （收到修改稿日期2014-03-09）作者联系方式：通讯地址: 石太高速鹿泉口,石家庄双联化工有限责任公司邮编: 050200（1）：崔健锋 手机： [phone] 石家庄双联化工有限责任公司副总 主要从事化工生产技术管理（2）：张玉峰 手机：[phone] 邮箱：zhangyufeng4399 （3）：杨忠 手机 [phone] 保定市伊宁电力机械设备有限责任公司副总 主要从事汽轮发电机组节能改造及主机、备件制造。 5