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技術(shù)文章

直流高壓發(fā)生器的原理
 摘  要：對60年代生產(chǎn)的N50-8.83型凝汽式汽輪機(jī)，在基礎(chǔ)系統(tǒng)及輔機(jī)等盡可能不變的前提下，改造為供熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)，同時進(jìn)行通流部分節(jié)能改造，經(jīng)過熱力計算、結(jié)構(gòu)分析和方案比較，認(rèn)為該型機(jī)組的改造在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。
    關(guān)鍵詞：純凝汽式機(jī)組；技術(shù)改造；供熱機(jī)組直流高壓發(fā)生器
直流高壓發(fā)生器
1概述
    熱力發(fā)電廠主要的熱負(fù)荷一般是該區(qū)域內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)用汽和采暖用汽。目前一些城市受熱電廠供熱能力的限制，許多熱用戶還依靠中小鍋爐供熱；即使已使用熱電廠汽源的用戶，有不少還保留著自己的小鍋爐，以備供熱高峰時短期使用。為緩解這種供熱緊張局面，徹底解決此問題，一般采取新建供熱機(jī)組或?qū)⒅行⌒图兡麢C(jī)組改為供熱機(jī)組的措施，以消除或減少城市的中小型鍋爐，降低大氣污染，提高社會整體效益。
    下面對保定熱電廠一臺N50-8.83/535型純凝機(jī)組改造為C50-8.83/0.98/535型供熱機(jī)組的方案進(jìn)行研討，以便得到更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。
1.1機(jī)組現(xiàn)狀
    該N50-8.83/535為單缸沖動凝汽式機(jī)組，由北京電力修造廠生產(chǎn)，投產(chǎn)于1973年3月。本機(jī)有7段抽汽，分別供4臺低壓加熱器，一臺除氧器，2臺高壓加熱器。各抽汽在經(jīng)濟(jì)功率（45MW）時各抽汽的參數(shù)見表1。

直流高壓發(fā)生器

　直流高壓發(fā)生器

1.2改造原則
    a.**可靠性**采用的改造技術(shù)和結(jié)構(gòu)部件**可靠，消除原機(jī)組改造范圍內(nèi)的缺陷及薄弱環(huán)節(jié)。
    b.根據(jù)國家四部委《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的若干規(guī)定》和國家經(jīng)貿(mào)委《關(guān)于關(guān)停小火電機(jī)組實施意見》文件的精神，確定退役凝汽機(jī)組改為抽汽機(jī)組后的年均熱電比大于50%，總熱效率大于45%。
    c. 以熱定電，按配套鍋爐設(shè)備的額定出力220t/h時，力求盡量增大供熱量，以滿足工業(yè)抽汽的要求。
    d. 以運轉(zhuǎn)平臺基礎(chǔ)和軸承跨距不變動進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于施工，利于降低成本。
    e.盡量采用當(dāng)前國內(nèi)*先進(jìn)的同類型機(jī)組成熟的改造技術(shù)，力求節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)性。
    f. 盡可能保留原凝汽機(jī)組的可用部件及附屬設(shè)備，減小改造范圍。
    g.自動主汽門、調(diào)速汽門安裝位置不變，與凝汽器接口形式不變，與發(fā)電機(jī)的連接方式不變。
    h. 改造后抽汽量在0～100 t/h范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，純凝汽工況*大連續(xù)運行功率為50MW；在抽汽量100 t/h時，*大電功率為40 MW。
    i.優(yōu)化回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)計改造后不影響回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)備的**運行，補(bǔ)水采用凝汽器補(bǔ)水方式。
    j. 改造后的機(jī)組可以視同新機(jī)，可延長機(jī)組壽命。
2改造方案
2.1方案比較
2.1.1方案一：增大向外供熱的非調(diào)整抽汽量
    三段抽汽孔擴(kuò)大，其余部分不變。據(jù)計算供熱抽汽量能達(dá)到30t/h，且抽汽量將隨著負(fù)荷變化而變化。優(yōu)點是改造費用低，約20萬元，但此改造抽汽量太小，遠(yuǎn)不能滿足供熱市場需求，且熱電負(fù)荷調(diào)整不方便，供熱壓力也不穩(wěn)定。
2.1.2方案二：改為調(diào)整抽汽機(jī)組
    調(diào)整方式采用旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)整，即去掉壓力級第七到第十級，改裝為旋轉(zhuǎn)隔板。為此需要更換前缸、中缸、轉(zhuǎn)子、部分隔板套、前汽封環(huán)、調(diào)速器、轉(zhuǎn)速變換器等。需要增加的部件有旋轉(zhuǎn)隔板、油動機(jī)、抽汽逆止門、壓力變換器等。另外還有一些部件、調(diào)速系統(tǒng)及保安系統(tǒng)需要作相應(yīng)改動。改造后，抽汽量可達(dá)60～100t/h，隨著抽汽量的增加，電負(fù)荷要下降，當(dāng)熱負(fù)荷到100 t/h，電負(fù)荷估計在36～38 MW范圍內(nèi)。
2.1.3方案三：改調(diào)整抽汽機(jī)組的同時對通流部分作優(yōu)化設(shè)計
    本方案改造范圍與方案二基本相同，不同點是將機(jī)組改為可調(diào)整抽汽機(jī)組的同時，采用全三維技術(shù)對通流部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使機(jī)組內(nèi)效率達(dá)到90年代世界先進(jìn)水平。改造后的抽汽量可在0～100t/h范圍內(nèi)調(diào)整，熱耗值比不采用全三維技術(shù)改造的機(jī)組下降627 kJ/kWh以上，相當(dāng)于煤耗下降6.98%。本方案的改造費用預(yù)計800萬元左右。
2.2方案確定
    考慮到機(jī)組改造后的運行穩(wěn)定性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過對3種方案的技術(shù)比較，認(rèn)為方案三較可行，即凝汽機(jī)組改為可調(diào)整抽汽機(jī)組的同時進(jìn)行汽輪機(jī)通流部分改造，提高汽機(jī)內(nèi)效率(典型工況見表2)。這樣，可以在充分利用原有設(shè)備及其潛力的前提下，以*小的投資爭取獲得*大的收益。
2.3改造方案簡述
    通過熱力計算初步確定，將原機(jī)組的一個調(diào)節(jié)級+21個壓力級改造為一個調(diào)節(jié)級+9個壓力級+抽汽調(diào)節(jié)級+9個壓力級的形式。去掉的3個壓力級改設(shè)一個進(jìn)行抽汽壓力調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)隔板。新設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)在確保抽汽壓力穩(wěn)定的同時，對機(jī)組的轉(zhuǎn)速或負(fù)荷自動控制。改造后設(shè)計抽汽壓力在8～13kg/cm2 范圍內(nèi)變化，采用調(diào)壓器調(diào)整到所需要的抽汽壓力，抽汽量根據(jù)需要在0～116 t/h 范圍內(nèi)變化，供熱量*大可達(dá)100t/h。*大熱負(fù)荷時可帶44 MW電負(fù)荷，熱負(fù)荷低于60 t/h時，仍可帶原設(shè)計額定電負(fù)荷，即50 MW。

直流高壓發(fā)生器

2.4改造范圍
2.4.1主系統(tǒng)部件的改造
    a.調(diào)換的部件有轉(zhuǎn)子、前汽缸、中汽缸、隔板套、前汽封環(huán)、隔板汽封、調(diào)速器、轉(zhuǎn)速變換器。
    b.增加的部件有旋轉(zhuǎn)隔板、旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)杠桿、抽汽油動機(jī)、油動機(jī)托架、調(diào)壓器及其座架、抽汽逆止門及操縱座、**閥、壓力變換器、切換閥、接線盒等。
    c. 修改的部件有汽封管路、疏水管路、調(diào)節(jié)油管路、抽汽閥控制管路等。
    d.調(diào)整的部件有左右兩只高壓調(diào)節(jié)汽閥，其流量特性曲線要做修正，在現(xiàn)場通過調(diào)整連接板而改變A值，從而改善4個閥的重疊度。由于前汽缸和中汽缸是新的，因此中汽缸與后汽缸連接垂直面的定位銷必須重新擴(kuò)配鉆絞，其連接的銷子及螺栓均需更新。
2.4.2附屬設(shè)備的改造
    a.高壓除氧器改造該機(jī)組配套的高壓除氧器，為早期的噴霧填料式結(jié)構(gòu)，原設(shè)計只進(jìn)凝結(jié)水和高壓加熱器疏水以及少量補(bǔ)充水。由于該廠冬季供熱高峰時補(bǔ)水量大，補(bǔ)水溫度低，常造成高壓除氧器跑水過負(fù)荷現(xiàn)象。改為供熱機(jī)組后，由于所補(bǔ)除鹽水進(jìn)入凝汽器，末級低壓加熱器出口溫度將比原來低，預(yù)計其溫度將降低26℃，為此需要對高壓除氧器進(jìn)行增容改造。
    b.除鹽水系統(tǒng)及設(shè)備改造改為抽汽機(jī)組，對外供熱量將加大，為了維持水量平衡需要補(bǔ)充除鹽水。按供熱量100t/h計算，需增加除鹽水生產(chǎn)量為：100×1.25=125t/h。為此，需要增加一臺陰床、一臺樹脂裝卸罐、一臺除碳器及相應(yīng)的陰陽離子交換樹脂，在本次改造中，需對卡脖子的管道及相應(yīng)的電氣、熱工設(shè)備增加或更新。
2.5改造后機(jī)組性能
    a. 純凝50 MW工況下機(jī)組的熱耗保證值不大于9 187.64kJ/kWh，缸效率保證不小于85%。
    b. 額定抽汽工況下機(jī)組的熱耗保證值不大于7 607.6kJ/kWh，缸效率保證不小于85%。
    c. *大抽汽量不小于100 t/h。
2.6改造應(yīng)考慮的**措施
    a.除設(shè)置抽汽壓力自動調(diào)整直流高壓發(fā)生器裝置外，還必須設(shè)置**閥，以防供熱系統(tǒng)超壓。
    b.須加裝抽汽逆止門及防止超速的熱工保護(hù)裝置，以防止汽缸進(jìn)水及汽機(jī)超速飛車。
2.7效益分析及經(jīng)濟(jì)評價
2.7.1經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析直流高壓發(fā)生器
    由于調(diào)峰的原因，該機(jī)組改造前全年平均負(fù)荷為38MW。如果單機(jī)煤耗按熱耗率計算，全年發(fā)電煤耗419 g/kWh，供電煤耗453 g/kWh。改造完成后，該機(jī)組全年平均發(fā)電負(fù)荷取40MW，發(fā)電煤耗341 g/kWh，供電煤耗369 g/kWh，供熱煤耗42.71 kg/GJ，全年平均熱電比1.51。
2.7.2經(jīng)濟(jì)性評價
    該機(jī)組改造完后，全年供熱增加180萬GJ，按現(xiàn)在供熱價格16.28元/GJ，去年供熱單位成本13.65元/GJ測算，供熱創(chuàng)收473.4萬元，由于煤耗降低，節(jié)煤折合551.93萬元，合計年創(chuàng)收1025.33萬元。以此計算大約可用16個月的時間可回收改造成本。
3結(jié)論
    將凝汽機(jī)組改為熱電聯(lián)產(chǎn)的抽汽機(jī)組，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益，此措施是各熱力發(fā)電廠解決供熱緊張狀況的措施之一。
    保定熱電廠進(jìn)行的N50-8.83/53型機(jī)組改造為C50-8.83/0.98/535型調(diào)整抽汽供熱機(jī)組的方案的特點為：
    a. 充分利用原有設(shè)備，減少投資和縮短工期。
    b. 利用現(xiàn)代新技術(shù)對通流部分及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到降低熱耗的目的。
    c. 運行方式考慮以熱定電，優(yōu)先滿足熱負(fù)荷的需要?？紤]到該機(jī)組的實際現(xiàn)狀，調(diào)整抽汽對外供熱量以*大100 t/h為宜。
    d. 改為供熱機(jī)組，減少了冷水塔造成的蒸發(fā)損失及其它幾項損失，減少了水資源的消耗。
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