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技術文章

直流高壓發生器的原理
 摘  要：對60年代生產的N50-8.83型凝汽式汽輪機，在基礎系統及輔機等盡可能不變的前提下，改造為供熱抽汽凝汽式汽輪機，同時進行通流部分節能改造，經過熱力計算、結構分析和方案比較，認為該型機組的改造在技術上是可行的，經濟上是合理的。
    關鍵詞：純凝汽式機組；技術改造；供熱機組直流高壓發生器
直流高壓發生器
1概述
    熱力發電廠主要的熱負荷一般是該區域內的工業生產用汽和采暖用汽。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組或將中小型純凝汽機組改為供熱機組的措施，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型純凝機組改造為C50-8.83/0.98/535型供熱機組的方案進行研討，以便得到更好的技術經濟性能。
1.1機組現狀
    該N50-8.83/535為單缸沖動凝汽式機組，由北京電力修造廠生產，投產于1973年3月。本機有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。各抽汽在經濟功率（45MW）時各抽汽的參數見表1。

直流高壓發生器

　直流高壓發生器

1.2改造原則
    a.**可靠性**采用的改造技術和結構部件**可靠，消除原機組改造范圍內的缺陷及薄弱環節。
    b.根據國家四部委《關于發展熱電聯產的若干規定》和國家經貿委《關于關停小火電機組實施意見》文件的精神，確定退役凝汽機組改為抽汽機組后的年均熱電比大于50%，總熱效率大于45%。
    c. 以熱定電，按配套鍋爐設備的額定出力220t/h時，力求盡量增大供熱量，以滿足工業抽汽的要求。
    d. 以運轉平臺基礎和軸承跨距不變動進行結構設計，便于施工，利于降低成本。
    e.盡量采用當前國內*先進的同類型機組成熟的改造技術，力求節能降耗，提高經濟性。
    f. 盡可能保留原凝汽機組的可用部件及附屬設備，減小改造范圍。
    g.自動主汽門、調速汽門安裝位置不變，與凝汽器接口形式不變，與發電機的連接方式不變。
    h. 改造后抽汽量在0～100 t/h范圍內任意調節，純凝汽工況*大連續運行功率為50MW；在抽汽量100 t/h時，*大電功率為40 MW。
    i.優化回熱系統設計改造后不影響回熱系統設備的**運行，補水采用凝汽器補水方式。
    j. 改造后的機組可以視同新機，可延長機組壽命。
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整抽汽量
    三段抽汽孔擴大，其余部分不變。據計算供熱抽汽量能達到30t/h，且抽汽量將隨著負荷變化而變化。優點是改造費用低，約20萬元，但此改造抽汽量太小，遠不能滿足供熱市場需求，且熱電負荷調整不方便，供熱壓力也不穩定。
2.1.2方案二：改為調整抽汽機組
    調整方式采用旋轉隔板調整，即去掉壓力級第七到第十級，改裝為旋轉隔板。為此需要更換前缸、中缸、轉子、部分隔板套、前汽封環、調速器、轉速變換器等。需要增加的部件有旋轉隔板、油動機、抽汽逆止門、壓力變換器等。另外還有一些部件、調速系統及保安系統需要作相應改動。改造后，抽汽量可達60～100t/h，隨著抽汽量的增加，電負荷要下降，當熱負荷到100 t/h，電負荷估計在36～38 MW范圍內。
2.1.3方案三：改調整抽汽機組的同時對通流部分作優化設計
    本方案改造范圍與方案二基本相同，不同點是將機組改為可調整抽汽機組的同時，采用全三維技術對通流部分進行優化設計，使機組內效率達到90年代世界先進水平。改造后的抽汽量可在0～100t/h范圍內調整，熱耗值比不采用全三維技術改造的機組下降627 kJ/kWh以上，相當于煤耗下降6.98%。本方案的改造費用預計800萬元左右。
2.2方案確定
    考慮到機組改造后的運行穩定性、可靠性及經濟性，經過對3種方案的技術比較，認為方案三較可行，即凝汽機組改為可調整抽汽機組的同時進行汽輪機通流部分改造，提高汽機內效率(典型工況見表2)。這樣，可以在充分利用原有設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，將原機組的一個調節級+21個壓力級改造為一個調節級+9個壓力級+抽汽調節級+9個壓力級的形式。去掉的3個壓力級改設一個進行抽汽壓力調節的旋轉隔板。新設計的調速系統在確保抽汽壓力穩定的同時，對機組的轉速或負荷自動控制。改造后設計抽汽壓力在8～13kg/cm2 范圍內變化，采用調壓器調整到所需要的抽汽壓力，抽汽量根據需要在0～116 t/h 范圍內變化，供熱量*大可達100t/h。*大熱負荷時可帶44 MW電負荷，熱負荷低于60 t/h時，仍可帶原設計額定電負荷，即50 MW。

直流高壓發生器

2.4改造范圍
2.4.1主系統部件的改造
    a.調換的部件有轉子、前汽缸、中汽缸、隔板套、前汽封環、隔板汽封、調速器、轉速變換器。
    b.增加的部件有旋轉隔板、旋轉隔板調節杠桿、抽汽油動機、油動機托架、調壓器及其座架、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、調節油管路、抽汽閥控制管路等。
    d.調整的部件有左右兩只高壓調節汽閥，其流量特性曲線要做修正，在現場通過調整連接板而改變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配鉆絞，其連接的銷子及螺栓均需更新。
2.4.2附屬設備的改造
    a.高壓除氧器改造該機組配套的高壓除氧器，為早期的噴霧填料式結構，原設計只進凝結水和高壓加熱器疏水以及少量補充水。由于該廠冬季供熱高峰時補水量大，補水溫度低，常造成高壓除氧器跑水過負荷現象。改為供熱機組后，由于所補除鹽水進入凝汽器，末級低壓加熱器出口溫度將比原來低，預計其溫度將降低26℃，為此需要對高壓除氧器進行增容改造。
    b.除鹽水系統及設備改造改為抽汽機組，對外供熱量將加大，為了維持水量平衡需要補充除鹽水。按供熱量100t/h計算，需增加除鹽水生產量為：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的電氣、熱工設備增加或更新。
2.5改造后機組性能
    a. 純凝50 MW工況下機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改造應考慮的**措施
    a.除設置抽汽壓力自動調整直流高壓發生器裝置外，還必須設置**閥，以防供熱系統超壓。
    b.須加裝抽汽逆止門及防止超速的熱工保護裝置，以防止汽缸進水及汽機超速飛車。
2.7效益分析及經濟評價
2.7.1經濟指標分析直流高壓發生器
    由于調峰的原因，該機組改造前全年平均負荷為38MW。如果單機煤耗按熱耗率計算，全年發電煤耗419 g/kWh，供電煤耗453 g/kWh。改造完成后，該機組全年平均發電負荷取40MW，發電煤耗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經濟性評價
    該機組改造完后，全年供熱增加180萬GJ，按現在供熱價格16.28元/GJ，去年供熱單位成本13.65元/GJ測算，供熱創收473.4萬元，由于煤耗降低，節煤折合551.93萬元，合計年創收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結論
    將凝汽機組改為熱電聯產的抽汽機組，具有良好的經濟效益、社會效益和環保效益，此措施是各熱力發電廠解決供熱緊張狀況的措施之一。
    保定熱電廠進行的N50-8.83/53型機組改造為C50-8.83/0.98/535型調整抽汽供熱機組的方案的特點為：
    a. 充分利用原有設備，減少投資和縮短工期。
    b. 利用現代新技術對通流部分及系統優化設計，達到降低熱耗的目的。
    c. 運行方式考慮以熱定電，優先滿足熱負荷的需要。考慮到該機組的實際現狀，調整抽汽對外供熱量以*大100 t/h為宜。
    d. 改為供熱機組，減少了冷水塔造成的蒸發損失及其它幾項損失，減少了水資源的消耗。