汽轮机组低真空改造原理及凝汽器的优化设计_郑殿锋

侧设置了膨胀
节，同时将弹性
支撑改成刚性支
撑，凝汽器上部
底座
图 3 凝汽器优化设计改动部分
与低压缸连接部 位改成膨胀节结 构，见图 3）。
3）低真空供暖期热网水量小对凝汽器的影响和改进。 改造后循环水由冷却塔冷却改成热网水冷却，此时水量 相当于正常 THA 工况运行时的 50%，此时凝汽器内水速 降低，以大连泰山电厂为例，改造前纯凝工况循环水量大 约 18 000 t/h，设计水速 2.1 m/s，改造后供暖期循环水量 7 600 t/h，此时水速只有 0.9 m/s（见图 4），如果循环水混 浊，混浊物容易在凝汽器换热管内壁堆积，降低凝汽器换 热效果，此时应关闭其中一侧循环水阀门，使凝汽器半侧 运行的方式，此时凝汽器管内流速大约 1.8 m/s（见图 5）， 满足运行要求 。 ［3］
形成一个闭式循 环系统。此时凝 汽器所用冷却介
1.锅炉 2.高、中压缸 3.低压缸 4.凝汽器 5，6.低加 7. 除氧器 8，9.高加 10. 用户 11.热网加热器 12，13.关断阀 14.发电机
其中最大损失为凝汽器的冷源损失，约占总损失的 60%。 质一般为系统外冷却水；当机组在冬季需要供暖时，关断
泄漏，应将铜管换成不锈钢管，同时在凝汽器的膨胀方向
上设置膨胀节。另外，由于温度高，垂直方向上的热膨胀
量也增大，如果原机组为弹性支撑，则热膨胀所产生的力
将作用在低压缸的底座上，有将低压缸顶起的趋势，存在
安全隐患，因此弹性支撑的膨胀节应改成刚性支撑（大连
泰山电厂改造时
喉部补偿节
后水室膨胀节 在凝汽器后水室
汽器面积都会增加，如果增加则需要对凝汽器内部管束
进行更换或增加管子，以保证凝汽器面积 。 ［2］
2） 运行温度高对凝汽器强度方面的影响和改进：改
造后循环水温度升高，由于换热管与凝汽器壳体材质不
同，因此受热膨胀影响也不同，此时应该重新换热管和凝
汽器壳体的热膨胀量，尤其换热管是铜管的凝汽器受热
膨胀影响更大，容易产生换热管和管板之间的开焊，导致
解决方案
SOLUTION 工艺 ／ 工装 ／ 模具 ／ 诊断 ／ 检测 ／ 维修 ／ 改造
汽轮机组低真空改造原理及凝汽器的优化设计
郑殿锋 （哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司，哈尔滨 150090）
摘 要：文中说明了未来一些地区机组低真空改造的必要性，通过对大连泰山电厂低真空改造凝汽器优化设计的分析
和实际应用，提出了低真空改造对凝汽器的要求和需改造的部件，以及需注意的方面，涵盖了设计到运行方面的要求，
水速 ／（ｍ·ｓ－１）
2.5
2.3
2.1
1.9
1.7
1.5
1.3
1.1
0.9
0.7
0.5
0.3
0.1
6
8
10 12 14 16 18
冷却水流量 （／ １０３ ｔ·ｈ－１）
图 4 改造前凝汽器冷却水速与水量关系图
水速 ／（ｍ·ｓ－１）
3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
器的第一次加热，热网循环水回水温度由 50℃提升至
66～75℃（凝汽器端差 3℃），然后经热网循环泵升压后送
入首站热网加热器，将热网供水温度进一步加热后供向
一次热网，见图 2。
机组在纯凝工况运行时，退出热网循环泵及热网加
热器运行，恢复原循环水泵及冷却塔运行，凝汽器背压恢
复至 5～7 kPa。
2 低真空改造后对凝汽器的影响
凝汽器背压由 5～
1.锅炉 2.高、中压缸 3.低压缸 4.凝汽器 5，6.低加 7.除氧器 8，9.高加 10.用 户 11.热网加热器 12，13.关断阀 14.发电机
7 kPa 左 右 升 至 30～45 kPa，低压 缸排汽温度由
30～40℃升至 69～78℃（背压对应的饱和温度）。经过凝汽
4500
6750
9000 11250
冷却水流量 （／ ｔ·ｈ－１）
13500
图 5 凝汽器半侧运行冷却水速与水量关系
4结论 机组的低真空改造对于电企以及政府的规划有着重
要意义，适应当前节能高效的企业发展要求，解决了许多 电厂面临的实际问题。电厂前期需对周边的热用户发展 情况做充分调研，结合企业自身的机型特点，制定适应合 理的改造方案非常重要。这其中凝汽器的改造更要结合 实际运行需要，载荷变化、温度变化、压力变化、介质变化
为今后电厂的低真空改造提供设计依据和参考。
关键词：低真空；改造；凝汽器；优化设计
中图分类号：TK 26
文献标志码：B
文章编号：1002－2333（2014）04－0264－02
0引言
入高压缸、中压
随着我国经济的发展，工业化进程加快，农村劳动力 缸、低压缸，低压
向城市集中，城区面积逐年变大，城市供暖要求也逐渐变 大。但受地理条件制约以及政府整体规划要求，并不能在 所有需要供暖的地方建设新的供热电厂，而原有电厂的 供暖能力还不足，所以在原有机组上进行改造，余热再利 用，增加机组效率，增大供暖面积就成了当下一些电厂势 在必行的改造方案 。 ［1］
3结语
不同机组的运行状况、工程进度、经济性评价选择其使用
为了满足高效环保的需求，开发了降低汽轮机漏汽 范围。今后将继续致力于扩大汽轮机新型汽封技术和间
量、提高效率的新型汽封技术和间隙控制技术。这些新技 隙控制技术的应用，力求通过高可靠性的产品对节能减
术都是在验证设备上对实用性能及可靠性进行验证后在 排作出贡献。
等等，要做详细设计和改造方案，才能保证改造后的机组
高效稳定运行。
［参考文献］
［1］ 李勤道，刘志真.热力发电厂热经济性计算分析［M］.北京：中国
电力出版社，2008.
［2］ 中国动力工程学会.火力发电设备技术手册［M］.北京：机械工
业出版社，2002.
［3］ 史月涛，丁兴武，盖永光.汽轮机设备与运行［M］.北京：中国电
力出版社，2008.
（编辑 立 明）
!!!!!!!!!! 作者简介：郑殿锋（1979—），男，工程师，主要从事汽轮机辅机设备设
计工作。 收稿日期：2０１４－０２－１３
机械工程师 2014 年第 4 期 265
为了充分利用这部分冷源损失，改造后，在供暖期通过低 阀 12 打开，一部分蒸汽通过热网加热器加热供暖水，供暖
真空运行将供热系统的热网循环水引入凝汽器作为冷却 水经过泵进入到千家万户，供暖后冷却下来的水再回到热
循环水，提高汽轮机的排汽压力，降低凝汽器的真空度， 网加热器被加热，以此循环运行。
增加排汽温度，利用排汽的汽化潜热加热热网循环水，这
况运行，纯凝时循环水系统和热网系统自成一体，运行示
3）机组改造后的运行方式。在采暖供热期间低真空
意图见图 1。
循环水供热工况运行时，机组纯凝工况下所需要的冷水
纯凝运行时关断阀 12 关闭，锅炉加热的蒸汽依次进 塔及循环水泵退出运行，将凝汽器的循环水系统切换至
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
解决方案
工艺 ／ 工装 ／ 模具 ／ 诊断 ／ 检测 ／ 维修 ／ 改造 SOLUTION
热网循环泵建立
起来的热水管网
1 10
2 98
12 11 14
3
13
4
6
5
7
循环水回路，形成 新的热交换系统。 循环水回路切换 完成后，进入凝汽 器的水流量降至 6 000 ～9 000 t/h，
图 2 机组改造后运行示意图
2）机组改造内容。机组对低压通流部分进行改造，保
样不仅提高热网循环水水温，还提高了整机的热效率。该 证机组背压提高，排汽温度提高到 75～80℃，满足机组背
机组改造过程中核心的改造部件之一为凝汽器，因为改 压提高的安全性；对凝汽器重新进行计算和改造，满足凝
造前后机组运行条件变化非常大，对于凝汽器的换热及 汽器温度升高和水室压力增大的安全性；对热网一次网
低真空供热改造后，排汽压力、温度均相应升高，凝
汽器壳体及换热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。
3 低真空改造后对凝汽器的优化设计
1）改造后对凝气面积的优化设计。改造后循环水温、
水量都发生变化，凝汽器面积要求重新核算，一般情况凝
强度方面要求的都非常高，这里着重对该电厂 135MW 机 回水管路、热网泵和加热器进行核算改造，将热网一次网
组的低真空改造的凝汽器改造方案做一下详细介绍。
回水引入凝汽器水侧，用于吸收汽轮机乏汽热量，提高一
1 汽轮机组Biblioteka Baidu真空改造原理
次网供水温度，然后串联到一次网热网加热器进行二次
1）原机组运行方式。主要是纯凝工况和抽汽供暖工 加热，实现对外供热。
以大连泰山电厂为例，该电厂的 135MW 机组是由哈
转子拖动发电机 发电，做完功的 蒸汽进入凝汽 器，蒸汽被凝结 后 通 过 低 加 、除 氧器、高加加热 后再回到锅炉，
2 1 10
12 11 14
3
13
13
98
4
6
5
7
图 1 机组改造前运行示意图
尔滨汽轮机厂生产的超高压、一次中间再热、双缸、单轴、 双分流、双抽、凝汽式汽轮机，凝汽器设计背压 4.9 kPa。 电厂热效率仅为 38%左右，近 60%的热量白白的损失掉，
（编辑 立 明）
实机上应用的，在所有机组上都没有出现问题。除了在新 机组上应用之外，还可以用于旧机组的小范围改造，得到
!!!!!!!!!! 作者简介：王淑琴（1961—）女，工程师，主要从事汽轮机技术工作。
较高的投资回报。新技术在单缸汽轮机上使用可以根据 收稿日期：2０１４－０１－０６
264 机械工程师 2014 年第 4 期