探究凝汽式或抽凝式汽轮机改造成背压式汽轮机的方法

探究中小型凝汽式或抽凝式汽轮机

改造成背压式汽轮机的方法

摘要:由于中小型凝汽式或抽凝式汽轮在使用过程中具有发电煤耗高的缺陷，须将其改造成为热电比大与热经济性好的背压式汽轮机。然而在改造过程中，由于该类型汽轮机的排气温度会逐渐增高，造成汽缸后部热膨胀增大形成，最终会影响改造后汽轮机运行安全。针对这一问题，本文设计了一种新的改造方案，控制后汽缸温度，保障汽轮机正常、安全运行。

关键词：中小型；凝气式汽轮机；抽凝式汽轮机；背压式汽轮机

现阶段，受我国能源政策以及汽轮机自身因素等的影响，大多企业自备电站中，许多凝汽式或抽凝式汽轮机长期处于闲置的状态。例如，凝汽式汽轮机发电的热电比与热电效率非常低，不能满足国家的政策要求而被迫停运；抽凝式汽轮机的抽汽参数满足不了供热需要而被长期闲置。因此，为满足企业的供热需求与长期的规划需要，有必要将这些汽轮机组改造成为性能良好的背压式汽轮机组，在保证较少投资的前提下，提高汽轮机组的能源利用率。

一、改造具体实例与改造难题分析

（一）改造具体实例

1.原汽轮机改造的基本情况。某化工生产厂拥有一台C15-4.9/ 0.981型的抽凝式汽轮机组，0.00805MPa为该机组的平排汽压力，0.495MPa为其抽汽压力，3.435 MPa，435.5℃为其进汽参数。这一抽凝式汽轮发电机组共有7级汽轮机，分别分布在抽汽口前后的高低压段中。其中，有1个压力级和1个双列调节级的汽轮机分布在抽汽口前的高压段中，而抽汽口低压段中分布有4个压力级和1个双列的低压调节级。当该发电机组的抽汽流量与额定进汽量分别为5.5t/h，1

2.5 t/h的情况下，其发电功率达1550KW。

2.汽轮机组改造要求。由于该化工厂的实际化工生产量持续增加，从而导致了蒸汽量紧张的问题出现；同时，该抽凝式发电机组长期的运行环境为纯凝

工况，就产生了非常高的能耗问题，与我国的能源政策相背离，从而导致了该发电机组长期处于停运闲置的状态。此外，该厂在造气时，需要使用的低压蒸汽的用量比较大，一般为0.155 MPa -0.25 MPa，185℃-245℃。为提高该发电机组的利用率，减少该厂的投资，有必要将该抽凝式汽轮发电机组改造成为背压式汽轮机。

（二）改造难题及其解决对策分析

1.改造的难题。由于抽凝式或凝汽式一类的汽轮机，排汽都是排放在冷凝器中，这时在冷凝器中就会有比较高的真空形成，从而导致汽轮机的排气管以及后汽缸所承受的压力与温度都普遍较低。这类型的汽轮机在设计时，通常是将后轴承座与铸铁汽缸设计为一个整体，经改造后，排除的蒸汽势必会由原有的排汽口排出，从而造成后汽缸的温度大幅升高，最终导致其过大的膨胀，引起后轴承座被上抬，使改造后的汽轮机在运行中的安全性难以保证。因此，在改造过程中，必须采取有效的措施，将后汽缸的温度控制在合理的范围内。

2.解决对策。（1）采用喷水装置与压力匹配装置。对于中小型的抽凝式或者凝汽式机组而言，普遍存在着轴向尺寸短以及级数少的特点，因此在改造时，气缸内就无充分的尺寸来另设排汽口与隔热挡板。此时，可在汽轮机的高压段的某级或者是调节级中，进行打孔抽汽，从而用于压力匹配装置的驱动蒸汽，然后在缩放喷管中加速，形成超音速气流与低压，从而对汽轮机的排汽进行抽吸，两股蒸汽在扩压管中混合并进行升压操作，从而满足所需供热参数的要求。在这一过程中，要对汽轮机通流部分的热力进行详细地计算，并随时配合压力匹配装置，对排汽量与抽汽量两者比例要反复计算，得出准确的比例值。从而保证在原有排汽口中实现0.15MPa的压力，从而经喷水装置冷却为饱和蒸汽。另外，喷水装置喷水量的确定要根据汽缸的温度进行控制。（2）另设排汽口并加设隔热挡板。对于比较大型的凝汽式机组而言，其特点在于有较长的轴向尺寸，汽轮机的级数及其同流面积需要根据其需要的背压以及热力计算来确定。若须摘除的级数比较多，这就给后汽缸留有较大的空间进行改造，这时原有的排汽管就可采用盲板来堵，并加设一个隔热挡板，避免蒸汽进入排汽馆内与后汽缸内，从而降低了后汽缸的温度。同时，排汽管数量与尺寸的确定可根据排汽量进行确定，并另设一排汽口于隔热板之前，从而使高温蒸汽不能进入原有排气管与后汽缸，保证后轴承座安全运行。

二、改造具体方案与节能效益分析

（一）具体改造方案分析

根据该厂的抽凝式汽轮机机组的供汽参数的需求及其结构特点，采用喷水装置与喷射热泵之类的压力匹配装置的改造方法比较可行，其具体流程见图一。

图一改造具体流程示意图

在这一改造方案中，压力匹配装置的驱动蒸汽为原来的抽汽，从而对汽轮机的排汽进行抽吸。将该抽凝式汽轮发电机组的末两级与隔板摘除，叶轮不动，并去除动叶，经过最初的计算，该汽轮机的级数由7级降低至5级。再随时配合压力匹配装置的热力计算设计，对气动热力进行反复的迭代计算，最终将其抽汽量确定在8.5t/h-10.5t/h，而 3.55 t/h -4.05 t/h 为其被抽吸的蒸汽量，0.11MPa-0.15 MPa为其排汽压力，0.65MPa-0.75MPa为其抽汽压力。此外，压力匹配装置的出口参数确定为0.25MPa-0.3MPa，185℃-245℃。在此基础上，对高压段与低压段各级的工况热力进行计算，其结果可见表一。

表一改造设计中的工况热力计算

经计算，改造后的电功率为980KW，总功率为1160KW，且由表一可知，改造中将部分级的喷管堵去了大约三分之二以上，可见通流部分有非常大的改变。同时，为满足所需要的供热参数的要求，还要准确计算压力匹配装置的结构尺寸。

（二）改造后的节能效益分析

该化工厂将抽凝式汽轮发电机组改造成背压式机组并投入运行后，在化工生产中，排汽被完全利用，提升了该化工厂的经济效益。改造后机组在运行中， 1155KW的电功率只需要14t/h蒸汽，热效率与热电比分别为76.15%与9.85，为原有机组在纯凝工况环境下的5倍以上。该化工厂造气时需要超过15.5t的蒸汽量，相较于锅炉供汽而言，每年将获得的裕压发电量超过1000多万KWh。改造后的经济效益主要体现在以下两方面：

1.相较于抽汽运行而言，每年的节能效益折成标煤超过5150t，可节约蒸汽折成标煤超过5750t；

2.相较于纯凝运行而言，每年的节能效益折成标煤超过6650t，按照每年8000h的运行时间进行计算，可节约蒸汽折成标煤超过7150t。

综上所述，将凝汽式或抽凝式汽轮机改造为背压式汽轮机是一种经济效益好，投资少且减小非常快的节能改造方式。