供热汽轮机节能.pdf

2009-3-241 东南大学能源与环境学院东南大学能源与环境学院东南大学能源与环境学院东南大学能源与环境学院 20092009年年年年0303月月月月2626日日日日 供热汽轮机节能供热汽轮机节能供热汽轮机节能供热汽轮机节能 葛葛葛葛 斌斌斌斌 20092009年全国火力发电厂节能技术培训班年全国火力发电厂节能技术培训班年全国火力发电厂节能技术培训班年全国火力发电厂节能技术培训班 （汽机部分）（汽机部分）（汽机部分）（汽机部分） 2009-3-242 第五单元提要第五单元提要第五单元提要第五单元提要 1. 概述概述 1.1 供热汽轮机的特点供热汽轮机的特点 1.2 供热汽轮机的主要热经济性指标供热汽轮机的主要热经济性指标 2. 纯凝机组改造为供热机组案例纯凝机组改造为供热机组案例 2.1 改造的必要性与可行性改造的必要性与可行性 2.2 改造的预期目标与原则改造的预期目标与原则 2.3 技术方案与实现途径技术方案与实现途径 2.4 改造需要注意的问题改造需要注意的问题 2.5 结论与建议结论与建议 2009-3-243 供热汽轮机供热汽轮机 1. 概述概述 1.1 供热汽轮机的特点供热汽轮机的特点 供热汽轮机是一种同时既发电又供热的动力装置 它利用动力循环中排放到低温热源的热能（冷源损 失）向外供热 使循环效率得到提高 纯发电的整个动力装置的热效率为： 式中 W 和 Q1是朗肯循环发出的电能和吸热量； 1 cp W Q = 2009-3-244 供热汽轮机的特点供热汽轮机的特点 由于生产两种产品 W 和 Q 整个动力装置热效率为 背压机热电比可高达6 8，使最高可达85%。 背压机背压的高低对热效率影响不大。 抽凝式机组介于纯凝机组和背压机之间（40 85%） 11 (1)(1) tpcp WQWQQ QQWW + =+=+ tp 0 c Q W 因此 tp t 2009-3-245 供热汽轮机的特点供热汽轮机的特点 背压式汽轮机的特点背压式汽轮机的特点 排汽参数高 整机理想焓降小 若用节流调节 则在低负 荷时节流损失大 因此一般采用喷嘴调节采用喷嘴调节。 在同样功率与平均直径的条件下 背压机由于焓降小 约 为相同新汽参数下凝汽机组的1/3 1/8, 总流量较大 叶高与部分进汽度均较大 以热定电的运行方式以热定电的运行方式 背压式汽轮机发电量决定于供热 量 两种负荷不能独立调节 2009-3-246 抽凝式汽轮机的特点抽凝式汽轮机的特点 运行灵活 能在一定范围内 供热量与电功率可独立调节 抽汽前后汽缸流量相差较大 低压缸流量及低压加热器 的负荷很小 最低压力加热器甚至要切除 为了带走摩擦鼓风损失所产生的热量，低压缸运行受 最小流量的限制，一般为低压缸设计流量的5% 10% 供热汽轮机的特点供热汽轮机的特点 2009-3-247 2009-3-248 供热汽轮机的主要热经济性指标供热汽轮机的主要热经济性指标 1.2 热电厂总的热经济性指标热电厂总的热经济性指标 热电厂的燃料利用系数热电厂的燃料利用系数 tp tp（热效率） （热效率） 热电比热电比 热化发电率热化发电率: 热化发电量与热化供热量的比值 %1003600/×=WQR http 3600 tp h tp Q Q W + = , / h h t W kWh GJ Q = 2009-3-249 供热汽轮机的主要热经济性指标供热汽轮机的主要热经济性指标 热化系数热化系数 供热机组最大热化供热量与最大热负荷之比 表明了联 产汽轮机供热在总供热量中所占的比例 () () ht M tp h M Q Q = 2009-3-2410 纯凝机组改造为供热机组案例纯凝机组改造为供热机组案例 机组概况机组概况 南热#3机是东德生产的凝汽式汽轮机，共有17级，5级 回热抽汽，在额定功率50MW下各级的抽汽参数为： 2.5MPa/385、1.28MPa/306、 0.54MPa/215、 0.26MPa/151、 0.10MPa/x=0.98；排汽压力：当冷 却水进水温度为20时，排汽压力为0.005 MPa。 #3机在40MW（原设计经济功率）运行时的第二级参数 为1.13MPa/283满足供热参数要求。 改造前机组发电煤耗率为390g / kWh，630元/吨标煤 2009-3-2411 纯凝机组改造为供热机组案例纯凝机组改造为供热机组案例 改造的必要性改造的必要性 该机组由于设备老化、设计陈旧、煤耗高；燃料价格 的上涨，发电成本急剧上升 面临#1、#2供热机组退役停运 周边热电负荷的需求持续增长如南化、南钢和华能南 京电厂生产用热稳定增长 将#3、#4凝汽式机组改造为供热机组，以替代#1、#2 机抽汽供热，同时也为老机组提供了一条生存之路。 2009-3-2412 改造的必要性与可行性改造的必要性与可行性 改造的主要方式 ： 开孔抽汽 改造为非调整抽汽供热机组 结合通流部分改造为调整抽汽供热机组 改为背压机 利用排汽供热 改造的可行性改造的可行性 对#3、#4机组开孔抽汽供热改造 进行了可行性研究 按照南京市大厂区供热规划 对热负荷进行调查、核实 根据机组本身具体条件提出可行的若干改造方案 进行热力计算 确定主要经济指标 2009-3-2413 改造的必要性与可行性改造的必要性与可行性 计及改造后电功率减少的补偿 选择年节能量和年计 算费用综合效益最佳的方案 根据热力、强度核算的结果 进行必要的试验 确保改 造后安全运行 进行可行性研究、评价时 应满足企业效益控制指标 并兼顾社会效益 对改造项目的经济效果进行了动、静态分析 资金落实 很重要 若为多渠道来源的项目 可研报告中要提出分 摊方法及贷款偿付方式 2009-3-2414 改造预期目标改造预期目标 供生产抽汽量32t/h 最大35t/h 供热参数为1.1-1.25MPa/280-340； 应满足国家规定的热电联产指标：热电比50， 热效率45 消除原机组改造范围内的缺陷和薄弱环节 改造后#3机仍具有不低于3540MW的发电能力 改造的预期目标与原则改造的预期目标与原则 2009-3-2415 改造的预期目标与原则改造的预期目标与原则 改造原则改造原则 安全可靠改造后，开孔的缸体所受的应力应在允许的 范围内；改造后的通流部分（包括喷嘴、隔板和动叶） 强度仍在安全范围内 尽可能保留原机组的基础、可用设备部件和热力系统 减少改造范围及费用 以热定电 力求节能降耗 采用先进而成熟的改造技术 注重试验验证 2009-3-2416 技术方案与实现途径技术方案与实现途径 机组改造方案机组改造方案 确定由第二级回热抽汽处增开供热抽汽口; 同时为了保 证抽汽压力、流量 采用封堵喷嘴的办法 第七压力级隔板 Z=48 e=40/48Z=58 e=54/58 第八压力级隔板 堵8只，保留40只堵4只，保留54只 2009-3-2417 新蒸汽 0.588 P EB 回水 BC D D C AA 补水 B 0.118 P 二级扩容器来 一级扩容器来 流量D t/h 焓h kJ/kg 温度t °C 压力P MPa(a) 给水 218.65 12.6 201 940.58 185.25 12.6 792.1 201 218.65937.41 13.42.26 186.05789.99 21.5451.15 159.8681.8 20112.6 3079314.48 1.153.76 165.73 0.2212 2800 10.94 142.86601.97 153.353 1.152 115.43 1.152 485.08 153.353 81.1 1.152 340.44 153.353 147.86 0.4494 623.01 8.008 123.43 0.2212 518.36 9.92 13.4 3210384.73 2.26 314.48 1.15 3079 29.226 8.008 2907223.08 0.4494 4.794 2660 0.0732 91.1 0.0043117.953 239530.22 314.483079 251.15 供热抽汽 8.826 5303464.31 195 1.152 228.74 134.482 9.529 20 91.1 0.07317 381.6 22.722 17.5 30 125.92 80335.71 19.042 发电机功率 Ne MW 42.06 0.7539 oi 汽轮机内效率 2009-3-2418 2009-3-2419 变工况热力核算与强度校核变工况热力核算与强度校核 调节级和7个压力级组成高压段 抽汽口后面组成低压段 上缸4个抽汽孔对称布置 下缸一个抽汽孔（原为轴封漏 汽）由5根管道接至273×7联箱对外供汽 变工况热力核算与强度校核变工况热力核算与强度校核 以试验数据为基础 按照曹祖庆教授的汽轮机变工况理 论建立通流部分的热力计算与强度核算模型 各级流量系数和速度系数取值与试验工况相符合 采用热力计算与强度计算交叉逐次逼近的方法，确定 危险工况的供热抽汽压力上限值和下限值。 遵循蒸汽的膨胀规律，优化分配低压部分的各级焓降 2009-3-2420 验收性能试验结论验收性能试验结论 机组最大进汽量195t/h下，供热抽汽压力1.15MPa（a） 时，抽汽量为35 t/h，负荷44.05MW 与改造前最大凝 汽工况相同 机组改造后 满足各项设计要求 达到设计供热能力 机组改造后的热电联产指标符合国家规定： 热电比50，热效率45 2009-3-2421 额定参数电热负荷曲线额定参数电热负荷曲线 电功率MW 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 t/h主蒸汽流量 48 47 46 45 44 43 42 41 40 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 t/h 抽汽流量 主蒸汽压力：8.826MPa 主蒸汽温度：530 供热抽汽压力： 1.15MPa(a) 最大主汽流量：195t/h 排汽压力：0.0054MPa 说明： 本图按机组投运后试验数据绘 制 机组以“以热定电”的方式运行 机组纯凝工况，受二抽压力1.26 MPa限制。 2009-3-2422 开孔改造后供热机组运行现场开孔改造后供热机组运行现场 2009-3-2423 改造前后运行方式有较大差别 运行规程需要相应修改 抽汽回水率低 化水系统需扩容 并考虑补水引入点位置 增设保护装置： 供热抽汽管道上 靠近抽汽口处 应安装快关逆止阀 在逆止阀前的管道上应装安全阀 抽汽压力低限、高限报警提示；在抽汽压力高于 0.6MPa 时 才允许向外供热 由于外界原因甩负荷时 要求联动：同步器降至零负荷 位置；关闭磁力断路油门；关闭供汽管道上的逆止阀 改造需要注意的问题改造需要注意的问题 2009-3-2424 改造需要注意的问题改造需要注意的问题 抽汽压力的变动 会使抽汽口前一级的应力状况发生剧 烈变动 因此须对该级进行详细的变工况应力核算 改造后轴向推力发生一些变化 一般凝汽式机组最大轴 向推力是在最大负荷下发生 供热机组情况复杂 供热管道对汽缸无障碍 允许自由膨胀 2009-3-2425 实施改造后，#3机发电标准煤耗率下降到348.2g /kwh 每年可节约标煤10,080吨，折合人民币635万元（按标 煤价为630元/吨）具有良好的节能效果 改造消缺后，测试表明在最大热负荷工况下，发电功 率达到改造前纯凝工况最高水平，其时监视段压力仍 低于4.5MPa 4.8 MPa （设计上限值） 并且推力瓦温 度由原85下降至70 实施改造后企业2005年获得4,235万元人民币的经济效 益，并为周边地区提供廉价和方便的生产抽汽和采暖 抽汽，具有良好的经济效益和社会效益 结论与建议结论与建议 2009-3-2426 结论与建议结论与建议 本项改造具有示范带动作用，给同类高参数机组甚至 超高参数机组的生存指出了一条途径 建议凝汽机组供热改造或新建的准入指标适度提高， 如年均发电煤耗率不高于网内年平均水平 ，年均热电 比不低于省网年均水平。