供热机组双转子（高背压）及3S靠背轮技术 大唐东北电力试验研究所有限公司 2014年11月14日 报告人：王凤良 2014年11月14日

课题研究的构成 一 二 三 四 五 六 七 课题提出的背景 课题实施的技术路线与主要改造内容 课题实施的主要技术问题及应对措施 课题实施后预期达到的主要技术指标 四 课题实施的投资估算 五 课题实施的经济效益分析 六 结论及建议 七 www.themegallery.com

一 课题提出的背景 （一） （二） （三） 四 国家能源及热力市场导向 环境压力 热力发电厂供热收益 高背压供热及3S靠背轮技术的提出 www.themegallery.com

（一） 国家能源及热力市场导向 1、热的需求： 随着社会的发展及人们生活水平的提高，以热为商品的买卖行为已经由原来的黄河以北逐步蔓延至长江流域，人们在寒冷的天气里迫切需求稳定高效的热源。 2、目前热源供给现状： 社会对热源的供出主要是分散小锅炉和热力发电厂，就当前北方供热来说，小锅炉居多。而分散式小锅炉供热存在热源损失严重，供热效率低，二氧化碳及二氧化硫等化合物排放量高。 3、国家政策： 关于供热、能源消耗及环境压力，我国在2007年初国务院就批转了《关于加快关停小火电机组的若干意见》；2013年，国务院签发了《能源发展“十二五”规划》对国家的能源消耗及发展提出要求。 www.themegallery.com

（二） 环境压力 近年来，我国主要城市的污染问题已经成为我国经济发展、人民生活综合指数的提高的瓶颈，京津冀及东北区域的雾霾已经严重影响了人民的生活水平，PM2.5的严重超标已经严重危机了人类的健康。 www.themegallery.com

（三） 热力发电厂供热收益 1、热力发电厂现状： 受国家积极发展可再生资源的政策影响，造成北方火电机组上网电量较低，平均利用小时数不足4000h。许多热电厂机组常年均处在 60%以下电负荷运行，造成主机及辅机设备长期处在低效区运转，从而使机组运行能耗偏高。 2、供热收益及供热能力增加： 从电厂供热生产工艺上分析，供热收益较高，企业若实现其供热收益最大化，就必须从根本上提升机组的供热能力，将现有的机组进行供热改造以实现其提升供热能力、增加经济效益的目的。 www.themegallery.com

（四） 高背压供热及3S靠背轮技术的提出 针对上述的能源、环境、企业效益的问题，现有供热机组改造成高背压供热，或新建机组在设计、建设阶段引入3S靠背轮技术是解决上述问题的有效手段。 www.themegallery.com

二 课题实施的技术路线与主要改造内容 课题实施的技术路线 （一） 课题实施的主要改造内容 （二） www.themegallery.com

（一） 课题实施的技术路线 1、目前机组供热方式 目前的热电联产机组供热中，冬季供热是利用中排抽汽作为热网循环水的加热热源，有一定的冷源损失，但机组对于热负荷波动的适应性较好。 原抽汽机组供热方式 www.themegallery.com

（一） 课题实施的技术路线 2、 机组高背压供热方式 机组高背压供热方式利用凝汽器作为机组供热基础加热器，首先将一定量的热网循环水先引入高背压机组凝汽器，由凝汽器初步加热后进入机组原有的热网加热器进行二次加热，原有的热网加热器汽源为临机的采暖抽汽。 高背压机组供热方式 www.themegallery.com

（一） 课题实施的技术路线 3、 3S靠背轮技术的灵活供热方式 www.themegallery.com

（一） 课题实施的技术路线 提出以上两条提升机组供热能力的技术路线后，对技术路线的适应性应当充分考虑。 （1）高背压供热改造的适应性：机组高背压供热改造后，运行方式“以热定电”，机组适应电网调峰能力减弱，另外，对于采用“双转子互换”改造方案的机组每年要进行两次倒换转子，导致机组在此时间内不能发电。因此，高背压供热改造适合于供热负荷大、全年机组利用小时数少的发电企业。 （2）3S靠背轮技术的适应性：机组若利用3S靠背轮技术实现机组灵活供热的运行方式，就必须在机组的设计及建设阶段引入3S靠背轮技术，若利用现有的机组进行改造，其成本及工程量较大。因此，3S靠背轮技术适用于新建机组。 www.themegallery.com

（二） 课题实施的主要改造内容 1、主、辅设备改造内容 高背压供热改造后，供热期间机组的背压升高至35～45kPa，因此机组原有的转子及叶片不能适应机组高背压运行要求，其相关的主辅设备需要改造以适应机组高背压运行方式。 （1）低压转子及隔板 对机组进行高背压供热改造，应重新根据改造后机组适应的热网循环水量、背压、排汽温度等参数对新型低压转子优化设计，新型低压转子采用双分流对称布置，一般为2×3级或2×4级，通过冷端参数优化后确定最后级数。 www.themegallery.com

（二） 课题实施的主要改造内容 www.themegallery.com

（二）课题实施的主要改造内容 （2）低压缸及汽封 300MW机组低压内缸一改原有双层结构，新设计的低压采用新型的单层内缸结构。此结构低压内缸由于取消了原有低压双层内缸的配合面，可以有效的减少内漏，提高效率。 www.themegallery.com

（二） 课题实施的主要改造内容 （3）低压缸静叶持环 对于双转子互换来说，两套低压静叶持环，分别安装供热和纯凝两种工况下所对应的隔板。两套持环拥有与低压内缸相同的装配方式及尺寸。 www.themegallery.com

（二） 课题实施的主要改造内容 （4）汽封与导流板 对于双转子互换来说，机组高背压运行时，排汽温度升高，低压缸上抬，应进行对隔板汽封、径向汽封及导流板进行优化。 （5）低压转子轴承 目前，哈汽200MW机组与300MW湿冷机组低压缸轴承均为坐缸式，刚度较低，振动响应灵敏度较高，为了保证轴承的运行安全，首先对2#、3#、4#轴承优化调整。 www.themegallery.com

（二） 课题实施的主要改造内容 （6）凝汽器 在高背压供热改造中，其改造的核心辅机设备均为凝汽器 。机组改造后，排汽温度较高，对凝汽器热膨胀会发生变化，应设置补偿装置，用来吸收因温度变化引起凝汽器膨胀量的变化。由于采暖期凝汽器循环冷却水更换为热网循环水，凝汽器壳侧、水侧压力及换热温度提高，应根据改造后热网循环水的参数来核算凝汽器冷却面积等相关参数，管束需更换为耐压抗腐蚀性能更强的管材，同时需进行胀板加固，管板加厚，水室、壳体加强等一系列加固或更换措施。 www.themegallery.com

（二） 课题实施的主要改造内容 （7）小汽轮机 机组改造后高背压运行，小汽轮机的排汽压力也相应增加，原有的小汽轮机设备已经不能运行，为此可以通过两种方式解决：①为小汽轮机设置单独的汽液转换器；②将小汽轮机也改造为背压式小汽轮机。 （8）3S靠背轮加装及低压缸改造 由于3S靠背轮技术应用的局限性，若利用现有机组的改造其工程量较大，主要是将发电机置于高中压缸与低压缸之间，在转子之间加装3S离合器，随之与改造相关的设备及系统也会发生变化。 www.themegallery.com

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（二） 课题实施的主要改造内容 2、 热力及相关系统的改造内容 （1）热网系统：改造的目的是将一定量的热网循环水先引入高背压机组的凝汽器。 （2）循环冷却水系统：改造目的是利用临机的冷却水来实现本机冷却水功能，可在本机及相邻机组之间增设冷却水联络管道，冷却回水通过新增设的回水管道排至临机前池。 （3）采暖抽汽系统：利用临机的采暖抽汽带两台机组的热网加热器，作为热网循环水的二次加热器。 （4）热加疏水系统：热网加热器用临机采暖抽汽加热热网水后热网加热器疏水自流回到本机疏水罐；在相邻两台机组热网疏水泵出口管之间增设联络管及相应调整阀门，实现调整两台机组疏水量平衡。 （5）低压缸喷水系统：利用除盐水代替凝结水作为低压缸减温水。 www.themegallery.com

（二） 课题实施的主要改造内容 2 、热力及相关系统的改造内容 （6）小汽轮机系统：更改为小汽轮机的高背压运行方式或新增汽液转换装置，同时考虑其冷却系统和疏水系统。 （7）凝结水精处理系统：机组高背压供热改造后，凝结水温上升，原凝结水精处理装置已不能运行，需要新增装耐温的高速混床，以保证凝结水系统的安全、稳定运行。 （8）其他需优化调整的系统： 1）轴封加热系统：机组高背压供热改造后，凝结水温上升，应优化调整机组轴封加热器系统，防止因凝结水温升导致轴封冒汽及反水的发生。 2）真空泵系统：机组高背压供热改造后，凝结水温上升，已经不再适合作为真空泵的的补水，考虑新增一路除盐水作为真空泵的补水。 www.themegallery.com

三 高背压供热改造主要技术问题及应对措施 1、改造后低压转子振动：机组高背压改造后，供热期运行时，低压排汽压力升高导致低压缸温度升高，另外，200MW与300MW机组低压缸转子支撑轴承一般均为坐缸式轴承，易受低压缸变形影响，支撑刚度较低，容易在机组高背压运行时诱发机组振动。 应对措施：（1）新转子安装时重新调整轴系标高； （2）新转子末两级设计成光轴形式以减少对气流的 影响及鼓风发热； （3）对新轴系进行模态分析，优化轴系的结构。 www.themegallery.com

（二） 高背压供热改造主要技术问题及应对措施 2、改造后低压转子轴承超温：机组高背压改造后，供热期运行时，低压排汽压力升高导致低压缸温度升高，致使新型低压转子支撑轴承工作温度高，导致轴瓦稳定性差，对改造后机组的安全运行产生影响。 应对措施：（1）将目前的轴瓦更换成稳定性极佳的比可倾瓦灵活性更高的的球型支撑可倾瓦，提高轴瓦稳定性； （2）低压缸轴承座可设计喷油减温管路，用以降低排汽温度对轴承座的影响。 www.themegallery.com

（二） 高背压供热改造主要技术问题及应对措施 3、双转子互换靠背轮对中：双转子互换技术，电厂每年要进行两转子的倒换，在倒换过程中，低压转子与高压转子和发电机转子的连接是个影响机组安全运行的关键点。 应对措施：（1）采用液压连接螺栓进行连接； （2）转子在现场就地铰孔； www.themegallery.com

（二）高背压供热改造主要技术问题及应对措施 4、排汽温度上升导致低压缸中心上移和推力增大 ：机组高背压供热改造后，供热期运行，机组排汽温度升高较多，且长时间工作的较高的温度下，导致低压缸中心随膨胀上移，另外，排汽温度升高导致凝汽器膨胀量增大，会对低压缸产生附加推力。 应对措施：（1）新增低压缸强冷系统； （2）凝汽器伸缩节技术；基础弹簧重新调整等适应供热工况又同时适应纯凝工况的技术措施； （3）控制汽轮机低压缸排汽温度不超过80℃。 www.themegallery.com

（二）高背压供热改造主要技术问题及应对措施 5、相关热力系统问题 ：高背压供热改造后真空泵、轴加、冷却水系统会出现一定的问题，高背压改造后凝汽器抽气设备抽气能力降低的问题；轴加工况的运行方式改变相应措施，循环水停用后的冷却水系统不能正常工作。 应对措施：（1）真空泵的补水采用除盐水代替凝结水； （2）为现有的轴封加热器串联一台换热器，利用热网循环水的回水对加热器进行冷却。 （3）新增设冷却水系统，需将临机开式水接入本机系统或利用本机水塔水池设计新的开式水循环冷却系统。 www.themegallery.com

（二）高背压供热改造主要技术问题及应对措施 6、高背压供热机组的供热中断 ：机组高背压供热改造后，其供热能力有很大的提升，其供热面积也很大，在严寒冬季供热期间，一旦机组发生事故跳机会对社会产生很大的负面影响。 应对措施：设计热网时应充分考虑到备用容量问题，万一机组 跳闸，应从热网系统结构上，应能利用相邻机组的抽汽采暖，进行补偿，至少补偿60%以上，因此高背压改造后的机组需要临机的支援。 以上仅对较容易发生的或发生后对改造后的机组安全性产生影响的技术问题进行说明分析，在机组实际设计、改造过程中随时解决出现的问题。 www.themegallery.com

四 课题实施的主要技术指标 （一） （二） （三） （四） 高背压供热改造后达到的节煤指标 高背压供热改造后达到的节电指标 高背压供热改造后达到的节水指标 （三） 高背压供热改造后的减排指标 （四） www.themegallery.com

四 课题实施的主要技术指标 机组热效率 项目实施后，在供热工况运行时，冷水塔及机组循环水泵退出运行，由热网循环泵建立起新的“热-水”交换系统，机组的冷源损失降为零，机组循环热效率约为96%。 96% 43% www.themegallery.com

四 课题实施的主要技术指标 机组煤耗 在高背压供热工况运行时，对应发电煤耗约为139g/kW·h，较改造前机组供热期发电煤耗270g/kW·h降低了131g/kW·h。 www.themegallery.com

四 课题实施的主要技术指标 Title 节电指标：冬季停运一台循环水泵，每个采暖期节约电量：约200万kW•h 。 Add your text 节电指标：冬季停运一台循环水泵，每个采暖期节约电量：约200万kW•h 。 节水指标：冬季停运一台冷却塔，每个采暖期节约水量约11万吨。 www.themegallery.com

四 课题实施的主要技术指标 二氧化硫932吨 二氧化碳10万吨 四 课题实施的主要技术指标 按照高背压供热改造后，每个采暖期节约标煤约3.8万吨，计算减排量如下： 氮氧化物272吨 烟尘77吨 二氧化硫932吨 二氧化碳10万吨 www.themegallery.com

五 课题的投资估算 200MW机组高背压供热改造初步投资估算 序 号 工程或费用名称 建筑工程费 设备购置费 安装工程费 其他费用 合计 一 主辅生产工程 234 2652 841 3727 （一） 热力系统 2640 817 3691 （二） 电气系统 5 （三） 热工控制系统 12 19 31 二 编制基准期价差 9 6 15 三 1037 拆除费用 165 项目建设管理费 91 项目建设技术服务费 781 四 基本预备费 382 五 特殊项目费用 工程静态投资 243 847 1419 5161 200MW机组高背压供热改造初步投资估算 www.themegallery.com

五 课题的投资估算 300MW机组高背压供热改造初步投资估算 序号 名称 数量 费用（万元） 备注 1.1 低压转子 1套 1600 1.2 阀门、管道 250吨 1300 2 拆除费用 180 3 土建费用 380 4 特殊施工 150 5 凝汽器改造 900 6 热控部分 230 7 设计费用 800 8 系统调试 80 9 新转子回装、铰孔 50 10 小汽轮机改造 700 11 精处理系统 400 12 管理费10% 677 13 利润 15% 1015 14 工程其他费用 300 15 税金 6% 405 工程总投资 9167 300MW机组高背压供热改造初步投资估算 www.themegallery.com

六 课题实施的经济性分析 高背压供热改造经济性分析方法 （一） 高背压供热改造经济性分析 （二） www.themegallery.com

（一） 高背压供热改造经济性分析方法 机组高背压供热改造后，机组的冷端损失为零，节能降耗，利国利企。然而一套科学的对高背压供热改造的经济性评价方法是对高背压供热改造技术研究的不可缺少的一部分。目前，对高背压供热改造后的经济性评价主要有如下几种方式： 1、维持当前的供热能力（维持当前的供热面积不增加），保证与上个采暖期相同的电负荷，计算机组高背压供热改造后节约燃料收益； 2、充分发挥改造后机组的供热能力（有足够大的供热面积），维持锅炉设计最大的主汽蒸发量，计算机组高背压供热改造后供热及发电收益； 3、对于全年利用小时数高的机组，高背压供热改造后，根据机组供热期“以热定电”的运行方式，以及机组一年两次更换转子所影响的机组发电量，综合计算机组改造后全年的经济效益。 www.themegallery.com

（二） 高背压供热改造经济性分析 1、在保持与上个采暖周期相同的发电负荷与供热负荷的条件下，初步估算经济效益： （二） 高背压供热改造经济性分析 1、在保持与上个采暖周期相同的发电负荷与供热负荷的条件下，初步估算经济效益： 200MW机组高背压改造后每个采暖期共增加经济效益约1800万元；在节能方面，每个采暖期节约标煤3.8万吨。 2、为发挥机组高背压改造后的最大供热能力，按照电厂运行中锅炉实际最大连续蒸发量计算供热期的经济效益： 200MW机组经高背压供热改造后，发挥改造后的机组最大供热能力结合电网实际电负荷，每个采暖期共增加经济效益约3500万元。 www.themegallery.com

七 结论及建议 课题实施的可行性 （一） 课题实施的效益 （二） www.themegallery.com

七 结论及建议 课题实施的可行性 （一） 就目前的技术上，在客观条件（如供热面积的限制）允许的条件下，对容量在300MW及以下的机组实现高背压供热改造，其技术上是可行的。 www.themegallery.com

七 结论及建议 课题实施的效益 （二） 1、高背压供热改造：机组经过高背压供热改造后，机组热耗、煤耗都有大幅度的下降，高背压供热改造，其热耗降至约3620kJ/kWh，发电煤耗降至139g/kWh。 2、3S靠背轮技术：英国3S公司统计，两台35万超临界机组+3S离合器方案后，每年可以节约成本360万元。采用超临界机组+3S离合器方案，机组的平均供热标煤耗率比常规超临界35万机组方案要减少1.63 千克/吉焦。 3、机组高背压供热改造后，机组供热能力增加，在节约合理利用能源的同时，每个采暖期可向大气减排大量的二氧化碳、二氧化硫等排放物，创造良好的社会效益。 www.themegallery.com

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