于磊
山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013
前言
我国化石能源中，煤炭资源储量丰富、油气资源相对短缺，与此对应，发电行业形成了以燃煤发电机组为主、其它能源发电机组为辅的局面。2007年1月，国务院下发《关于加快关停小火电机组的若干意见》，要求各地加快关停小火电机组，推进电力工业结构调整。经过10多年治理，目前我国仍有为数不少的小型燃煤火电机组。对于建成时间较晚、技术较新的小机组，一刀切将其拆除无疑是对社会资源的浪费，如何兼顾电厂就业、环保要求和合理利用现有资源，成为摆在电力行业面前的一道难题。
2016年，国家多部委联合下发了《关于印发<热电联产管理办法>的通知》（发改能源〔2016〕617号），鼓励具备条件的机组改造为背压热电联产机组，为小机组改造指明了方向。
关键词：背压机、凝汽式汽轮机改造、凝汽器
1、工程概况
蒙东地区某热电厂原有四台小机组，承担市区499万m2居民采暖供热，该热网为孤网运行的低温网，该厂是唯一供热热源单位，该厂后新建二台135MW抽汽凝汽式汽轮发电机组，中压缸排汽作为采暖抽汽汽源，分别于2006年12月和2007年8月建成投产。热电厂原有四台小机组到期关停之后，两台135MW抽凝机组的供热能力不足，经研究分析，需将其中一台135MW抽凝机组改成背压机组，提高机组供热能力。
抽凝机组改成背压机组过程中，诸多热力系统需要调整，其中，凝汽器是否继续运行是一个比较重要的问题，本文重点分析该问题。
2、凝汽器的作用
凝汽器是凝汽式机组的重要设备之一，不可或缺，其主要作用有：
（1）提供真空环境，提高蒸汽在汽轮机中的做功能力。
（2）回收系统各处排出的水和蒸汽，并将汽轮机排出的蒸汽变成水，无法利用的热量排到循环冷却水系统中。
（3）凝汽器热井储存大量水源，调节整个热力系统的水量平衡。
3、低压转子冷却方案与凝汽器运行方式
改造成背压机后，汽轮机尾部排汽不再进入低压缸做功，而是全部进入供热首站换热器换热。原低压转子失去作用，将其拆除，更换成一根新设计的低压光轴转子，光轴转子连接高中压转子与发电机，不做功，仅起到传递扭矩的作用[1]。汽轮机运行过程中，光轴转子与周围的空气（或蒸汽）发生摩擦，产生大量热量，若不及时带走此热量，热量累积，将会影响机组的正常运行[3]。结合凝汽器运行方式，低压转子冷却方案有两种[2]：方案一，凝汽器热备用，低压光轴转子采用蒸汽冷却；方案二，凝汽器停用，低压光轴转子采用空气冷却。两种方案具体分析如下。
方案一、凝汽器热备用，低压光轴转子采用蒸汽冷却
为了冷却光轴转子，将5～10t/h蒸汽减温减压后送入低压缸，此时凝汽器需正常运行，维持凝汽器低真空，保证适量的循环水进入凝汽器，冷凝冷却蒸汽，凝汽器背压值控制在15kPa以下冷却效果较好。抽真空系统亦需正常运行，低压轴封系统无需改动。
该方案优点是系统改造工作量较小，缺点是要增设为低压缸提供冷却蒸汽的减温减压器，同时循环水系统、轴封系统、抽真空系统均需运行，维护工作量较大，运行能耗较高。
方案二、凝汽器停用，低压光轴转子采用空气冷却
此方案适合用于电动给水泵系统，需增设两台100%容量低压缸抽风机，一运一备。低压缸连通管入口加装滤网敞开，作为冷却空气入口，用抽风机将空气从凝汽器开孔处抽出，带走摩擦产生的热量。低压缸端汽封可拆除。
该方案优点是循环水泵、真空泵、凝结水泵等均停用，辅助系统运行功耗低，同时冷却塔停用，减少循环水蒸发消耗；缺点是系统改造工作量较大。
4、两冷却方案经济分析
两种冷却方案运行电耗对比见表1。
表1 低压光轴转子两种冷却方式运行功耗对比表
由表1可知，空气冷却方案比蒸汽冷却方案年节省厂用电198.17万度，按照当地电网燃煤发电标杆上网电价0.3035元/千万时计算，每年可节省运行费用（电费）约60.14万元。
新增设备费方面，蒸汽冷却方案需新增一套减温减压器系统，设备费约20万元；空气冷却方案需新增两台100%容量抽风机，总投资约3万。
从设备费和后期的年运行费用考虑，本工程采用空气冷却方案收益可观。
5、小结和建议
从改造工程量和后期运行费用考虑考虑，空气冷却方案具有系统简单、维护工作量较小、节能等的优点，蒸汽冷却方案具有改造工程量较小的优点。从设备费考虑，空气冷却方案设备初投资少。
综上所述，本工程最终采用空气冷去方案，凝汽器、凝结水泵等辅机设备停用。
本文分析了凝汽式机组改成背压机组后凝汽器是否继续运行的问题，类似改造项目可参考本文进行分析。
参考文献
[1] 靖长财.机组工业供汽集成和优化技术研究及应用[J].神华科技.2018. 7:45-47.
[2] 周博.200MW超高压抽凝式汽轮机组高背压改造的可行性研究[J]，机械工程师，2018年第4期.
[3] 刘娆.汽轮机高背压供热改造的方式[J]. 机械工程师, 2017, (9):135～136.
作者简介：于磊，男，36岁，工学硕士，毕业于东南大学能源与环境学院，主要研究方向为电厂机务专业设计、供热改造技术研究和新能源研究（风、光、生物质）等。