鞍钢齐矿热电厂热力系统及设备的优化改造.pdf

东北大学硕士学位论文鞍钢齐矿热电厂热力系统及设备的优化改造姓名：马光宇申请学位级别：硕士专业：动力工程指导教师：王承阳20050801东北大学硕士学位论文摘要鞍钢齐矿热电厂热力系统及设备的优化改造摘要能源与环境已成为世界性课题，能源的合理开发和节能是人类社会可持续发展的需要，热电厂是能源转化单位，如何提高并规范热力系统的生产能力，消除热力系统中浪费能源的环节。为此，我们对鞍钢新钢铁齐矿热电厂热力系统及设备进行了优化改造。主要是利用现代热力涡轮机新技术，对通流系统的流动过程进行增容增效改造，同时将三台7 5 t h 煤粉炉燃烧器改造成带侧边风的水平浓淡燃烧器，解决了低负荷稳燃及防结焦难题。锅炉D C S 改造取代了常规传统仪表，提高了自动化水平，解决了常规仪表故障频率高的问题。大大降低了现场工人的劳动强度，为向数字化电厂迈进奠定了竖实的基础。采用西安交通大学林月超教授的专利技术汽、液两相流新式自调节液位疏水控制器，解决了老旧浮子式疏水器疏水失灵造成的高压加热器、低压加热器疏水失灵，进而造成加热器无水位运行，疏水管内汽水冲击而造成高、低加疏水管弯头频繁泄漏的问题。结果如下：(1)我厂与南京汽轮电机厂合作开发C 1 2-5 0 5 汽轮发电机组增容增效改造为C 1 5-5 0 5 汽轮发电机组，增加了发电能力，降低了热耗率，提高了机组效率。(2)锅炉燃烧器改造，解决了长期困扰我厂7 5 t h 煤粉炉的结焦问题，提高了锅炉在低负荷情况下的稳燃能力，年节约轻柴油近2 0 0 吨，经济效益显著e(3)锅炉D C S 改造，提高了电厂的自动化水平，减轻了运行人员的操作强度，提高了锅炉及汽轮机的热负荷自动跟踪能力，提高了司炉人员的反事故应急水平。(4)商低压加热器疏水系统改造，优化了电厂的热力系统，提高了系统效率，减轻了维护工作量，提高了高低压加热器的投用率。关键词汽轮机增容锅炉浓淡燃烧D C S 系统优化查苎查兰堡主兰竺竺查塑墨O p t i m i z a t i o na n dr e f o r m a t i o nf o rt h e r m o d y n a m i cs y s t e ma n de q u i p m e n ta th e a t i n ga n dp o w e rp l a n to fQ i D a S h a nM i n ei nA n G a n gG r o u pA b s t r a c tR e s o u r c eo fe n e r g ya n de n v i r o n m e n ti sb e c o m i n ga ni m p o r t a n ts u b j e c ti nt h ew o r l d，I ti sn e c e s s a r yf o rs u b s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fh u m a n b e i n g s o c i e t yt oE l S ea n ds a v ee n e r g yr e a s o n a b l y H e a t i n ga n dp o w e rp l a n ti sa nu n i to fe n e r g y 一一e x c h a n g i n g T os o l v et h ep r o b l e m sO f fh o wt oi m p r o v ea n dc e n t r e lt h ep r o d u c t i v ee a p a c i t yo ft h e r m o d y n a m i cs y s t e ma n dt oe l i m i n a t et h ek e yp a r to fe n e r g yw a s t eo ft h e r m o d y n a m i cs y s t e m，W eh a v eo p t i m i z e da n dr e f o r m e dt h et h e r m o d y n a m i cs y s t e ma n de q u i p m e n t sa th e a t i n ga n dp o w e rp l a n to fQ i D a S h a nM i n ei nA n G a n gG r o u p T h em a i nm e t h o di st ou t i l i z et h em o d e r nn e wt e c h n o l o g yo ft h e r m o d y n a m i ct u r b i n e，i no r d e rt or e f o r ms t e a mf l o wp a t h A tt h es a m et i m e，W eh a v er e f o r m e dt h r e e7 5t hp u l v e r i z e d-c o a lf i r e db o i l e r so nb u r n e r,t h a ti s t r a n s f o r m a t i o no fD Cb u r n e rh a sr e f o r m e di n t oh o r i z o n t a Ib u r n e rw i t hp r o f i l ew i n d T h i st r a n s f o r m a t i o ns o l v e dt h ep r o b l e m so nh o wt oc o n 廿o lt h ec o m b u s t i o ni nl o wI o a dc o n d i t i o na n da n t i-e m e r g e n c y T h eD C Sr e t r o f i to f t h et h r e eb o i l e r si n s t e a dt h et r a d i t i o n a lm e t e r s m o r eo v e r,i ti m p r o v et h el e v e lo fa u t o m a t i o na n ds o l v eh i g he m e r g e n c yr a t eo ft r a d i t i o n a lm e t e r s，r e d u c e dt h el a b o u ri n t e n s eo fw o r k i n gw o r k e r sg r e a t l y，l a i das o l i df o u n d a t i o nf o rd i g i t a lh e a t i n ga n dp o w e rp l a n t B yu s i n gt h es p e c i a lt e c h n o l o g yo fp r o f e s s o rL i nW a n c h a oi nX i a nJ i a n t o n gU n i v e r s i t y a u t o m a t i ca d j u s t i n gd r a i n a g e s y s t e m c o n t r o l l i n g-l e v e l-c o n t r o l l e ro fs t e a ma n df l u i dt w op h a s e sf l o w，w ec a ne l i m i n a t et h ep r o b l e m sw h i c ht h eo l df l o a t i n g-t y p ew a t e r l e v e lc o n t r o l l e rf s i lt oc e n t r e lt h ew a t e rl e v e lo fL Ph e a t e ra n dH Ph e a t e r M o r eo v e r,i te v e nc a nc a u s en ow a t e r-l e v e Jo p e r a t i o no fL Ph e a t e ra n dl i Ph e a t e ra n dc a u s et h eC O r n e ro fd r a i n a g ep i p es y s t e ml e a kf r e q u e n t l yb e c a u s eo f s t e a m-w a t e rt u r b u l e n c ei nd r a i n a g es y s t e m，t h er e s u l t sa r e：1 O u rp l a n th a sc o o p e r a t e dw i t hN a n j i n gs t e a mt u r b i n eg e n e r a t o rc o m p a n ya n dd e v e l o p e dt y p eC12-5 0 5i n t ot y p eC15-5 0 5 A tt h es a m et i m e，i n c r e a s e dc a p a c i t ya n dd e c r e a s e dt h et h e r m a lc o n s u m p t i o nr a t e，p r o m o t et h et u r b o-g e n e r a t o ru n i te f f i c i e n c y 2 R e f o r m a t i o no ft h et h r e e7 5t hp u l v e r i z e d c o a lf i r e db o i l e r so nb u r n e rh a ss o l v e dt h es e r i o u se o k i n gp r o b l e mo fb u r n i n g-s o l i dw a s t ec o n g l u t i h a t i n gw i t hb o i l e r s w a t e r-c o o l i n gw a l lw h i c hp u z z l e dU Sf o ral o n gt i m eo n7 5 t t hp u l v e r i z e d c o a lf i r e db o i l e r s E n h a n c et h eb o i l e r ss t e a d yc o m b u s t i o na b i l i t yi nl o wl o a dc o n d i t i o n、I tC a r ls a v et i g h td i e s e lo i la b o u t2 0 0t o np e ry e a rw i t hs i g n i f i c a n te c o n o m i cp r o f i t s3 T 1 1 eb o i l e r s D C Sr e t r o f i tc a ni m p r o v ea u t o m a t i cI e v e Ii no u rp l a n t，r e d u c eo p e r a t i n gw o r k e r s O p e r a t i n gi n t e n s e，u p g r a d et h ea u t o m a t i cf o l l o w i n gt h et r a c k so ft h eb o i l e ra n dt u r b i n eh e a t i n gl o a d，i nt h ee n d，i tc a ni m p r o v et h el e v e lo ft h ec h i e f s t o k eo na n t i e m e r g e n c ya n dd e f l i n gw i t ha c c i d e n t s-1 1 1 东北太学硕士学位论文4 D r a i n a g es y s t e mr e t r o f i to fH Ph e a t e ra n dL Ph e a t e rh a so p t i m i z e dt h et h e r m o d y n a m i cs y s t e mo fo u rp l a n t，i m p r o v e dt h es y s t e me f f i c i e n c y,r e d u c e dt h em a i n t a i n a b l ew o r k，h e i g h t e n e dt h eu t i l i z i n ge f f i c i e n c yo f t h eH Ph e a t e ra n dL Ph e a t e r K e yw o r d sS t e a mT u r b i n e，C a p a c i t yi n c r e a s e m e n t，B o i l e r,D C Ss y s t e m，c o m b u s t i o no fi n t e n s ea n dt h i np h a s e s，O p t i m i z a t i o nI V 声明本人声明所星交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明显的说明并表示谢意。本人签名：马擗日期：2 0 0 5 年8 月东北大学硕士擘位论文第一幸前言第一章前言1 1 热电厂热力系统与设备的国内外发展状况1 1 1 汽轮机技术的发展历程热力发电厂的核心设备之一是汽轮机。汽轮机技术水平代表着热力发电厂的技术水平。1 8 8 3 年瑞典人D eL a v a l 试制了第一台单级蒸汽透平，1 8 8 4 年英国人P a r s o n s试制了第台多级(反击式)蒸汽透平：1 9 0 0 年美国人C u r t i s 制成了双列速度级单级蒸汽透平，1 9 0 2 年法国人R a t e a u 制成了第一台冲动式多级蒸汽透平e 自1 9 0 2年第一台汽轮发电机组诞生以来，作为电力设备的主要设备之一。它在世界各地得到了广泛的应用和飞速发展。从典型调节系统到功频调节系统，再到电液调节系统。从小功率到大功率，从定转速到变转速，最近几年发展到可通过改造达到增容的目的。为提高蒸汽轮机的效率，人 f】提出热电联合生产的方法郎热电联产，从以建筑物集中供热为主的城市热电联产、企业自备电厂的热电联产到区域性热电联产。给人们的生产和生活带来了极大的方便和改善。汽轮机作为一种大型叶轮机械，其设计科技含量高，工艺制造难度大。世界范围内汽轮机技术的进步大体可分为三个阶段。1 9 7 0 年前为第一代，又称为传统设计时代。这个时期，以实验气动力学为基础动、静叶型主要通过吹风实验来确定其型谱。汽轮机设计以平均截面上一维流动的手工计算为主，静、动叶片广泛采用直叶片和简单扭转叶片，国产三缸三排汽3 0 0 M W 汽轮机，包括国产1 2 5 M W和1 0 0 M W 及以下汽轮机均属于此代产品。8 0 年代为第二代。在这个时期，由于电子计算机的出现，二维流场计算成为可能，计算气动力学逐步代替传统设计，出现了以可控涡概念为代表的二维设计理论，叶片按较为复杂的造型规律扭转，汽轮机效率提高约1 5。9 0 年代以来，由于计算流体力学、计算机技术及叶轮机械气动热力学的迅速发展，在世界范围内，汽轮机技术已进入全三维叶片设计与造型为基本特征的第三代。第三代的突出代表是弯扭联合成型叶片，汽轮机效率叉提高约1 5。目前，第三代叶片的设计概念及其优越性已为世界所公认，几乎所有1 东北大学硕士学位论文第一章前言知名汽轮机厂家都在大力开发与应用，其中三菱、G E 公司发展较快，已部分用于新产品。1 9 7 0 年代以来，特别是近1 0 年来，叶轮机械气动热力学迅速发展，以弯扭联合成型全三维叶片为代表的第三代叶片，已由实验室逐步进入工业试验和小批量生产实用阶段。目前，世界上几乎所有的大型汽轮机制造厂家，如三菱、A B B、G E、西屋、目立、西门子、G E C、A L S T H O M，以及我国汽轮机行业都在积极研制弯扭叶片的新一代汽轮机，有的已投入运行。世界各大公司发表的实验结果表明。采用全三维弯扭叶片一项措施，即可提高汽轮机效率1 5 0 A r-2，甚至更高。还有其他成熟的先进技术，如：高效新型叶型，全三维流型(静、动叶匹配)，高效后加载静、动叶型，薄出汽边，弯扭联合成型叶片：大型叶栅，高效跨音速叶栅，分流叶栅，弯扭叶栅，予午面收缩叶栅；弯扭静叶，斜置喷嘴，调节级喷嘴子午面收缩型线：高中低通流部分全部采用一维，准二维，准三维，全三维气动热力设计体系。在结构设计方面：采用自带冠动叶片，增加汽封片，动、静叶栅予午通流部分光滑；取消控筑，合理调整通流间隙；以锅质焊接隔板代替铸铁隔板：采用新型汽封“布莱顿”可调汽封、“卫士”汽封、软态铁索体汽封(高、中压部分)及铜汽封(低压部分)。反动式汽轮机采用了全新的高效率反动式可控涡叶型系列，全三元气动设计技术系统，C F D 技术对进排汽蜗壳的改进，通流部分通道优化设计技术，自带围带动时，新的强化叶根婆!线，自由叶片的混合调频技术，低压段蜂窝式汽封，马刀型反动式叶型系列等先进设计技术。在制造中采用了无余量精密铸造，叶片数控加工，隔板、围带激光加工等新工艺、新技术，机组效率进一步提高，安全可靠性大幅度提高，适应变工况的性能大大增强。我国汽轮机工业自5 0 年代从引进前苏联技术起步，掌握了第一代汽轮机的设计方法，最大单机容量达至I J 3 0 0 M W。8 0 年代初引进的美国西屋公3 0 0 M W 和6 0 0 M W 机组仍是第一代设计。后来，哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂两厂经过1 0多年的消化、吸收，并采用第二代设计概念进行改进，其性能已达到或接近第二代汽轮机的水平。但是，我国汽轮机制造业自身还没有形成独立开发第三代设计方法的能力，外国汽轮机制造厂家出于市场竞争的需要，不愿意与我们合作，不论我国汽轮机制造业采用何种方式，他们也不愿或至少短期内不愿把第三代设计技术转让给我方。在中国科学院工程热物理研究所，哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学等离等院校，哈尔滨、东方、上海、北京等汽轮机制造厂的共同奋斗，并在电力部门的支持下，9 0 年代中后期开发出具有，9 0 年代先进水平的汽轮机通流部2 东北大学硕士学位论文第一章前言分三维技术。三维技术在国产2 0 0 M W 汽轮机改造中的成功，表明我国已开发出理论先进、程序可靠、系统配套、具有我国自主知识产权的新一代汽轮机气动热力设计体系，掌握了新一代大型电站汽轮机设计核心技术，基本实现了我国在这领域由6 0、7 0 年代水平向9 0 年代国际先进水平的跨越。这对提高我国制造行业的技术水平，促进电力工业的技术进步，增强民族工业的竞争力，有着十分重要的意义。1 1 2 当前热电联合生产的几种类型热电联合生产是使蒸汽在汽轮机中膨胀到热用户所需要的某一压力或温度，然后从汽轮机中排出或抽出，经过换热绒直接将蒸汽供给热用户使用，即电厂既供热又供电，而且供热品位按照热用户的需要，实现按质用热，从而具有良好的热经辚性。按照热负荷的特征，目前热电联产有三种类型：1 1 2 1 以建筑物集中供热为主的城市热电联产该类型热电联产的热负荷以城市冬季采暖为主，其负荷特征是，年负荷随季节变化大，日负荷随昼夜变化大。但规律性明显。一般负荷规模在5 0 M W 以下，机组类型一般采用单抽冷凝、双抽冷凝和或背压机组。这类热电联产可以按照设计王况调整运行，热经济性好，但年设备利用率低，目前常常半年闲置。1 1 2 2 企业自备电厂的热电联产如果某一工业企业内部既有热的需要，又有电的需求，它就可以建立一个热电站，用一台或几台热电汽轮机供应电力和热能。有的大型企业，如钢铁联合企业自行装设I O O M W 以上的热电汽轮机，大的化工企业自建3 0 0 M W 的热电汽轮机。企业热负荷的特点是，年负荷比较平稳，除非企业经营遇到很大的困难；日负荷随着生产在一定范固内随机发生变化，即存在不确定性。因此该类型热电联产年设备利用率高，但日常运行大多偏离设计工况，热经济性受到影响。1 1 2 3 区域性热电联产大型独立的热电联合生产企业，服务对象兼有企业集中供热和城市建筑物集中供热，此种情况，热用户比较集中而且耗热量比较大，可以建造大规模的中心热电站，像中心发电站样向周围的热用户供热并向电网供电，这时采用的汽轮机就是中心热电站汽轮机。由于规模大，有充足的回旋余地进行负荷调配，结合适当的调峰熟源，可以常年保持比较高的热经济性运行。1 东北大学硕士学位论文第一章前言我国东北地区工业发迭雨气候寒冷，工业用电用热，居民生活采暖对热能的需求量大，适宜采用区域性热电联产。1 1 3 摭电联合生产的未来发展趋势首先是为了解决城市热电联产设备年利用率低而影响技术经济性的闻题，所发展的技术方案是热电冷联合生产，即夏季利用机组的供热能力，采用吸收式制冷机进行热制冷。进而从全面减少资源消耗，减少废弃物排放，减少环境污染与生态破坏的思路出发，提出的包括煤气生产、氢制取、灰渣资源化等等的多联产技术，以及包括天然气、燃气轮机、燃料电池、太阳能、生物质能等多能源供应的联合生产技术。1 1 4 小型企业自备热电联合生产的更新改造小型企业热电联产项目常常面临负荷适应能力差，超负荷运行困难等缺点，一般在运行初期状况良好，而随着所在企业规模效益的不断提升，逐渐成为制约企业扩大再生产的瓶颈。所以小型企业热电联产项目常常面临升级更新改造的任务。最简单的改造方式是淘汰旧机组，购置新机组，很明显存在赞金浪费的问题。比较合适的改造方式是对原机组包括热力系统、锅炉、汽轮机、辅机等进行扩容，其中难度最大、技术要求最高的是汽轮机扩容改造。由于汽轮机本体是一个完善紧凑的整体，要想扩充能力，必须依据最新的流体力学、气动热力学和现代汽轮机理论对汽轮机在主体不变的情况下重新进行通流部分设计。大连市热电集团有限公司北海热电厂1 9 9 3 年安装的1 台上海汽轮机厂生产的C C 5 0-8 8 3 0 9 8 I 0 1 1 8 单缸抽汽凝汽汽轮机，承担着大连市3 个市区的企业工业用汽和为商厦、居民住宅的集中供暖任务。随着城市的不断发展，冬季用汽负荷不断增加，而春、夏、秋季用汽负荷又急剧下降，对机组的机动性提出了更高的要求，既要保证冬季满负荷安全运行，又要保证低汽负荷期多发电，以提高经济效益。该机组原设计的抽汽、凝汽工况额定功率为5 0 M W，最大功率可达6 0 M W。但由于原设计的叶片强度不高，同类型的其他机组曾出现过末四级叶片、特别是1 5、1 6、1 7 级叶片在运行中断裂，给机组的安全运行带来严重威胁，大多数电厂均将其最大功率限定在5 0 M W，以保证安全运行。由于低抽汽或纯凝汽工况轴向推力较大，径向推力联合轴承的球面瓦回位能力较差，导致推力瓦个别瓦块温度偏高，最高达9 4 (2，使机组的带负荷能力受到限制，机动性较差。经过反复调研、东北大学硕士擘位论文第一章前言我国东北地区工业发达而气候寒冷，工业用电用热，居民生活采暖对热能的需求量大，适宜采用区域性热电联产。1 1 3 热电联合生产的未来发展趋势首先是为了解决城市热电联产设备年利用率低而影响技术经济性的问题，所发展的技术方案是热电冷联合生产即夏季利用机组的供热能力，采用吸收式制冷机进行熟制冷。进而从全面减少资源消耗，减少废弃物排放，减少环境污染与生态破坏的思路出发，提出的包括煤气生产、氢制取、获渣资源化等等的多联产技术，以及包括天然气、燃气轮机、燃料电池、太阳能、生物质能等多能源供应的联合生产技术。1 L 4 小型企业自备热电联合生产的更新改造小型企业热电联产项目常常面临负荷适应能力差，超负荷运行困难等缺点，一般在运行初期状况趣好，而随着所在企业规模散益的不断提升，逐渐成为制约企业扩大再生产的瓶颈。所以小型企业热电联产项目常常面临升级更新改造的任务。最简单的改造方式是淘汰惆机组，购置新杌组，很明显存在资金浪费的问题。比较合适的改造方式是对原机组包括热力系统、锅炉、汽轮机、辅机等进行扩容，其中难度最大、技术要求最高的是汽轮机扩容改造。由于汽轮机本体是一个完善紧凑的整体，要想扩充能力，必须依据最新的流体力学、气动熟力学和现代汽轮机理论对汽轮机在主体不变的情况下重新进行通流部分设计。大连市热电集团有限公司北海热电厂1 9 9 3 年安装的1 台上海汽轮机厂生产的c C 5 0-8 8 3 0 9 8 1 o n 8 单缸抽汽凝汽汽轮机，承担着大连市3 个市区的企业工业用汽和为商厦、居民住宅的集中供暖任务。随着城市的不断发展，冬季用汽负荷不断增加，而春、夏、秋季用汽负荷又急尉下降，对机组的机动性提出了更高钓要求，既要保证冬季满负荷安全运行，又要保证低汽负荷期多发电，以提高经济效益。该机组原设计的抽汽、凝汽工况额定功率为5 0 M W，最大功率可选6 0 M W a但由于原设计的叶片强度不高，同类型的其他机组曾出现过来四级叶片、特别是1 5、1 6、1 7 级叶片在运行中断裂，给机组的安全运行带来严重威胁，大多数电厂均将其最大功率限定在5 0 M W，以保证安全运行。由于低抽汽或纯凝汽工况轴向椎力较大经匍推力联合轴承的球面瓦回位能力较差，导致推力瓦个别瓦块温度偏高，最高达9 4。使机组的带负荷能力受到限制，机动性较差e 经过反复调研、偏高，最高达9 4，使机组的带负荷能力受到限制，机动性较差。经过反复调研、东北大学硕士学位论文第一章前言我国东北地区工业发迭雨气候寒冷，工业用电用热，居民生活采暖对热能的需求量大，适宜采用区域性热电联产。1 1 3 摭电联合生产的未来发展趋势首先是为了解决城市热电联产设备年利用率低而影响技术经济性的闻题，所发展的技术方案是热电冷联合生产，即夏季利用机组的供热能力，采用吸收式制冷机进行热制冷。进而从全面减少资源消耗，减少废弃物排放，减少环境污染与生态破坏的思路出发，提出的包括煤气生产、氢制取、灰渣资源化等等的多联产技术，以及包括天然气、燃气轮机、燃料电池、太阳能、生物质能等多能源供应的联合生产技术。1 1 4 小型企业自备热电联合生产的更新改造小型企业热电联产项目常常面临负荷适应能力差，超负荷运行困难等缺点，一般在运行初期状况良好，而随着所在企业规模效益的不断提升，逐渐成为制约企业扩大再生产的瓶颈。所以小型企业热电联产项目常常面临升级更新改造的任务。最简单的改造方式是淘汰旧机组，购置新机组，很明显存在赞金浪费的问题。比较合适的改造方式是对原机组包括热力系统、锅炉、汽轮机、辅机等进行扩容，其中难度最大、技术要求最高的是汽轮机扩容改造。由于汽轮机本体是一个完善紧凑的整体，要想扩充能力，必须依据最新的流体力学、气动热力学和现代汽轮机理论对汽轮机在主体不变的情况下重新进行通流部分设计。大连市热电集团有限公司北海热电厂1 9 9 3 年安装的1 台上海汽轮机厂生产的C C 5 0-8 8 3 0 9 8 I 0 1 1 8 单缸抽汽凝汽汽轮机，承担着大连市3 个市区的企业工业用汽和为商厦、居民住宅的集中供暖任务。随着城市的不断发展，冬季用汽负荷不断增加，而春、夏、秋季用汽负荷又急剧下降，对机组的机动性提出了更高的要求，既要保证冬季满负荷安全运行，又要保证低汽负荷期多发电，以提高经济效益。该机组原设计的抽汽、凝汽工况额定功率为5 0 M W，最大功率可达6 0 M W。但由于原设计的叶片强度不高，同类型的其他机组曾出现过末四级叶片、特别是1 5、1 6、1 7 级叶片在运行中断裂，给机组的安全运行带来严重威胁，大多数电厂均将其最大功率限定在5 0 M W，以保证安全运行。由于低抽汽或纯凝汽工况轴向推力较大，径向推力联合轴承的球面瓦回位能力较差，导致推力瓦个别瓦块温度偏高，最高达9 4 (2，使机组的带负荷能力受到限制，机动性较差。经过反复调研、东北大学硕士学位论文第一章前言充分论证，大连市热电集团有限公司决定利用1 9 9 9 年计划大修机会，委托上海汽轮机厂对汽轮机组进行增容改造，在保证机组安全性、机动性的基础上，增加机组出力，由5 0 M W 增J J 口至U 6 0 M W，以提高公司的经济效益。改造前，由于受推力瓦温度偏高限制，该机无法在当时设计纯凝汽5 0 M W I 况下运行，造成大量蒸汽排空。以1 9 9 7 年为例，全年蒸汽排放量为1 7 1 2 8 万t，这部分蒸汽可发电2 1 0 0 万k W h，按税后电价3 5 8 元，M W-h 计算，1 年少收入7 5 0 万元，利润损失3 0 0 万元。改造费用2 5 0 万元，改造延长工期1 5 d，减少发电2 0 0 0 万k W h，减少利润3 0 0 万元。可认为机组改造总投资为5 5 0 万元。增容改造(5 9 月约1 5 0 d)后，机组达满负荷运行，增加发电3 0 0 0 万k W h，增加利润4 6 0 万元。在改造后的半年左右时间里，可收回全部投资，改造的经济效益是相当可观的。扬子石化公司热电厂现共装有5 台5 0 M W 高压调节抽汽冷凝式汽轮发电机组，其中1 号机为C 5 0 8 8 3 1 2 7 型单抽机，2 4 号机为C C 5 0 8 8 3 4 1 2 1 4 7 型双抽机，分别是上海汽轮机厂于8 0 年代中期生产的工业用汽轮机组，而5 号机亦为双轴机，系上海汽轮机厂9 0 年代中期生产的改造型产品。随着扬子石化公司备套化工装置的发展及其生产规模的不断扩大，对电厂汽电负荷的需求不断增长，热电厂厂部首先在1 9 9 6 1 9 9 8 年度，对1 4 号机进行了以扩容和提高机组安全性能为主要内容的第一轮技术改造，单台机组的额定容量由改造前的5 0 M W 提高到6 0 M W。紧接着，又于2 0 0 1 年l O 月对5 号机开始了以扩容和提高机组内效率为核心的第二轮技术改造，单台机组除额定容量由s O M w 增为6 0 M w 以外，考核工况下机组的内效率亦由过去的7 4 9 1 上升为8 0 2 4，达到了增容和提离级效率双丰收的总体目标。在上汽、哈汽、大专院校及相关单位的大力鼎助下，经过热电厂历时7 年的努力，已初步探索出一条5 0 M w 抽汽凝汽式汽轮机扩容降耗、挖潜增效的成功之路。但技术进步永无止境，留给热电厂的憾事与尚须进一步努力的地方仍多。如果在今后几年内能按照厂厂结合、厂校结合、厂院结合的道路，集中力量解决好该类机组的调门压损及其高中压缸动静叶片的型线优化配合等问题，则在缸体不动、转子不变、汽轮机参数及其外部接口等几何不变的前提下，将该类机组的内效率在现基础上再提高2 3，不仅是可能的，而且是现实的。永济热电厂4 号汽轮机系上海汽轮机厂1 9 7 8 年生产的C 5 0-8 8 3 1 2 7 型机组，1 9 8 8 年1 0 月投产发电，到2 0 0 2 年2 月大修改造前，已经运行1 3 年，安全性差，能耗高。为保证机组安全稳定经济地运行，采用先进的现代技术对机组进行了改造。永济热电厂4 号汽轮机通流部分改造整个过程圆满顺利，机组实现了一次起动成功，各轴瓦振动达到优良水平，各项指标均达到了改造目标。通过这次改造，不5 东北大学硕士学位论文第一章前言仅提高了该机组的安全性和经济性，降低了发电成本，雨且对国产同类型机组的增容增效改造具有较大的参考价值。1 2 选题的目标与科学依据1 2 1 鞍钢齐矿热电分厂进行热力系统及设备优化改造的目的与其他企业类似，鞍钢齐矿热电分厂也遇到了相同的问题。随着鞍钢产能的提高，本厂的供热能力不能满足齐大山矿矿石采选的需要。本课题依据电厂热能动力技术原理和最新技术进展提出并实施热力系统及设备的增容改造，以满足矿山生产的需要，达到下列目的。1)提高并规范热力系统生产能力。2)消除热力系统中浪费能源的环节。3)生产信息资源实时共享。1 2 2 课题的理论意义和应用价值1)齐矿热电分厂安全保产、可持续供给的需要。目前，鞍钢集团齐大山铁矿热电厂发电量远远满足不了齐大山铁矿选矿分厂及采矿分厂的需要。集团内部一些企业经常面临错峰限电的处境，遇到这种情况，有时热电厂会采用超额定参数运行的方法，多发电，多创收；但我以为，没有根据的超额定参数运行是很危险的。为此，应用等效热降法进行了理论分析后，提出了汽轮机增容改造方案。原l 撑、2 群汽轮机为C 1 2 5 0 5 型，通过应用热力涡轮机新技术于鞍钢齐矿热电厂，使热电厂两台C 1 2-5 0 5 机组增容至c 1 5 5 0 5，从而实现了生产能力扩大，提高了发电能力。改造后其在纯冷凝工况下额定功率从原来的1 2 M W 增加至1 5 M W。这样，就为齐矿热电厂多发电奠定了坚实的基础，同时进行原先配套的循环水泵、凝结水泵改造。以及锅炉燃烧器改造方案；D C S 改造方案；高低压加热器疏水控制器改造方案等。2)企业节约能源的需要。能源与环境已成为世界性课题，能源的合理开发和节能是人类社会可持续发展的需要，在“开发与节约并举，把节约放在首位”方针指导下，我国节能工作取得了很大成绩，各种新技术新工艺在节能工作中发挥了巨大的作用。“九五”时期，万元国内生产总值能耗下降了3 0，由1 9 9 5 年的3 9 7 吨标准煤下降到2 0 0 0 年的2 7 7 吨标准煤，年节能率达7 2，节约和少用能源4 1 亿吨标准煤左右。例如，国内在钢铁冶金、能源动力、节能环保方面较东北大学硕士学位论文第一幸前言十年前已有很大的进步，具体体现在：T R T 透平技术在冶金领域的应用，(C C P P)蒸汽燃气联合循环技术在宝钢及鞍钢已得到应用，四角喷燃煤粉炉带侧二次风的水平浓淡燃烧技术、汽轮机通流部分增容改造技术的应用等。在清华大学热能工程系建有“煤的清洁燃烧技术国家重点实验室”和“工业锅炉及民用煤清洁燃烧国家工程研究中心”，从事技术的孵化、中试开发和产业化工作，属国内一流技术。尽管我国能源现代化程度比过去有了显著提高，但与国际先进水平相比尚有很大差距，能源品种结构不合理，优质能源供应不足，煤层气、风能和太阳能发电等清洁能源刚刚起步，其地位和作用尚朱得到应有的重视。特别是鉴于我国以煤为主的能源体系，洁净煤技术(C C T)开发和应用落后的问题显得尤为突出。如煤层气地砸开采、大型循环流化床锅炉、加压流化床锅炉及煤气化整体联合循环发电技术、冷热电联产技术等才 q I N I J 起步。这次热力系统及设备的增容改造过程可以提供一个，应用电厂热能动力工程领域技术新进展的机会，达到节约能源，降低燃料消耗，减少环境污染的目的。1 3 研究内容和方法：1 3 1 选题的学术思想、特色和预期达到的成果和水平。本项目是对鞍钢新钢铁齐矿热电厂热力系统的优化改造，利用热力涡轮机新技术，对汽轮机通流系统的流动过程进行改造和设计新的热力系统。该项目仅是鞍钢新钢铁齐矿热电厂热力系统优化的一部分。汽轮机是电厂热动力循环的主要设备之，汽轮发电机组能否经济运行关系着热电联产机组电厂的总的经济性、效益性、安全性、环保性。考虑到发电能力提高后，对锅炉出力的要求也增加了，我厂对三台锅炉的燃料器也进行了改造。改造成带侧边风的水平浓淡燃烧器。同时，进行了锅炉D C S 改造；高低压加热器疏水控制器改造；这一系列改造完成后，将大幅度提高电厂运行的经济性、稳定性和可持续性。整