【摘 要】介绍了钢铁企业对高炉汽动鼓风机所配汽轮机，进行低真空循环水供热改造，回收汽轮机循环水余热进行供暖，解决了拖动式汽轮机低真空供热改造的技术难题。该项目采用自动化控制，水温自动调节，保证系统运行的安全性，摸索出一套由开式系统转为闭式系统操作模式，创新实施了半开半闭式系统运行模版。
【关键词】汽动鼓风机;低真空;循环水;供热改造
1 工业拖动式汽轮机低真空供热创新点
(1)作为国内第一台拖动式汽轮机供热改造项目，为保证汽轮机运行稳定，高炉供风安全，项目采取了多重保护措施，实现了多个国内第一。保证后汽缸排汽温度、稳定凝汽器循环水压和调节用热负荷，系统增加后气缸喷水降温泵和循环水自动掺凉装置。
(2)系统一键切换，最大限度保证汽轮机运行安全。一旦采暖系统出现异常，影响汽轮机运行安全，可一键切换至夏季正常运行工况，不影响汽轮机运行安全。
(3)首创循环水半开放式运行模式。由于采暖初期热用户消耗热量较小，循环水热量无法被用户全部消耗。通过采取措施使循环水通过凝汽器加热后，一部分水进冷却塔冷却，冷却后进循环水泵；另一部分水直接进循环泵入口，通过水泵加压后供热用户。热用户无法消耗的热量可通过调节进凉水塔的水量进行调节，保证了系统热平衡
(4)凝汽器出口至凉水塔电动阀设置连锁，压力高自动开启，使循环水泄压进凉水塔，保证凝汽器运行安全。
(5)汽轮机后气缸加装喷水降温泵，水源采用温度较低的除盐水补水。当后气缸排汽温度高于75益，自动开启水泵，开电磁阀，启动喷水减温，当排汽温度低于70益，停喷水减温。保证了汽轮机排汽温度，大大改善了汽轮机运行安全性，提高保险系数。
(6)自动调节热系统负荷，平衡采暖热负荷变化。凝汽器入口的循环水管道设置自动掺凉降温装置，采用3台500 m3/h水泵,，用于注入凉水掺凉。当采暖水回水水温度高时，高于50益，启动掺凉泵，将冷却塔水池内凉水补入采暖水回水（凝汽器入口）管道，通过变频控制泵的流量，可实现自动调节。同时补入的水由泄水调节阀控制回冷却塔，泄水阀开度根据系统水压自动调节，当系统水压高时泄水阀自动打开泄压。通过该系统保证了循环水出水温度小于65益，同时又保证了凝汽器的运行安全，循环水压力稳定不超压。
2 工业拖动式汽轮机低真空供热改造实施内容
为充分开发利用公司余热资源，实现节能减排，为公司创造经济效益，项目团队不断研究、探索余热利用新技术，突破了技术瓶颈，制定出一套详细系统改造方案，进行改造工艺设计，充分利用拖动式汽轮机排汽余热，通过增加汽轮机进汽量，保证汽轮机出力不变的同时，降低凝汽器真空度，提高排汽温度，使循环水温度提高至65益，形成工业拖动式汽轮机低真空供热系统。系统采用自动化控制，水温自动调节，保证了系统运行的安全性，保障了供热效果。
2.1工业拖动式汽轮机低真空供热系统改造内容
（1）将原有循环水系统由凉水塔散热的开式系统改为采暖闭式系统。将系统由：循环水泵—凝汽器—凉水塔--循环水泵，改造为：循环水泵—采暖用户—凝汽器—循环水泵。凝气器回水增加一条管直接连接循环水泵入口改为闭式系统；由原循环水供水母管接出两条DN7000管道和采暖热网系统供回水连接，中间加隔离阀门，采用电动阀门控制，接入控制系统，采暖季，关闭上冷却塔阀门，直接采用采暖循环水冷却凝汽器。
（2）凝汽器加固改造。正常运行工况下，凝汽器设计承压为0.3 MPa温度35益/45益。改造后，凝汽器设计承压为0.5 MPa温度50益/70益。
（3）改造汽轮机后气缸喷水降温装置，增大喷水量，满足高负荷状态下，排汽降温需求。并采用自动控制，当后气缸排汽温度高于75益时，自动启动喷水减温，当排汽温度低于70益时，停喷水减温。
（4）增加采暖热负荷调节系统，自动调节采暖循环水回水温度，平衡采暖热负荷变化。凝汽器入口的循环水管道设置自动补水降温装置，采用3台500 m3/h水泵,，用于注入凉水。当采暖水回水水温度高时，启动水泵，将冷却塔水池内凉水补入采暖水回水（凝汽器入口）管道，通过变频控制泵的流量，可实现自动调节。同时补入的水由泄水调节阀控制回冷却塔，泄水阀开度根据系统水压自动调节。
（5）控制系统增加安全连锁，保证系统安全。凝汽器出口至凉水塔电动阀设置连锁，压力高自动开启，使循环水泄压进凉水塔，保证凝汽器不超压，运行安全。
（6）增加锅炉汽轮机协调控制系统，工业拖动式汽轮机循环水用于供热后，排汽温度、压力提高，汽轮机效率下降，为保证其所拖动风机负荷稳定，需要增加汽轮机进汽量，锅炉提高负荷。保证安全运行需要。
（7）新加装2台开式循环水泵，自原循环水泵入口管道上开孔，经新加装的开式循环水泵升压后进入原冷却水用户，然后排至冷水塔储水池，经喷淋降温循环使用。
2.2 拖动式汽轮机低真空供热系统运行模式
拖动式汽轮机循环水系统改造的工艺流程见图1。
图1 拖动式汽轮机循环水系统改造的工艺流程图
（1）非采暖季运行模式：打开阀门1、2、4，关闭阀门3、5、6、7、8，汽轮机循环水系统为开式系统运行，循环水通过循环水泵加压后，进凝汽器冷却汽轮机排汽，循环水将排汽热量带走后进冷却塔冷却，将热量散失到大气中，冷却后的水继续通过循环水泵进行循环。
（2）采暖季循环水供热运行模式：在采暖期，通过锅炉-汽轮机协调控制系统，提高锅炉负荷，增加汽轮机进气量，保证汽轮机出力，降低汽轮机凝汽器真空度，提高排汽温度，提高循环水温度，将冷水塔退出运行，关闭阀门1、2、4，打开阀门3、5、6，将凝汽器的循环水系统切换至由循环水泵、热水管网、凝汽器等组成的循环水回路，形成新的循环水供热闭式系统。凝汽器转变成了回水加热器，用户则变成了冷却塔，构成一个完整的循环回路，机组的冷源损失降为零，热效率提高至90%以上。
设置采暖热负荷调节系统，自动调节采暖循环水回水温度，平衡采暖热负荷变化。凝汽器入口的循环水管道设置自动补水降温装置，采用3台500 m3/ h水泵,用于注入凉水。当采暖水回水水温度高时，启动采暖负荷调节水泵，打开阀门7，将冷却塔水池内凉水补入采暖水回水（凝汽器入口）管道，通过变频控制泵的流量，可实现自动调节。同时补入的水由泄水调节阀8控制回冷却塔，泄水阀开度根据系统水压自动调节。
3 拖动式汽轮机低真空供热应用效果
通过3200 m3高炉汽动鼓风机所配HNK50/80型工业拖动式汽轮机进行低真空循环水供热改造，利用汽轮机循环水余热进行供暖，今年供采暖面积约180万m2，采暖系统切换至3200汽轮机循环水供热模式下运行后，汽轮机系统运行稳定，采暖效果良好，各片区热用户反映良好，达到了预期的效果。
采暖期，低真空采暖模式下，汽轮机运行参数，如表1。
表1 改造前后汽轮机运行参数
由于采暖初期热用户消耗热量较小，采暖循环水系统创新采用半开放式运行模式。循环水通过凝汽器加热后，一部分水进冷却塔冷却，冷却后进循环水泵；另一部分水直接进循环泵入口，通过水泵加压后供热用户。热用户无法消耗的热量可通过调节进凉水塔的水量进行调节，保证了系统热平衡。
4 项目收益
3200 汽鼓风低真空供热改造项目于2013年7 月19日立项实施；2014年11月8日起对郭店片区、钢城新苑、鲍山花园北区、厂内十一五区域供热，供热面积180余万m2，系统运行稳定供热效果良好，达到预期效果。通过汽鼓风汽轮机低真空循环水供热技术开发，回收了循环水余热，节约了高品位一次能源，实现资源、能源的梯级利用，提高能源综合利用率，并减少余热大量排放浪费。并解决了拖动式汽轮机低真空供热改造的技术难题，是国内第一次对拖动式汽轮机进行低真空供热改造，填补了国内空白。系统采用自动化控制，水温自动调节，保证了系统运行的安全性，保障了供热效果，并首创供热模式和非供热模式一键切换，保障了系统的安全性，并摸索出一套由开式系统转为闭式系统操作模式，创新实施了半开半闭式系统运行模版，使系统热效率提高至90%以上。
3200 汽鼓风汽轮机低真空供热项目，2013年11月起供热，至2014年12月实现总采暖费收入5576万元，采暖配套费收入1692万元。采暖运行成本1805.2万元，2013年-2014年12月采暖实现纯收益5461.8万元。
5 拖动式汽轮机低真空供热应用前景
(1)拖动式汽轮机低真空供热的应用，解决了低真空循环水供热对汽轮机稳定性的影响，可输出优质稳定的热源，实现工业企业与城市的和谐共生、友好共赢，为解决公司面临的生存发展问题迈出了坚实一步。
(2)节约了高品位一次能源，实现资源、能源的梯级利用，提高能源综合利用率，并减少余热大量排放浪费；综合利用余热也节约高品位蒸汽消耗，也减少了SO2及CO2。
(3)拖动式汽轮机低真空供热提高了系统热效率。拖动式汽轮机低真空供热使机组热效率35%左右提高至90%以上。
(4)系统采用自动化控制，水温自动调节，保证了系统运行的安全稳定性，保障了供热效果，同时减少了人工投入。
