215MW汽輪機(jī)高中壓缸通流部分改造

王晨瑜,張龍英

(1.漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司,山西長治 046021;2.山西電力科學(xué)研究院,山西太原 030001)

215MW汽輪機(jī)高中壓缸通流部分改造

王晨瑜1,張龍英2

(1.漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司,山西長治 046021;2.山西電力科學(xué)研究院,山西太原 030001)

論述了漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司蘇制215 MW汽輪機(jī)高中壓缸通流部分改造方案,改造后,高壓缸效率達(dá)到84.43%,中壓缸效率為93.94%,熱耗率為7 989.4 kJ/(kW ·h),并同步進(jìn)行中低壓連通管抽汽供熱改造,提高了機(jī)組出力,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

高中壓缸;通流改造;中低壓連通管;抽汽供熱改造;節(jié)能降耗

0 引言

漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司3號(hào)汽輪機(jī) (215MW),系原蘇聯(lián)列寧格勒金屬工廠生產(chǎn),型號(hào)為K 215-130-1型,并由西門子公司進(jìn)行低壓缸通流部分改造的單軸、沖動(dòng)、三缸、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)組,共由31級(jí)組成,高壓部分有1個(gè)單列調(diào)節(jié)級(jí)和11個(gè)壓力級(jí),中壓部分有11個(gè)壓力級(jí),低壓部分有2×4個(gè)分流壓力級(jí),末級(jí)葉片長921 mm?；?zé)岢槠?段,分別供3臺(tái)高加,除氧器和4臺(tái)低加用汽。

3 號(hào)機(jī)組于1989年12月24日投產(chǎn),在2001年12月至2002年2月,采用西門子設(shè)備及技術(shù)對(duì)3號(hào)汽輪機(jī)低壓通流部分改造。在2008年9月1日至10月30日采用國內(nèi)先進(jìn)的全四維技術(shù)對(duì)3號(hào)汽輪機(jī)高中壓缸通流部分改造,改造后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良,并在2009年2月6日實(shí)現(xiàn)全優(yōu)。

1 高中壓缸改造的必要性

1.1 汽輪機(jī)整體效率低下

2002年3 號(hào)機(jī)組低壓缸通流改造后的性能試驗(yàn)表明,在 3閥全開額定工況3VWO(Valve Wide Open)下,高壓缸效率為78.03%、中壓缸效率為89.91%、低壓缸效率為87.54%,經(jīng)過修正后的熱耗率為8 242 k J/(kW·h)。2008年8月機(jī)組A檢前試驗(yàn),經(jīng)過修正后熱耗率為8 326 k J/(kW·h)[1]。

經(jīng)2002年低壓通流部分改造以后,機(jī)組熱耗及低壓缸效率均達(dá)到了一個(gè)較高的水平,但高、中壓缸效率偏低,均未達(dá)到設(shè)計(jì)值。原蘇制機(jī)組三缸設(shè)計(jì)值分別為 ηHP=81.50%、ηMP=91.16%、ηLP=80.40%。通過低壓通流改造低壓缸效率已遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值,但修后高壓缸效率仍較原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)值低3.47%,中壓缸效率比原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)值低1.25%。

目前,國內(nèi)制造廠對(duì)200 MW級(jí)超高壓機(jī)組的改造經(jīng)驗(yàn),機(jī)組改造后高壓缸效率可達(dá)到85%、中壓缸效率可達(dá)到93%、低壓缸效率可達(dá)到88%左右。對(duì)機(jī)組高中壓部分進(jìn)行通流改造在經(jīng)濟(jì)性方面的潛力很大。

1.2 機(jī)組壽命及可靠性方面差

在機(jī)組壽命及可靠性方面,因機(jī)組服役19 a,各部件均已嚴(yán)重老化,動(dòng)靜間隙超標(biāo)嚴(yán)重,葉片型線落后,且由于當(dāng)時(shí)材料及制造工藝水平的限制,機(jī)組各部件的工藝質(zhì)量均比不上用新技術(shù)、新工藝制造的汽輪機(jī)。為了提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性、延長使用壽命、進(jìn)一步降低運(yùn)行消耗指標(biāo),為機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值,利用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)高、中壓缸通流部分改造是安全可行的。

為了提高機(jī)組運(yùn)營效益及滿足山西省長治市2007年—2020年供熱規(guī)劃,同步進(jìn)行機(jī)組供熱技術(shù)改造,機(jī)組供熱改造后,可替代大批效率低、污染大的供熱小鍋爐,具有較大的節(jié)能環(huán)保和社會(huì)效益。

1.3 主機(jī)軸振超標(biāo)

改造前1號(hào)瓦軸振150μm,2號(hào)瓦軸振、3號(hào)瓦軸振130～135μm,曾進(jìn)行現(xiàn)場高速動(dòng)平衡,但受制于現(xiàn)場加重位置所限,未能將軸振進(jìn)一步降低。

1.4 油中含水和真空嚴(yán)密性差

改造前中壓后軸封泄汽量大,主機(jī)軸封冷段壓力不能超過0.03MPa,否則會(huì)造成透平油中含水量超標(biāo),氫氣濕度不合格。真空嚴(yán)密性在300 Pa/min左右。

2 通流改造中采用的新技術(shù)

通流改造中采用了國內(nèi)先進(jìn)的四維技術(shù)。

2.1 更換高中壓轉(zhuǎn)子

將原帶有中心孔的高中壓轉(zhuǎn)子全部進(jìn)行更換,采用無中心孔全整鍛轉(zhuǎn)子,沖動(dòng)式,通流部分保持高壓Ⅰ (調(diào)節(jié)級(jí))+11級(jí),中壓部分保持12級(jí)不變,新設(shè)計(jì)的高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)力有了明顯下降,使相對(duì)應(yīng)于原中心孔位置應(yīng)力下降約一半左右,提高了機(jī)組運(yùn)行安全性,延長了機(jī)組使用壽命。

2.2 調(diào)節(jié)級(jí)子午面收縮靜葉柵

調(diào)節(jié)級(jí)靜葉柵使用子午面收縮,對(duì)提高高壓缸效率十分重要。子午面收縮其主要優(yōu)點(diǎn)是降低靜葉柵通道前段的負(fù)荷,減少葉柵的二次流損失。高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)中采用全四維優(yōu)化設(shè)計(jì)的子午面收縮靜葉柵,可使調(diào)節(jié)級(jí)效率提高2%左右。

2.3 新型動(dòng)葉片型線

采用全四維優(yōu)化設(shè)計(jì)的新型動(dòng)葉葉型,速度分布光滑改善了速度分布,減少了動(dòng)葉損失,利用進(jìn)口五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床銑制加工,確保葉片型線精度。

調(diào)節(jié)級(jí)和中壓末級(jí)采用外包菌型葉根,第2～22級(jí)采用外包倒 T形葉根,葉根和輪緣的載荷分配更加合理。

高中壓缸各級(jí)動(dòng)葉片采用自帶圍帶整圈聯(lián)接,降低了動(dòng)應(yīng)力,具有良好抗振強(qiáng)度,取消了動(dòng)葉拉筋,減小了擾流損失,提高了葉片安全可靠性,動(dòng)葉圍帶加工為內(nèi)斜外平結(jié)構(gòu),使子午面形成光順通道。

2.4 新型優(yōu)化高效靜葉葉型

高壓缸2～12級(jí)隔板全部采用分流靜葉柵,其葉片型線經(jīng)全四維優(yōu)化設(shè)計(jì),可使葉柵損失大幅度降低。

中壓缸13～23級(jí)的隔板靜葉全部采用全四維優(yōu)化設(shè)計(jì)的彎扭聯(lián)合成型靜葉片,利用進(jìn)口五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床銑制加工,確保葉片型線精度。

2.5 汽封結(jié)構(gòu)

所有各級(jí)動(dòng)葉頂部汽封齒均由原設(shè)計(jì)的2片增加為4片,可減少漏汽損失。

適當(dāng)調(diào)整了通流軸向間隙,動(dòng)葉根部與隔板采用徑向汽封結(jié)構(gòu),改善了機(jī)組啟停和調(diào)峰性能。

所有隔板汽封圈及軸端汽封圈均采用可調(diào)間隙汽封,有利于調(diào)整汽封間隙,延長汽封圈使用壽命,降低機(jī)組維護(hù)成本,減少汽封漏汽。

2.6 采用焊接鋼隔板

新設(shè)計(jì)隔板全部采用焊接鋼隔板。所有焊接隔板根據(jù)原隔板運(yùn)行中變形大問題,對(duì)隔板主焊縫結(jié)構(gòu)作了重大改進(jìn),進(jìn)汽側(cè)主焊縫深度由原0.2葉片寬增加到0.37葉片寬,原葉片兩頭低于圍帶2～3mm改為伸出圍帶1.5～2 mm,保證了主焊縫焊接質(zhì)量,提高了主焊縫強(qiáng)度,有效防止了運(yùn)行中隔板發(fā)生變形。

2.7 高中壓前汽封冒汽室改進(jìn)

對(duì)高中壓前汽封冒汽室作了改進(jìn)設(shè)計(jì),取消了彈性環(huán),方便了拆裝,改善了檢修作業(yè)時(shí)勞動(dòng)條件,提高了工作效率。

2.8 高壓調(diào)門噴嘴數(shù)量增加

原高壓缸噴嘴數(shù)量分別為:1號(hào) (上左)10個(gè),2號(hào) (上右)14個(gè),3號(hào) (下右)9個(gè),4號(hào)(下左)12個(gè),1號(hào)、3號(hào)高壓調(diào)門噴嘴數(shù)量少,布局不合理,不能保證任意3個(gè)調(diào)門開啟時(shí)均可帶滿負(fù)荷的要求。改造中對(duì)高壓噴嘴全部更換并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),改造后噴嘴數(shù)量分別為:1號(hào)14個(gè),2號(hào)14個(gè),3號(hào)12個(gè),4號(hào)12個(gè)。

2.9 中低壓連通管更換

考慮熱網(wǎng)對(duì)機(jī)組供熱要求,機(jī)組供熱參數(shù)按額定抽汽壓力0.25 MPa,額定抽汽流量250 t/h設(shè)計(jì),中低壓連通管更換為供熱式連通管,采用蝶閥控制。

3 通流改造效果及經(jīng)濟(jì)性分析

通流改造后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良。

3.1 改造后汽輪機(jī)運(yùn)行工況

3.1.1 主機(jī)軸振

1 號(hào)～6號(hào)瓦軸振均小于 75μm,蓋振小于25μm。在滿負(fù)荷狀態(tài)下,1號(hào)瓦軸振65μm、2號(hào)瓦軸振72μm、3號(hào)瓦軸振 46μm、4號(hào)瓦軸振43μm、5號(hào)瓦軸振26μm、6號(hào)瓦軸振68μm。在開機(jī)后主機(jī)軸振和蓋振始終穩(wěn)定。

3.1.2 油中含水及真空嚴(yán)密性

檢修后主機(jī)軸封冷段壓力同其他機(jī)組控制相同,在0.06MPa左右,油中含水量小于20 mg/L,真空嚴(yán)密性為100 Pa/min。

3.1.3 供熱改造效果顯著

3 號(hào)機(jī)組高中壓通流改造時(shí),同步將中低壓連通管更換為供熱式連通管,采用蝶閥控制機(jī)組供熱參數(shù)額定抽汽壓力0.25 MPa,最大0.30MPa,額定抽汽流量250 t/h,最大抽汽流量340 t/h。改造后于2008年冬季正式向長治市供熱。由于抽汽為中缸排汽,參數(shù)低,冷源損失回收利用率較大,對(duì)煤耗影響更大,改造后純凝工況220 MW試驗(yàn)工況下熱耗率為7 997 kJ/(kW·h),供熱抽汽240 t/h試驗(yàn)工況下熱耗率為6 478 kJ/(kW·h),在供熱抽汽240 t/h工況下熱耗降低:1519 kJ/(kW·h),可降低供電煤耗57 g/(kW·h)左右。見表1。

表1 供熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

3.2 汽輪機(jī)整體效率大幅提高

在2008年12月上旬進(jìn)行考核性試驗(yàn),試驗(yàn)嚴(yán)格執(zhí)行ASME-PT6.0-1996標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)基準(zhǔn):以三閥全開 (3VWO)為額定出力工況,四閥全開(4VWO)為最大出力工況,低壓缸效率沒有進(jìn)行排汽容積流量及低壓缸進(jìn)汽焓的修正。3VWO下機(jī)組修正后的熱耗率平均值為7 989.4 kJ/(kW·h)[2],低于保證值8 035 k J/(kW·h),改造后高壓缸效率84.43%,中壓缸效率為93.94%,低壓缸效率為86.91%。如將低壓缸效率修正到廠家保證值87.8%,則熱耗率還要好些。

3.3 通流改造經(jīng)濟(jì)性分析

3 號(hào)機(jī)組2002年低壓缸通流改造后試驗(yàn)表明,純凝工況下熱耗率為8 242 k J/(kW·h),2008年8月機(jī)組A檢前試驗(yàn),經(jīng)過修正后熱耗率為8 326 k J/(kW·h)。此次改造后熱耗率為7 989.4 kJ/(kW·h)。修前熱耗率按 (8 242+8 326)/2=8 284 kJ/(kW·h)計(jì)算,可以降低熱耗8 284-7 989=295 k J/(kW·h),約合標(biāo)煤11.2 g/(kW·h)左右。年節(jié)煤量計(jì)算如下:m=gtP e=11.2×5 500×220=1.355 2萬t。

式中:m ——節(jié)煤量,t;

g ——降低的煤耗,g/(kW·h);

t ——年利用小時(shí),h;

P e——機(jī)組額定功率,MW。

標(biāo)煤單價(jià)按2008年平均價(jià)格560元/t計(jì)算,共節(jié)約資金759萬元。實(shí)際投資2 630萬元,3.5 a可收回投資 (不考慮機(jī)組出力增加多發(fā)電會(huì)帶來機(jī)組收益)。

4 結(jié)論

漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司3號(hào)汽輪機(jī)高中壓缸通流部分改造后,徹底解決了原機(jī)組軸振超標(biāo)、真空嚴(yán)密性差、汽輪機(jī)效率低、供電煤耗偏高問題,提高了機(jī)組出力,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。同步進(jìn)行的供熱改造可替代長治市目前效率低、污染嚴(yán)重的大批小型鍋爐,可大大改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量,使現(xiàn)有機(jī)組發(fā)電熱效率、熱電負(fù)荷顯著提高,有效提高了能源的利用率,減少了熱電分產(chǎn)的燃料消耗。

該機(jī)組高中壓通流改造為國內(nèi)首臺(tái)前蘇制215 MW型汽輪機(jī)節(jié)能增容改造,積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),對(duì)于20世紀(jì)80年代投產(chǎn)的17臺(tái)同類型汽輪機(jī)節(jié)能增容改造具有參考意義。

[1] 王雪峰.漳澤發(fā)電分公司3號(hào)汽輪機(jī)A修前熱效率試驗(yàn)報(bào)告[R].2008-3-73.太原:山西電力科學(xué)研究院,2008:1-11.

[2] 趙杰.漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)報(bào)告 [R].TPRI/TH-RA-095-2008.西安:西安熱工研究院有限公司,2008:1-15.

The Modification of Passage Flow of HP and IP Cylinder for 215 MW Turbine

WANGChen-yu1,ZHANG Long-ying2
(1.Shanxi Zhangze Electric Power Co.,Ltd Zhangze Power Plant,Changzhi,Shanxi 046201,China;2.Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

This paper illustrates the scheme and the effectiveness of the modification of the passage flow of H IPC for 215 MW Turbinemade by former Soviet Union.A fter themodification,the efficiency of H P cylinder and IP cy linder reaches 84.4%and 93.94%respectively;and the heat loss rate is 7 984.4 k J/(kW·h).Meanw hile,themodification of steam extracting and heat supp lying is done in the connecting pipes betw een HP and IP,which can imp rove the unit output and reduce energy consump tion.

H IPC;modification of passage flow;connecting pipes betw een HP and IP;modification of steam extracting and heat supplying;energy consump tion reducing

TK 263.1

B

1671-0320(2010)03-0041-03

2009-12-22,

2010-04-13

王晨瑜 (1968-),男,山西沁縣人,1991年畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能動(dòng)力專業(yè),高級(jí)工程師,享受國務(wù)院政府津貼專家,從事電廠生產(chǎn)運(yùn)行技術(shù)管理工作;

張龍英 (1967-),女,山西太原人,1989年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力分院熱能動(dòng)力專業(yè),高級(jí)工程師,從事汽輪機(jī)技術(shù)工作。