淺談提高國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性

羅毅利

（華電能源牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱牡二廠）#7機(jī)是哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的N210-130/535/535-Ⅰ型汽輪機(jī)。采用一次中間再熱、單軸、三缸、兩排汽、凝汽式設(shè)置。配套的凝汽器為哈爾濱汽輪機(jī)制造廠生產(chǎn)的N-10000型、表面式、雙流程凝汽器。凝汽器共有12 380根HSn70-1A銅管，1 252根B30銅管。凝汽器冷卻水系統(tǒng)采用循環(huán)冷卻方式，補(bǔ)水取自牡丹江。

牡二廠#7汽輪機(jī)于1997年投產(chǎn)，其性能落后于當(dāng)代汽輪機(jī)的水平，運(yùn)行過程中實(shí)際熱耗率為8 850.22 kJ/kW·h（設(shè)計(jì)值8 392.4 kJ/kW·h），大于設(shè)計(jì)值 457.82 kJ/kW·h，機(jī)組熱效率僅為40.67%（設(shè)計(jì)值為42.89%）。這些數(shù)值都表明，該機(jī)組運(yùn)行中已達(dá)不到設(shè)計(jì)參數(shù)，不能滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。

1 改造方法

1.1 汽輪機(jī)本體部分

1.1.1 靜葉柵

（1）葉片表面最大氣動(dòng)負(fù)荷由葉柵流道的前部改造成葉片表面最大氣動(dòng)負(fù)荷在葉柵流道的后部，反動(dòng)度增大，做功能力增強(qiáng)。

（2）葉片吸力面、壓力面均由高階連續(xù)光滑曲線構(gòu)成（原設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出明顯的階梯狀），流動(dòng)阻力損失小、效率高。

（3）葉型在來流方向由-200～+200范圍變化時(shí)，能保持葉柵低損失特性，增大到-300～+300的變化范圍（見圖1），葉片前緣小圓半徑更小且具有更好的流線形狀，在來流方向（攻角）大范圍變化時(shí)仍保持葉柵低損失特性，這就使得新設(shè)計(jì)的通流部分在負(fù)荷變化范圍很大時(shí)仍有較高的效率，這對(duì)機(jī)組參加調(diào)峰運(yùn)行非常有利。

圖1 新（左）老（右）葉型比較

（4）增大葉型最大厚度，增強(qiáng)了葉片剛性。

（5）靜葉柵型式為彎扭聯(lián)合全三維成型靜葉柵（原設(shè)計(jì)靜葉柵采用直（扭）葉柵），如圖2是適用于高、中壓缸的兩端彎曲加扭轉(zhuǎn)的葉片，如圖3是適用于低壓缸末級(jí)的根部彎曲、頂部不彎曲（或少許彎曲）、變截面扭轉(zhuǎn)葉片，彎扭葉柵總損失比傳統(tǒng)直（扭）葉柵下降1／4甚至更多。

（6）調(diào)節(jié)級(jí)子午面靜葉柵較改造前更為收縮，葉高更短（見圖4），減少了二次流損失，而二次流損失占葉柵總損失比例很大，因此，使用子午面收縮的收益相當(dāng)可觀，可大大提高高壓缸效率。

圖2 高、中壓缸靜葉柵 圖3 低壓缸靜葉柵

圖4 子午面收縮靜葉柵示意圖

（7）20～32級(jí)隔板由鑄鐵隔板，改造成焊接隔板，可靠性更高。

1.1.2 動(dòng)葉片

（1）高壓缸動(dòng)葉采用全三維技術(shù)可使級(jí)效率提高0.5%～1%。原設(shè)計(jì)進(jìn)汽角約為18°～20°左右，正攻角較大，葉片損失大，葉型喉部以后背弧設(shè)計(jì)的過直，影響了機(jī)組的做功能力。

（2）末級(jí)動(dòng)葉片長(zhǎng)度增加到730 mm（原設(shè)計(jì)末級(jí)動(dòng)葉片長(zhǎng)度為710 mm），由于采用全三維技術(shù)，大幅度地減少徑向和端部二次流損失,可使級(jí)效率比原動(dòng)葉片提高約5.6%，使末級(jí)根部反動(dòng)度更高，利于變工況運(yùn)行,提高了低負(fù)荷運(yùn)行能力和安全性，改善了機(jī)組調(diào)峰性能，同時(shí)可以降低導(dǎo)葉汽封的漏汽損失。

（3）動(dòng)葉采用自帶圍帶整圈連接，動(dòng)葉頂部圍帶則與葉片成為一個(gè)整體，通過預(yù)扭裝配使動(dòng)葉片形成整圈連接。這種結(jié)構(gòu)的動(dòng)葉片振動(dòng)應(yīng)力小，不存在鉚接造成的應(yīng)力集中（原動(dòng)葉片頂部的圍帶是采用鉚接方式，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而且影響振動(dòng)特性），運(yùn)行十分安全可靠。

（4）運(yùn)用全三維技術(shù)及3～5軸數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，提高葉片實(shí)物質(zhì)量和精度，通流子午面更光滑（原通流子午面呈現(xiàn)明顯的階梯狀），流動(dòng)效率更高。

（5）自帶圍帶動(dòng)葉片的頂部外圓布置多個(gè)汽封齒（原葉片頂部圍帶汽封有兩個(gè)齒），減少了漏汽損失。

（6）動(dòng)葉片采用自帶圍帶整圈聯(lián)接，動(dòng)葉片具有優(yōu)良的抗振動(dòng)性能，減少用于調(diào)頻的拉筋，從而消除了拉筋造成的繞流阻力和損失。通常取消一條拉筋可使級(jí)效率提高l%。

（7）根部汽封改造成徑向汽封（原動(dòng)葉根部汽封為軸向汽封，易造成動(dòng)、靜碰磨），減小了漏汽量，有利于機(jī)組的快速啟停和調(diào)峰，見圖5。

圖5 改造前后汽封結(jié)構(gòu)示意圖

（8）對(duì)末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)汽側(cè)頂部鑲焊司太立合金片，次末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)汽側(cè)頂部電火花強(qiáng)化處理。

1.2 抽汽供熱部分

在中、低壓導(dǎo)管處打孔抽汽供熱，設(shè)計(jì)額定采暖抽汽量按350 t/h，功率為167MW。機(jī)組抽汽壓力變化范圍0.23～0.289 MPa。純凝設(shè)計(jì)工況的背壓5.4 kPa，夏季純凝工況的背壓11.8 kPa及抽汽工況下的背壓5.4 kPa。打孔抽汽供熱能增加供熱350萬m2，從而提高了機(jī)組熱負(fù)荷的調(diào)整能力和機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

在中、低壓缸上端更換新的連通管兩根，在每根連通管（高壓側(cè)）下部安裝一個(gè)波形補(bǔ)償器。在兩連通管之間設(shè)有連接短管。每根連通管上各安裝一個(gè)φ1 200的碟閥。在蝶閥前、中壓末級(jí)后的連通管上加裝供熱抽汽管道。抽汽管上安裝一個(gè)EP1200/1.6-150型膨脹節(jié)。為防止甩負(fù)荷時(shí)抽汽管道中蒸汽倒灌引起超速事故，在抽汽管道上串聯(lián)一個(gè)φ1 200的碟閥、1臺(tái)φ 1 200逆止閥及一個(gè)電動(dòng)閘閥。在抽汽管上安裝了兩個(gè)安全閥，有連通管流量30%卸載能力。打孔抽汽系統(tǒng)蝶閥為液壓控制碟閥，配套安裝驅(qū)動(dòng)碟閥開啟的油動(dòng)機(jī)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有6個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)、1個(gè)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中，導(dǎo)管上部左右兩側(cè)各有一個(gè)雙支鎧裝鉑墊電阻測(cè)點(diǎn)，抽汽管路有一個(gè)鉑熱電阻和一個(gè)雙金屬溫度計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，抽汽管上還安裝一個(gè)就地壓力表。

1.3 凝汽器部分

結(jié)合#7機(jī)通流改造及根據(jù)循環(huán)水污染物情況，凝汽器采用西門子引進(jìn)技術(shù)對(duì)管束重新排列，對(duì)凝汽器實(shí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以取得比原管束更高的傳熱性能，達(dá)到提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的目的。

（1）更換管板及中間隔板，管板采用復(fù)合鋼板，同時(shí)改變?cè)瓉淼牟脊芊绞?，采用先進(jìn)的西門子BD模塊方式進(jìn)行布管。

（2）牡丹江江水氯最高離子含量在20 mg/L左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于TP304管使用標(biāo)準(zhǔn)（離子含量≤400 mg/L），不銹鋼管可選用TP304管。TP304不銹鋼管其優(yōu)點(diǎn)是耐沖蝕磨損、抗氧化好，不易結(jié)垢、抗振性好、換熱系數(shù)高，使用壽命是銅管的兩倍以上，并且價(jià)格比銅合金管低廉，安全穩(wěn)定。

（3）不銹鋼管直接與管板進(jìn)行脹接并進(jìn)行焊接。

（4）不銹鋼管的清洗仍然采用膠球進(jìn)行，但直徑應(yīng)作相應(yīng)改變。

（5）凝汽器銅管更換為不銹鋼管，換熱面積的增加，管板及中間隔板的改變，擋汽板及導(dǎo)汽板的增加這一系列的改變后自重會(huì)發(fā)生變化。本次改造凝汽器重量相差不到20 t，不需要對(duì)彈簧底座進(jìn)行調(diào)整。

2 結(jié)論

2.1 汽輪機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 機(jī)組的熱耗率

汽輪機(jī)在保證工況下經(jīng)一、二類修正后的熱耗率為8 271.0kJ/（kW·h），比保證值 8 181.3 kJ/（kW·h）高 89.7 kJ/（kW·h），高于保證值1.1%。

2.1.2 機(jī)組的出力

汽輪機(jī)在能力工況下全部修正后的機(jī)組電功率為216 185.2 kW，修正后的主蒸汽流量為662.707 t/h。當(dāng)主蒸汽流量達(dá)到674.401 t/h時(shí)，機(jī)組出力可以達(dá)到220 000 kW，機(jī)組額定出力達(dá)到了保證值。

2.2 凝汽器性能試驗(yàn)結(jié)果

（1）凝汽器改造前，在200MW工況下的試驗(yàn)結(jié)果修正到設(shè)計(jì)條件（冷卻水量19 726.2 m3/h、進(jìn)水溫度20℃和清潔系數(shù)0.90）下，凝汽器壓力為5.78 kPa，小于凝汽器設(shè)計(jì)壓力；改造后，試驗(yàn)結(jié)果修正到設(shè)計(jì)條件（冷卻水量19 726.2 m3/h、進(jìn)水溫度20℃和清潔系數(shù)0.874）下，凝汽器壓力為5.35 kPa，小于凝汽器設(shè)計(jì)壓力。改造后凝汽器壓力相比改造前降低0.431 kPa。

（3）凝汽器改造前，在200MW工況下，其端差為3.61℃；改造后在200MW工況下，其端差為2.88℃。改造后凝汽器端差相比改造前降低0.731℃。

通過在2008年#7機(jī)組大修中，主機(jī)通流部分改造、導(dǎo)管打孔抽汽及凝汽器優(yōu)化等項(xiàng)目的實(shí)施。機(jī)組額定出力由200MW增至220 MW，增強(qiáng)了機(jī)組的調(diào)峰能力。汽輪機(jī)改造部分年可利用小時(shí)數(shù)不低于7 000 h，壽命不低于30年。由于改造設(shè)計(jì)采用了提高葉片強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法、大剛度寬葉片等措施，機(jī)組的安全性能大大提高；同時(shí)，打孔抽汽供熱可增加供熱面積350萬m2，可大大提高電廠供熱的可靠性、機(jī)組熱負(fù)荷的調(diào)整能力，從而提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性；凝汽器更換不銹鋼管后，消除了凝汽器銅管漏泄缺陷。由于，采用先進(jìn)的BD模塊式排管技術(shù)，可有效提高凝汽器換熱效果、提高機(jī)組運(yùn)行真空度。不銹鋼管的抗沖擊耐腐蝕結(jié)垢性，可有效降低膠球沖洗時(shí)間，并提高換熱管的使用壽命，保證了#7機(jī)凝汽器安全、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。