次高壓背壓式汽輪機(jī)機(jī)組改造

崔素玉 張玉峰 崔健鋒 孫迎芬 田松峰

(石家莊雙聯(lián)化工有限責(zé)任公司 河北石家莊050200) (華北電力大學(xué) 河北保定071003)

1 機(jī)組情況

石家莊雙聯(lián)化工有限責(zé)任公司有1臺(tái)B12-4.9/0.98型次高壓背壓式汽輪機(jī)機(jī)組，進(jìn)汽壓力4.9 MPa,溫度435 ℃，最大進(jìn)汽量150 t/h，1個(gè)雙列調(diào)節(jié)級(jí)，3個(gè)壓力級(jí)，套裝轉(zhuǎn)子，噴嘴調(diào)節(jié)。 2003年，針對(duì)熱用戶用蒸汽量少、達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組通流部分作過(guò)一次調(diào)整，目的作為抽背壓機(jī)組使用。在實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐主汽壓力在4.1～4.2 MPa，低于原機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力(4.9 MPa)，背壓在高限約1.1 MPa純背壓方式運(yùn)行。隨供熱需求增大,機(jī)組進(jìn)汽流量達(dá)50 t/h時(shí)，復(fù)速級(jí)后壓力達(dá)1.7～1.8 MPa，調(diào)節(jié)級(jí)后溫度有時(shí)達(dá)到380～390 ℃。由于機(jī)組為套裝轉(zhuǎn)子，復(fù)速級(jí)在此溫度下對(duì)機(jī)組安全性影響較大，且機(jī)組出力僅1 800～2 200 kW ，相對(duì)內(nèi)效率﹤50%。為此，提出對(duì)該機(jī)組進(jìn)行二次改造。改造目標(biāo)：調(diào)節(jié)級(jí)后溫度350 ℃，排汽壓力仍為原設(shè)計(jì)低限0.98 MPa(表壓)，運(yùn)行方式為純背壓運(yùn)行。

2 綜合分析

在次高壓背壓式汽輪機(jī)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，由于初壓及背壓變化，原設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽有效焓降為159.6 kJ/kg，實(shí)際調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽有效焓降僅為85.2 kJ/kg；壓力級(jí)原設(shè)計(jì)蒸汽有效焓降為144.25 kJ/kg,實(shí)際蒸汽有效焓降為84.4 kJ/kg。

根據(jù)噴嘴調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)級(jí)的工作特點(diǎn)，噴嘴調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)級(jí)中工作特點(diǎn)為依次開(kāi)啟，每個(gè)門(mén)頭控制一個(gè)弧段的噴嘴組，故調(diào)節(jié)級(jí)都是部分進(jìn)汽，在工況改變?yōu)榈陀陬~定負(fù)荷運(yùn)行情況下，只有未完全開(kāi)啟的調(diào)節(jié)門(mén)才有節(jié)流作用，全開(kāi)的調(diào)節(jié)門(mén)節(jié)流損失很小。本機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)共有5組噴嘴和8只調(diào)節(jié)門(mén)，隨著負(fù)荷的升高順序開(kāi)啟，改變調(diào)節(jié)級(jí)的通流面積。該機(jī)組在50 t/h負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，只有1#和2#調(diào)節(jié)門(mén)完全開(kāi)啟，1#和2#調(diào)節(jié)門(mén)控制第1組噴嘴，3#和4#調(diào)節(jié)門(mén)控制第2組噴嘴，通過(guò)第1組噴嘴造成的節(jié)流損失很小，而3#和4#調(diào)節(jié)門(mén)節(jié)流損失很大；這兩部分汽流在各自噴嘴汽道中膨脹到調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力下混合，使混合后蒸汽焓值升高，進(jìn)汽初壓的降低也使全開(kāi)調(diào)門(mén)噴嘴前初壓降低, 蒸汽焓降減少。

由于2003年堵噴改造是根據(jù)抽背原則所進(jìn)行的改造，壓力級(jí)噴嘴堵得較多。經(jīng)初步計(jì)算,如果調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽流量與噴嘴面積配合得合適，調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽溫度也不會(huì)高于380 ℃，但最后1個(gè)壓力級(jí)處于鼓風(fēng)工況，而流體的特性會(huì)使機(jī)組內(nèi)部流體根據(jù)具體整機(jī)蒸汽理想焓降重新分配每一級(jí)理想焓降，這樣導(dǎo)致壓力級(jí)每級(jí)蒸汽有效焓基本正常，調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽有效焓降低。根據(jù)初步計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果可得知，調(diào)節(jié)級(jí)第2列動(dòng)葉柵的排汽速度為-101.6 m/s，余速方向角為-66.7°。計(jì)算表明，第2列動(dòng)葉柵實(shí)際是在做負(fù)功。

3 改造措施

3.1 改造方案

降低調(diào)節(jié)級(jí)后壓力、調(diào)整通流面積、增加調(diào)節(jié)級(jí)有效焓降、確定最佳速比(雙列調(diào)節(jié)級(jí)0.23～0.25)，以減少損失和 降低調(diào)節(jié)級(jí)后溫度；降低背壓、重新整理壓力級(jí)部分通流面積，以適應(yīng)熱負(fù)荷。故需重新進(jìn)行熱力計(jì)算(表1)，根據(jù)改造要求對(duì)機(jī)組通流部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

從表1數(shù)據(jù)可知：調(diào)節(jié)級(jí)后溫度為348.4 ℃，排汽溫度為287.6 ℃，級(jí)總功率為3 403.50 kW，電功率為3 100 kW。新蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)級(jí)和第1壓力級(jí)到第2壓力級(jí)做完功,級(jí)后壓力即降低到0.968 MPa(絕壓)，故需在改造中去除第3壓力級(jí)葉輪，拆除第3壓力級(jí)隔板；根據(jù)設(shè)計(jì)流量下所需要的通流面積，折算成調(diào)節(jié)級(jí)和第1、第2、第3壓力級(jí)的噴嘴數(shù)量， 最后確定機(jī)組每一級(jí)噴嘴整數(shù)數(shù)量(見(jiàn)表2)。

表1 熱力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總

表2 機(jī)組改進(jìn)前、后噴嘴數(shù)目 只

3.2 改造方案的實(shí)施

3.2.1 調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴的改造

由于1#和2#調(diào)節(jié)門(mén)控制7只噴嘴(第1噴嘴組)，3#和4#調(diào)節(jié)門(mén)控制10只噴嘴(第2噴嘴組)，實(shí)際運(yùn)行中1#和2#調(diào)節(jié)門(mén)全開(kāi)，第2噴嘴組只有3#調(diào)節(jié)門(mén)部分開(kāi)啟，4#調(diào)節(jié)門(mén)關(guān)閉，總共有17只噴嘴參與做功(見(jiàn)圖1)。這與設(shè)計(jì)差別很大，利用專用堵塊堵住噴嘴的辦法，無(wú)論是內(nèi)封堵還是外封堵，都會(huì)破壞原有的結(jié)構(gòu)，給以后恢復(fù)工作造成困難。但7#或8#調(diào)節(jié)門(mén)分別控制5只噴嘴，1#，2#，7#或者1#，2#，8#調(diào)節(jié)門(mén)組合(控制的噴嘴數(shù)量為12組)將會(huì)更接近設(shè)計(jì)值，且有利于縮小上、下汽缸蒸汽的溫差。經(jīng)查原圖紙，3#，4#和7#，8#調(diào)節(jié)門(mén)門(mén)頭圖號(hào)相同，3#，4#和7#，8#調(diào)節(jié)門(mén)門(mén)座圖號(hào)相同，故只需要把7#或者8#門(mén)頭和3#或4#門(mén)頭更換位置，松開(kāi)各門(mén)桿鎖母，將3#和4#門(mén)桿長(zhǎng)度數(shù)值與7#和8#門(mén)桿長(zhǎng)度值對(duì)調(diào)調(diào)整，對(duì)調(diào)后順序開(kāi)啟，1#和2#，7#和8#，3#和4#，5#和6#重疊度不變。實(shí)施改造之前，對(duì)門(mén)頭順序變更后引起的葉片激振力變化進(jìn)行了計(jì)算和校核，結(jié)果表明在安全范圍(±15%)內(nèi)。

3.3.2 壓力級(jí)

對(duì)于壓力級(jí)，在改造過(guò)程中把對(duì)第1和第2壓力級(jí)隔板噴嘴上原來(lái)封堵較多的專用噴嘴堵塊進(jìn)行拆除，拆除第3級(jí)隔板，取出第3壓力級(jí)葉輪的葉片并保留葉根(從恢復(fù)和保護(hù)葉根槽部考慮)，增加同質(zhì)量配重環(huán)以防止汽輪機(jī)重心偏移，經(jīng)過(guò)計(jì)算，臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在2 000 r/min以內(nèi)。為了降低排汽壓力，對(duì)排汽背壓管廊管道進(jìn)行改造，最大程度上減少壓損，提高整機(jī)蒸汽有效焓焓降。

圖1 改造后機(jī)組高壓缸噴嘴組前視圖

4 改造后運(yùn)行效果

改造后，該機(jī)組一次并網(wǎng)成功，基本解決了存在的問(wèn)題,經(jīng)1年多的運(yùn)行，實(shí)際效果良好。機(jī)組改造前、后典型運(yùn)行工況比較見(jiàn)表3。

在設(shè)計(jì)主汽流量高限時(shí)，該機(jī)組改造后平均發(fā)電負(fù)荷由改造前的1 580 kW提高至3 100 kW，增加了約1倍的發(fā)電量。設(shè)計(jì)主汽流量下，該機(jī)組相對(duì)內(nèi)效率由改造前的45.60%提高至72.56%，機(jī)組汽耗由改造前的22.38 kg/(kW·h)降至17.42 kg/(kW·h)左右，供熱標(biāo)煤耗基本在3.8～4.0 kg/GJ。

表3 機(jī)組改造前、后典型運(yùn)行工況比較

改造后，在相同主汽流量參數(shù)和不增加人工費(fèi)用、設(shè)備折舊等費(fèi)用構(gòu)成成本情況下，每月即可增加純效益35.38萬(wàn)元。