300 MW汽輪機(jī)節(jié)能降耗改造分析研究

魏志全，彭 林，袁 鋒

(1.神華國(guó)能循環(huán)流化床(CFB)技術(shù)研發(fā)中心，四川 內(nèi)江 641000；2. 四川電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所 ，四川 成都 610011；3. 四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司，四川 內(nèi)江 641000)

300MW汽輪機(jī)節(jié)能降耗改造分析研究

魏志全1，彭 林2，袁 鋒3

(1.神華國(guó)能循環(huán)流化床(CFB)技術(shù)研發(fā)中心，四川 內(nèi)江 641000；2. 四川電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所 ，四川 成都 610011；3. 四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司，四川 內(nèi)江 641000)

簡(jiǎn)要介紹了300MW機(jī)組汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，重點(diǎn)分析了軸封系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障及對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響，采取了行之有效的解決辦法，對(duì)系統(tǒng)改造前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對(duì)同型機(jī)組有借鑒意義。

汽輪機(jī)；軸封系統(tǒng)；運(yùn)行數(shù)據(jù)；改造依據(jù)；節(jié)能降耗

0 概 述

神華集團(tuán)四川白馬公司31號(hào)機(jī)組鍋爐島由法國(guó)ALSTOM公司設(shè)計(jì)制造，配套汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537-8型汽輪機(jī)和東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-300-2-20型發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱31號(hào)機(jī)組)。31號(hào)機(jī)組于2006年4月17日通過(guò)國(guó)內(nèi)168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行并投入商業(yè)運(yùn)行。

汽輪機(jī)型號(hào)為N300-16.7/537/537-8型，亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、中間再熱、冷凝式汽輪機(jī)；高壓排汽缸壓3.527 MPa，高壓排汽缸溫度302.6 ℃，中壓主汽門前壓力3.18 MPa，中壓主汽門前溫度537 ℃，額定蒸汽流量904 t/h 。

1 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)的主要作用是為了防止蒸汽沿高、中壓缸軸端向外泄漏，甚至竄入軸承箱致使?jié)櫥椭羞M(jìn)水,防止空氣漏入低壓汽缸而破壞機(jī)組的真空。

汽輪機(jī)高中壓軸封、隔板汽封采用高、低齒“尖齒”汽封，低壓軸封、隔板汽封采用斜平齒銅汽封。

軸封系統(tǒng)由軸端汽封的供汽、漏汽管路，主汽閥和主汽調(diào)節(jié)閥的閥桿漏汽管路，中壓聯(lián)合汽閥的閥桿漏汽管路以及相關(guān)設(shè)備組成。軸封供汽采用三閥系統(tǒng)，即在汽輪機(jī)所有運(yùn)行工況下，供汽壓力通過(guò)3個(gè)調(diào)節(jié)閥即高壓供汽調(diào)節(jié)閥、輔助汽源供汽調(diào)節(jié)閥和溢流調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，使汽輪機(jī)在任何運(yùn)行工況下均自動(dòng)保持供汽母管中設(shè)定的蒸汽壓力。輔助汽源供汽站選用了兩種汽源供汽，除機(jī)組本身的再熱冷段外，還增加了本機(jī)組以外的輔助蒸汽供汽，機(jī)組啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由輔助蒸汽經(jīng)輔助汽源站調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入自密封系統(tǒng)。此外，為滿足低壓缸軸封供汽溫度要求，在低壓軸封供汽母管上設(shè)置了一臺(tái)噴水減溫器，通過(guò)調(diào)節(jié)其噴水量，從而實(shí)現(xiàn)減溫后的蒸汽滿足低壓軸封供汽要求。

2 汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)分析

該機(jī)組2008年進(jìn)行了一次A修后，機(jī)組長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，前期參數(shù)基本穩(wěn)定，但隨著運(yùn)行時(shí)間的積累，汽輪機(jī)參數(shù)逐漸出現(xiàn)異常，主要體現(xiàn)在：汽輪機(jī)存在汽耗率較高的現(xiàn)象；汽輪機(jī)潤(rùn)滑油內(nèi)含水量增加；汽輪機(jī)大軸振動(dòng)增加；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位移增大。

汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)的異常表現(xiàn)引起了公司專業(yè)技術(shù)人員的高度重視，并組織專業(yè)人員進(jìn)行了具體分析，初步認(rèn)為汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)出現(xiàn)了泄漏以及汽輪機(jī)葉片可能出現(xiàn)了結(jié)垢。

為了檢查設(shè)備狀況，掌握機(jī)組熱耗指標(biāo)，白馬公司委托四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所于2013年8月5日至8月7日進(jìn)行了大修前的熱力試驗(yàn)，汽輪機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 大修前汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：所有數(shù)據(jù)均來(lái)至于四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所的試驗(yàn)報(bào)告。

通過(guò)分析汽輪機(jī)大修前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，白馬公司和四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所的專業(yè)技術(shù)人員取得了一致意見，認(rèn)為：1)機(jī)組額定負(fù)荷試驗(yàn)得到的修正熱耗高于設(shè)計(jì)值(THA工況)，系統(tǒng)存在一定的內(nèi)漏及外漏，是導(dǎo)致熱耗增加的原因之一；2)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行，存在一定的老化，汽封系統(tǒng)漏汽量增大以及通流部分可能存在結(jié)垢也是導(dǎo)致熱耗升高的原因(31號(hào)機(jī)組2008年進(jìn)行了1次A修，已5年未A修)；3)另外鍋爐冷渣器、灰控閥使用了凝結(jié)水作為冷卻介質(zhì)，低加回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行方式偏離了設(shè)計(jì)方式是導(dǎo)致熱耗上升的原因之一。

3 汽輪機(jī)節(jié)能降耗改造的依據(jù)

四川白馬公司通過(guò)分析31號(hào)機(jī)組A修前試驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到了為汽輪機(jī)進(jìn)行節(jié)能降耗改造的方向，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)同類型已做過(guò)相同技術(shù)改造的機(jī)組進(jìn)行了大量的技術(shù)咨詢和資料收集工作。技術(shù)資料證明汽輪機(jī)的梳齒型齒汽封存在一定的缺陷，汽封系統(tǒng)漏汽量增大以及通流部分結(jié)垢導(dǎo)致熱耗升高，目前使用較多的蜂窩狀軸封密封可以明顯改善此項(xiàng)技術(shù)缺陷。汽輪機(jī)葉片結(jié)垢后通過(guò)葉片粒化處理后可明顯優(yōu)化汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)，因此公司決定對(duì)汽輪機(jī)的相關(guān)部件進(jìn)行技術(shù)改造， 更換汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的全部汽封以及對(duì)汽輪機(jī)葉片進(jìn)行?；幚?。

4 汽輪機(jī)節(jié)能降耗改造及試驗(yàn)對(duì)比

汽輪機(jī)揭缸檢查可以明顯看出原來(lái)梳齒型密封已有部分殘缺，且銹蝕較為嚴(yán)重，這將影響到軸封漏汽量的增加。機(jī)組大修期間對(duì)所有汽封進(jìn)行了更換。

汽輪機(jī)揭缸檢查時(shí)還發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)葉片上積累的水垢較為嚴(yán)重，這可能和機(jī)組水質(zhì)控制且長(zhǎng)期運(yùn)行有直接關(guān)系。通過(guò)采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的?；幚砑夹g(shù)，全部清除了葉片上的水垢，基本達(dá)到了汽機(jī)葉片出廠時(shí)的潔凈程度。

白馬公司31號(hào)機(jī)組完成機(jī)組A修投入運(yùn)行后，2013年12月24日至12月25日進(jìn)行了大修后的熱力試驗(yàn)，以檢驗(yàn)機(jī)組大修效果，汽輪機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 大修后汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：所有數(shù)據(jù)均來(lái)至于四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所的試驗(yàn)報(bào)告。

5 汽輪機(jī)節(jié)能降耗改造的結(jié)論

通過(guò)比較汽輪機(jī)機(jī)組A修前、后在200 MW、250 MW以及300 MW工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出以下效果：

1) 汽輪機(jī)高壓缸效率、中壓缸效率發(fā)生了明顯變化(高壓缸效率下降，中壓缸效率上升)；

2) 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)閥門進(jìn)行維修或更換，降低了系統(tǒng)的泄漏量，汽輪機(jī)蒸汽流量得到了有效降低；

3) 汽輪機(jī)修正后的熱耗分別下降了426.5 kJ/kWh、252.0 kh/kWh和174.1 kJ/kWh；

4) 汽輪機(jī)節(jié)能改造后，較大幅度地降低了機(jī)組的熱耗，取得了較為顯著的節(jié)能效果；

5) 對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響(僅計(jì)算發(fā)電煤耗一項(xiàng))

發(fā)電煤耗按下式進(jìn)行計(jì)算。

bfd=HR/(ηgl×ηgd×29.307)

式中，bfd為發(fā)電煤耗，g/kWh；HR為汽機(jī)熱耗率，kJ/kWh；ηgl為鍋爐效率設(shè)計(jì)值(BMCR工況),%,ALSTOM提供的鍋爐效率設(shè)計(jì)值為91.9%；ηgd為管道熱耗率取99%。

在300 MW負(fù)荷情況下發(fā)電煤耗的變化為

△bfd=△HR/(ηgl×ηgd×29.307) =174.1/0.919×0.99×29.307 =6.53(g/kWh)

以31號(hào)機(jī)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)5 000 h計(jì)算，年發(fā)電量150 GWh，累計(jì)年節(jié)約煤量約為9 796 t，以公司入爐年均標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)815元/t計(jì)算，年節(jié)約費(fèi)用近800萬(wàn)元，如果機(jī)組平均負(fù)荷降低，熱耗率還將進(jìn)一步降低，考慮到影響機(jī)組發(fā)電煤耗的諸多因素如機(jī)組負(fù)荷率、廠用電率、環(huán)境溫度、機(jī)組老化、排污等，節(jié)約費(fèi)用只能是一個(gè)大概數(shù)字，但實(shí)際節(jié)約的費(fèi)用仍相當(dāng)可觀。

由此可見，大修后的汽輪機(jī)在各項(xiàng)參數(shù)上都有了較高幅度的增長(zhǎng)，但在提高缸效率方面仍具有很大的空間。汽輪機(jī)通流部分的改造是提高機(jī)組效率的有力措施。通過(guò)減少軸封、隔板汽封漏汽以及減少漏汽對(duì)下一級(jí)汽流流場(chǎng)的擾動(dòng)來(lái)提高級(jí)效率和整機(jī)效率?？傮w來(lái)看，整機(jī)改造后機(jī)組效率可提高，熱耗率下降，出力增加，效果顯著。

[1] 吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[2] 景朝輝 . 熱工理論及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

The main technical parameters of steam turbine in Baima 300 MW unit are introduced briefly. The analysis gives emphasis on the failures occurring in the operation and the influence of gland seal system on economy. Through the successful experiences of the reconstruction, the related parameters before and after the reconstruction are analyzed, which gives a useful reference to the units of same kind.

steam turbine; gland seal system; running parameter; reconstruction basis; energy saving and consumption reducing

TK268

B

1003-6954(2015)03-0082-03

2015-02-12)