600?MW超臨界機組汽輪機通流部分改造及改造后效果分析

鄭子龍

摘 要：隨著人們對電力需求度的不斷增加，一些新型發(fā)電技術(shù)也由此應(yīng)運而生，火力發(fā)電當(dāng)屬其中一種。火力發(fā)電需消耗大量的能源，因此降低發(fā)電成本、提高生產(chǎn)效率是火電廠當(dāng)前所關(guān)注的焦點話題?；诖?，該文主要從電廠通流改造后汽輪機結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行分析，并對改造前后的汽輪機工作效率等進(jìn)行比對分析，為相關(guān)人員提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：600 MW超臨界機組 汽輪機通流 改造

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0078-02

隨著城市用電需求的不斷加大，單單依靠傳統(tǒng)的發(fā)電方式很難滿足人們多樣化的用電需求，開發(fā)新能源，提高發(fā)電效率已然成為發(fā)電廠所關(guān)注的重點內(nèi)容。當(dāng)前，一些新型發(fā)電方式比如風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電等在各大城市得到了應(yīng)用，極大地滿足了市民們用電方面的需求。由于火力發(fā)電需消耗大量的能源，如何降低發(fā)電成本、提高生產(chǎn)效率，是火力發(fā)電廠得以持久、有序發(fā)展的重要保障。該文通過對某電廠600 MW超臨界燃煤發(fā)電機組投運后的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析得知設(shè)備在運行過程中能耗較高，其中汽輪機通流部位是最為顯著的影響因素，所以，對汽輪機進(jìn)行優(yōu)化改造后，大大提高了機組的運行效率，在節(jié)能的基礎(chǔ)上提高了生產(chǎn)效率，為相關(guān)企業(yè)在生產(chǎn)中提供了一定的借鑒。

1 汽輪機系統(tǒng)概況

某電廠配備有2臺600 MW的超臨界機組汽輪機，汽輪機型號為N600-24.2/566/566，機組銘牌功率為600 MW。該電廠的鍋爐主要是由上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的，鍋爐具有平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置等特征。發(fā)電機室引進(jìn)西門子技術(shù)制造的QFSN-600-2型發(fā)電機，由上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)。近年來，隨著汽輪機技術(shù)的不斷發(fā)展，該電廠原有的技術(shù)很難滿足設(shè)備的實際需求，使得機組的實際運行效率低下。一期2臺機組投產(chǎn)后額定負(fù)荷THA工況修正后熱耗率平均值為7 816.8 kJ/kWh，相比于原設(shè)計值來說，增高達(dá)到3.7%，額定負(fù)荷THA工況的高壓缸效率試驗平均值為85.3%，與設(shè)計值相比降低了2.4%。中壓缸效率設(shè)計值為92.5%，試驗中得出的中壓缸效率也為92.5%。低壓缸效率設(shè)計值為91.7%，而試驗中得出的低壓缸效率為86.3%，同比下降了5.4%。從以上數(shù)據(jù)可得出，汽輪機高、低壓缸通流效率對機組汽輪機的運行性能起到了至關(guān)重要的影響。

2 改造主要內(nèi)容

2.1 總述

在2014年與2015年兩年期間，該電廠分別對一號機組A級與二號機組A級進(jìn)行檢修期間使用了AIBT技術(shù)，并對一號、二號汽輪機的高中低壓缸通流部位進(jìn)行了改造設(shè)計，將機組的額定功率提高到了660 MW。設(shè)定兩個熱耗率驗收工況：第一驗收工況為100%THA，第二驗收工況為75%THA。AIBT技術(shù)是基于STP技術(shù)逐漸發(fā)展起來的新型技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的通流設(shè)計技術(shù)來說，AIBT技術(shù)具有如下幾方面優(yōu)點：（1）該技術(shù)所涉及的面較廣，不僅包含通流的整體流道布置、葉片優(yōu)化選型等方面的內(nèi)容，而且還包含葉頂圍帶與葉根設(shè)計等層面的內(nèi)容。系統(tǒng)靈活度較高。（2）程序功能多樣化。一方面能實現(xiàn)通流效率與強度的自動匹配，另一方面還能使差脹安全性與效率進(jìn)行自動匹配，無需人為操作即可完成，省時方便，效率高。（3）AIBT通流技術(shù)在設(shè)計時遵循每一葉片級的反動度都是不盡相同的，葉片級的反動度主要根據(jù)葉片自身的尺寸以及特性等進(jìn)行確定，確保各個全三維葉片處于最佳的氣動狀態(tài)。（4）整體圍帶葉片、全切削加固強度高，抗性強。在此次改造中，采取AIBT技術(shù)對汽輪機整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，但在優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則：一是汽輪機原有的外缸不能發(fā)生變化；二是汽輪機基礎(chǔ)要保持原樣；三是汽輪機內(nèi)缸的實際裝配應(yīng)與原來相同，而且定位方式保持不變；四是汽輪機軸承不需要改動；五是轉(zhuǎn)子的實際跨度大小不動；六是與發(fā)電機原有的聯(lián)結(jié)方式以及位置均不發(fā)生變化。改造的區(qū)域包含如下：一是汽輪機高中低壓缸通流部位的靜、動葉片需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；二是高中低壓轉(zhuǎn)子與附件應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行優(yōu)化改造；三是高中壓內(nèi)缸與相對應(yīng)的組件；四是對輪螺栓的改造；五是低壓內(nèi)缸與組件的變動。高壓通流級數(shù)調(diào)整為I+13級，中壓通流級數(shù)調(diào)整為9級，低壓通流級數(shù)調(diào)整為4×9級。

2.2 高中壓通流

在此次改造中主要采取的是AIBT技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點如下：一是直徑較小而且級數(shù)較多，不同級別部位均設(shè)置有一定的汽封裝置，這樣可避免設(shè)備在運行中發(fā)生漏氣等不良現(xiàn)象；二是具有一定的變反動度，一定的變反動度可確保葉片級處于最恰當(dāng)?shù)臍鈩訕扼w，增強高中壓缸的通流效率；三是采用彎扭馬刀型動、靜葉；四是T型葉根可避免葉根軸部發(fā)生漏氣現(xiàn)象；五是整體圍帶葉片，強度高而且抗性強；六是采用鑲片式迷宮汽封，降低漏氣損失。

2.3 高中壓轉(zhuǎn)子

高中壓轉(zhuǎn)子支撐于兩個徑向軸承上，兩個軸承之間的距離為6 140 mm，將葉片安裝在高中壓轉(zhuǎn)子上，重量可達(dá)36.5 t。高中壓轉(zhuǎn)子的高壓與中壓的蒸汽流向呈反流布置。高壓主要包含1級三叉三銷葉根的單列調(diào)節(jié)級與13級壓力級，這些壓力級均由T型葉根組成。中壓一共分為九級，其中前兩級采取的是雙T型葉根，其余七級采取的是T型葉根。在每一級的轉(zhuǎn)子外圓部位均安裝了一定形狀的齒槽，轉(zhuǎn)子兩端城墻齒與端部汽封配合，這樣可避免蒸汽外漏現(xiàn)象的發(fā)生。調(diào)節(jié)級動葉主要采取的是三叉三銷三聯(lián)體葉片結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的強度較高，能夠抵御一定的外力沖擊，而且在運行時不致對其他部件造成不良影響，可確保設(shè)備得以安全、穩(wěn)定運行。

2.4 高中壓內(nèi)缸

與原有的高中壓內(nèi)缸存在一定的不同，經(jīng)過全面改造完成的高中壓內(nèi)缸是一個全新的整體結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)體系中包含了高中壓內(nèi)缸、高壓持環(huán)、蒸汽室等，可有效解決原有蒸汽室存在的漏氣現(xiàn)象，而且安裝簡便，為施工人員減少了一定的工作量。高中壓內(nèi)缸頂部與底部用定位銷導(dǎo)向，這樣可確保汽輪機軸線處于恰當(dāng)?shù)奈恢?，?nèi)外缸的進(jìn)氣口使用插管進(jìn)行有效連接，這樣便于吸收內(nèi)外缸差脹，提高內(nèi)缸的氣密性。

2.5 低壓內(nèi)缸

低壓內(nèi)缸主要采取的是碳鋼焊接結(jié)構(gòu)，低壓內(nèi)缸的兩端半環(huán)部位由鑄件組成，其余部位均由鋼板組成。借助側(cè)板可將低壓內(nèi)缸的內(nèi)部分成不同的抽汽腔室，使用撐桿將左右腔室有效分離，提高結(jié)構(gòu)整體的強度。采取有限元計算對機組進(jìn)行三維模擬仿真分析后最終明確低壓內(nèi)缸的設(shè)計結(jié)構(gòu)：通過一塊有孔的覆板將其與隔板內(nèi)側(cè)端部進(jìn)行有效連接，使其成為一個封閉的四邊形腔室。通過中分面法蘭與螺栓的布設(shè)，提高汽缸的密封性。此外，低壓內(nèi)缸兩端固定有排汽導(dǎo)流環(huán)，將其與外缸的錐形端壁相結(jié)合，使其形成一個排汽擴壓通道，便于氣體的輸入與輸出。

3 改造后效果

通過對改造后的高壓缸各項性能指標(biāo)進(jìn)行檢測后得知，除高壓缸效率與設(shè)計值存在一定出入外，其他各項指標(biāo)均滿足相關(guān)要求。一號機組熱耗能降低了189.22 kJ/kWh，供電煤耗降低了7.2 g/kWh；二號機組整機熱能損失降低了215.5 kJ/kWh，供電煤耗降低了約8.26 g/kWh。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對汽輪機通流部分進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計后，汽輪機不管是在熱機能耗方面還是供電煤耗方面都較未改造之前的機組能耗顯著降低，而且機組的運行效率也得到了明顯提升。隨著汽輪機技術(shù)的不斷發(fā)展，對其進(jìn)行優(yōu)化改造設(shè)計已是大勢所趨，以確保機組得以安全、穩(wěn)定運行，為發(fā)電廠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價值。

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