試論三缸三排汽200MW汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造的難點(diǎn)和特殊性

柳邦家

【摘 要】電力系統(tǒng)節(jié)能減排工作勢(shì)在必行，近幾年國(guó)家在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益上管控力度逐漸加大，在未來的電力行業(yè)，作為電源端，環(huán)保指標(biāo)和供電煤耗將是一個(gè)企業(yè)的立命之本，本文主要就華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)低壓缸光軸改造技術(shù)的難點(diǎn)和特殊性進(jìn)行了認(rèn)真分析，總結(jié)攻克難點(diǎn)的辦法，為節(jié)能降耗工作拓展新的發(fā)展思路。

【關(guān)鍵詞】三缸三排汽 200MW汽輪機(jī) 低壓轉(zhuǎn)子 光軸改造

隨著社會(huì)城鎮(zhèn)化速度的加快，未來數(shù)以億萬(wàn)計(jì)的農(nóng)民也將從農(nóng)村涌入城市，城市供熱面積逐年增加，而與之對(duì)應(yīng)的國(guó)家GDP增速放緩，煤炭、石油、重金屬大力去產(chǎn)能，電力市場(chǎng)發(fā)電側(cè)企業(yè)的日益增多和用電量的逐年降低，在國(guó)際大背景下和中國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)展本身的瓶頸下，熱電廠，特別是小的熱電廠要想在日益激烈的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，沒有一點(diǎn)創(chuàng)新的思維和開拓經(jīng)營(yíng)的辦法，顯然是行不通的，本文主要就華電富拉爾基發(fā)電廠的低壓缸光軸改造技術(shù)中遇到的一些難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出解決問題的有效方法。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸?？傃b機(jī)容量 1200MW，分為二期建設(shè)，一期 3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，二期擴(kuò)建3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，共 6 臺(tái) 200MW 凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司八十年代產(chǎn)品，汽輪機(jī)為沖動(dòng)式三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)。分別于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投產(chǎn)發(fā)電。其中二期 3 臺(tái)汽輪機(jī)分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術(shù)進(jìn)行了通流部分?jǐn)U容改造，額定功率達(dá)到 210MW。

2 低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造的原理

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。低壓缸汽端改造主要有兩個(gè)思路：一是在聯(lián)通管處抽汽打孔，但是這種模式抽汽量小，抽汽性能不穩(wěn)定，一是對(duì)汽輪機(jī)低壓部分進(jìn)行光軸改造，拆除 #2、#3低壓缸的葉片，#1低壓缸與中壓缸是一體結(jié)構(gòu)，#2、#3號(hào)低壓缸對(duì)稱分布，低壓光軸供熱改造難度大。國(guó)內(nèi)其它電廠已進(jìn)行過低壓缸光軸供熱改造，并成功運(yùn)行，但相關(guān)改造汽輪機(jī)只有一個(gè)對(duì)稱分布低壓缸，而富拉爾基三排汽200MW汽輪機(jī)有三個(gè)低壓缸，給改造及改造后的運(yùn)行帶來很大困難，只有克服這些困難，項(xiàng)目才能順利實(shí)施。

改造后，低壓缸采用雙轉(zhuǎn)子互換形式，非供熱期仍采用原機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子，低壓缸以純凝形式運(yùn)行；供熱期低壓轉(zhuǎn)子采用低壓光軸，只起連接作用，低壓部分并不作功發(fā)電，中低壓聯(lián)通管排汽用于供熱，充分利用汽輪機(jī)排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，以滿足冬季采暖供熱，擴(kuò)大熱網(wǎng)供熱能力，降低機(jī)組運(yùn)行熱耗，能有效的滿足富發(fā)電廠規(guī)劃的250萬(wàn)平方米的供熱負(fù)荷，并為富發(fā)電廠新機(jī)供熱提供備用熱源，保障供熱安全。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰，解決冬季電網(wǎng)熱電矛盾，實(shí)現(xiàn)電廠節(jié)能減排、節(jié)約用水、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

根據(jù)國(guó)家節(jié)能減排的方針政策， 以及華電公司的要求， 富拉爾基發(fā)電廠擬在供熱期，對(duì)三排汽 200MW 汽輪機(jī)進(jìn)行低壓光軸供熱改造。三排汽 200MW 汽輪機(jī)有三個(gè)低壓缸，其中#1 低壓缸與中壓缸是一體結(jié)構(gòu)，#2、#3號(hào)低壓缸對(duì)稱分布，供熱改造技術(shù)存在一定難度。考慮到機(jī)組三排汽特點(diǎn)，改造最佳選擇為采用低壓缸光軸解列技術(shù)（中低壓聯(lián)通管排汽全部去熱網(wǎng)加熱器）進(jìn)行改造。機(jī)組#2、#3 號(hào)低壓缸解列，用新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子代替原低壓轉(zhuǎn)子。低壓光軸轉(zhuǎn)子只起連接作用，低壓部分并不作功發(fā)電，中壓聯(lián)通管排汽用于供熱；非供熱期仍采用原機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子，恢復(fù)低壓缸凝汽式運(yùn)行。

目前國(guó)內(nèi)已有部分電廠進(jìn)行了低壓光軸改造，且取得了良好的實(shí)際效應(yīng)，如國(guó)電濮陽(yáng)電廠 210MW汽輪機(jī)，華能煙臺(tái)電廠 100MW 汽輪機(jī)等。汽輪機(jī)低壓缸光軸改造技術(shù)使供電煤耗顯著降低，節(jié)省了煤炭方面的發(fā)電成本；還對(duì)碳氧化物、硫化物，氮氧化物的排放起到了一定的遏制作用；光軸改造后機(jī)組在供熱期可參與深度調(diào)峰，為企業(yè)的發(fā)展和新能源的入網(wǎng)做出了一定貢獻(xiàn)。

3 汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造主要技術(shù)難點(diǎn)

（1）改造中需將三缸三排汽200MW汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子拆除，更換成一根套裝光軸低壓轉(zhuǎn)子，連接中壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)，起到傳遞扭矩的作用，而且光軸轉(zhuǎn)子的重量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、楊度等和原轉(zhuǎn)子盡可能相同或相近，以保證臨界轉(zhuǎn)速盡可能不發(fā)生變化，軸承也不必更換；

（2）更換光軸時(shí)，低壓缸的隔板、導(dǎo)葉也需要一并拆除，汽輪機(jī)組的基礎(chǔ)、汽缸等盡量不動(dòng)，通流部分改造后夏季仍可恢復(fù)原純凝運(yùn)行；

（3）機(jī)組在運(yùn)行過程中，光軸會(huì)與低壓缸內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生摩擦鼓風(fēng)發(fā)熱，需要對(duì)其進(jìn)行冷卻；

（4）低壓缸通流部分的改造要考慮光軸的冷卻問題；

（5）光軸冷卻方案還要結(jié)合冷凝器的運(yùn)行方式一并考慮，冷凝器維持真空熱備用，并需要從中排引一股蒸汽對(duì)光軸進(jìn)行冷卻；

（6）改造后，機(jī)組的低壓通流部分只剩下了1#低壓缸，中排壓力需要靠進(jìn)汽量和抽汽量來調(diào)節(jié)，不能過高也不能過低；

（7）連通管需要改造，蒸汽不再進(jìn)入#2、#3低壓缸而直接接到抽汽管去熱網(wǎng)；

（8）冷凝器及循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行方式需做調(diào)整；

（9）光軸改造機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過程中調(diào)整問題；

（10）200MW汽輪機(jī)光軸改造后低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定問題；

（11）供熱期凝汽器強(qiáng)度、工作狀態(tài)能否滿足機(jī)組安全運(yùn)行需要；

（12）加熱器能否滿足供熱期機(jī)組運(yùn)行需要。

4 汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造技術(shù)難點(diǎn)解決方案

低壓缸光軸轉(zhuǎn)子采用套裝形式，即原有低壓轉(zhuǎn)子也可以和改造后的新的低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行互換，這就是低壓轉(zhuǎn)子互換技術(shù)，在不供熱時(shí)，我們可以采用原有低壓轉(zhuǎn)子純凝工況運(yùn)行，在供熱期換上改造后的套裝光軸轉(zhuǎn)子，此時(shí)低壓缸不用于發(fā)電，只相當(dāng)于排氣裝置的一個(gè)熱源。為保證光軸轉(zhuǎn)子的重量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、楊度等和原轉(zhuǎn)子盡可能相同或相近，我們需要采取以下措施：將汽輪機(jī)原低壓缸轉(zhuǎn)子拆除后，返至哈爾濱汽輪機(jī)廠，要求對(duì)照原來的轉(zhuǎn)子加工一條套裝低壓缸轉(zhuǎn)子，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子的各種特性盡可能一致，為了達(dá)到這個(gè)目的，必要時(shí)還要對(duì)汽輪機(jī)原低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行部分技術(shù)改造，如增加配重、拆除部分葉片、對(duì)汽輪機(jī)低壓缸通流部分進(jìn)行適當(dāng)改造等；新的低壓缸轉(zhuǎn)子加工完畢后為了確保轉(zhuǎn)子和中壓缸、發(fā)電機(jī)的法蘭能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫連接，還需要使用專門的定位儀器，確保新加工的低壓缸轉(zhuǎn)子法蘭連接孔和原低壓缸轉(zhuǎn)子高度匹配。

在拆除低壓缸的導(dǎo)葉、隔板時(shí)，不對(duì)汽輪機(jī)的基礎(chǔ)和汽缸進(jìn)行任何移動(dòng)，且對(duì)汽輪機(jī)通流部分改造完畢后，再結(jié)合本次光軸改造的汽輪機(jī)運(yùn)行工況，做一下低壓缸雙轉(zhuǎn)子互換前后的轉(zhuǎn)子的全速動(dòng)平衡試驗(yàn)，并以試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為對(duì)低壓缸通流部分改造、低壓轉(zhuǎn)子套裝契合度，低壓缸導(dǎo)葉、隔板拆除成功的依據(jù)。

關(guān)于光軸冷卻問題，在機(jī)組供熱期，因?yàn)槠啓C(jī)的2、3號(hào)低壓缸已經(jīng)改造為光軸，啟機(jī)初期鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量大，而汽輪機(jī)1號(hào)低壓缸仍保有部分葉片，這樣導(dǎo)致的后果就是汽輪機(jī)低壓缸受熱不均，膨脹不均，為避免上述情況產(chǎn)生，采取以下措施：

（1）引入一路汽源，對(duì)低壓缸進(jìn)行冷卻，注意冷卻汽源的參數(shù)選擇，必要時(shí)可對(duì)冷卻汽源加裝降溫降壓裝置，并注意低壓母管軸封壓力和軸封冷卻器的壓力。

（2）由于運(yùn)行人員日常操作量大，可對(duì)低壓缸的排氣溫度實(shí)行自動(dòng)控制，自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)開啟相關(guān)調(diào)整門處理。

（3）更換原中低壓聯(lián)通管，并在原中低壓聯(lián)通管適當(dāng)位置加裝管道，并設(shè)置法蘭連接和封堵裝置，在非供熱期進(jìn)行封堵，保證原機(jī)組運(yùn)行模式；在直管段增加兩法蘭，法蘭之間可增設(shè)堵板，在供熱期進(jìn)行封堵，阻斷汽流進(jìn)入低壓缸。原進(jìn)入2、3號(hào)低壓缸的蒸汽變?yōu)闊峋W(wǎng)加熱汽源，系統(tǒng)由供熱管路、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、彈簧式安全閥逆止閥、壓力溫度測(cè)點(diǎn)及控制系統(tǒng)組成等組成。

（4）冷凝器及循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行方式要分為兩種方式區(qū)別對(duì)待，在非供熱期輔機(jī)設(shè)備保持原有的工作方式運(yùn)行，在供熱期，凝汽器相當(dāng)于第一道熱網(wǎng)原點(diǎn)，要注意凝汽器的工作環(huán)境和背壓變化趨勢(shì)，還要注意凝泵的氣蝕問題，循環(huán)泵和背壓的曲線關(guān)系也要重新優(yōu)化。

（5）光軸改造機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過程中調(diào)整問題，光軸改造投入運(yùn)行后，在機(jī)組啟停機(jī)過程中最需要關(guān)注的是低壓缸排汽溫度，要隨時(shí)嚴(yán)密跟進(jìn)調(diào)整，在機(jī)組運(yùn)行中要嚴(yán)密監(jiān)視汽輪機(jī)的脹差、缸脹、軸向位移和振動(dòng)，并加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)滑銷系統(tǒng)的監(jiān)視，時(shí)刻關(guān)注汽輪機(jī)金屬溫度。

（6）200MW汽輪機(jī)光軸改造后低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定問題，機(jī)組光軸改造后，特別是在低負(fù)荷運(yùn)行期間，投油穩(wěn)燃，同時(shí)加強(qiáng)各系統(tǒng)的巡視檢查，對(duì)汽輪機(jī)光軸改造后發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，完善運(yùn)行分析，更有利于今后工作的開展。

5 結(jié)語(yǔ)

在降本增效和環(huán)境保護(hù)的背景下，華電富拉爾基發(fā)電廠以低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造為技術(shù)突破口，在尋求低壓缸轉(zhuǎn)子互換的發(fā)展新思路，本文主要就低壓缸光軸改造技術(shù)中遇到的一些難點(diǎn)和實(shí)際問題進(jìn)行了深度剖析，提出了一些行之有效的對(duì)癥意見和觀點(diǎn)，希望能給讀者提供一個(gè)解決問題的思路。