300MW汽輪機擴容改造及經濟效益研究

葛越

摘 要： 300MW汽輪機在發(fā)電廠使用十分普遍，長期以來汽輪機的效率以及容量都存較為明顯的缺陷。對汽輪機組結構以及原理的分析，對影響汽輪機效率的方面進行了詳細的闡述，并提出了具體的改進對策，對于改進后的經濟效益進行了分析。

關鍵詞：汽輪機 擴容 結構 建議

中圖分類號：TK263 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0273-01

引言

某電廠的#1、 #2 機組是引進型的美國西屋公司技術所生產的亞臨界、高中壓合缸、單軸、雙缸雙排汽中間再熱凝汽式汽輪機，其機組型號是N 300-16. 7 /537 /537。#1、 #2 機組的額定功率是300MW，早在 1996 年 和1997 年分別開始運行發(fā)電。

汽輪機的通流部分由低壓缸、中壓缸、高壓缸構成，其級別分別是2 × 7 級、9 級、1 + 11 級，總共為35 級。通流部分只有調節(jié)級是沖動級，剩下的都是反動級。低壓缸末 3 級的動葉片是扭轉葉片，其他都是等截面葉片。等截面葉片中是調頻葉片的只有調節(jié)級和扭葉片，而扭葉片較多，分別是高壓缸、中壓缸、低壓缸的隔板靜葉。汽輪機的高中壓合缸部分是雙層缸組成，其通流部分成對稱布置，即低壓缸與1個外缸、 2個內缸和1個隔熱罩對稱。

自投運以來，#1、 #2 機組的汽輪機運行狀態(tài)較好，然而也存在一些問題，例如機組的通流效率不佳，較高的熱耗值、較大的軸封漏汽量，上下缸之間存在較大的溫差，整體機組性能未能滿足設計要求。綜合這些汽輪機存在的問題使得#1、 #2 機組不具備良好的經濟性、 安全性以及出力能力。但是#1、 #2 機組在設備資源配置和設計上具有較好的條件，若通過設備的完善和改進就會大大提高機組的經濟性和安全性，使得機組提高出力能力。在電廠響應國家節(jié)能減排的號召下，該電廠對#1、 #2 機組進行了節(jié)能擴容改造，優(yōu)化熱力系統，將汽輪機通流部分的進汽流道進行改變，使得通流面積得到提高，而汽流損失得到了有效降低，從而改進了機組的性能，達到了機組運行的經濟效益，為建設友好環(huán)境和資源節(jié)約型的發(fā)電企業(yè)發(fā)揮了重要作用。

一、機組結構及性能

該電廠一期的汽輪發(fā)電機組是上汽公司的第三步優(yōu)化改進機組，是2×300MW，F156型號，第三步優(yōu)化是將低壓缸進行調整，由原來的869 mm 長葉片替換為905 mm 長葉片，使得機組的排汽面積得到了增大，并讓汽輪機的通流能力得到了增強，具體的出力裕量提升了 5%，而連續(xù)運行能力的超壓保留到5%。在分析機組設計和設備配置后，總體得出該機組的設備配置資源優(yōu)良，具有較大的機組設計裕量，但是機組的銘牌出力定較小，導致了機組不能將能力充分發(fā)揮出來，同時也使得機組的節(jié)流損失增大，加劇了設備損耗和發(fā)電廠的用電率問題，將機組的安全性和經濟性都降低了。在對機組進行擴容改造后，有效改善了這些問題。

二、擴容及改造建議

1.優(yōu)化熱力系統

對于熱力系統進行優(yōu)化，要對熱力管道和輸水設備進行改進和優(yōu)化，減少不必要的部分，尤其要控制熱力系統閥門的外泄問題；對于輔助配套的裝置進行優(yōu)化，主要針對的是冷卻系統；根據完善后的設備和系統，建立各項規(guī)范的操作規(guī)章。對于汽輪機主體疏水方面的改造主要包括：進氣導管與疏水導管之間的合并；左右兩側高壓進氣導管的取消；兩側再熱導管疏水在疏水閥之前的合并；將調解疏水閥與高排通風管接口合并；取消高壓外缸疏水處的閥門；將中壓外缸疏水與中壓缸排氣區(qū)疏水取消；中壓缸冷卻導氣管取消。對于汽輪機輔助系統的改進如下：將凝汽器抽空區(qū)傳熱管進行替換；凝汽器增加霧化裝置；更換軸加，使得換熱面積增加；對于冷油器進行改進，以增加冷卻面積為原則。通過上述對熱力系統的改進和優(yōu)化，能夠有效地增加機組的熱力學經濟性，有效的減少機組中的熱損耗。

2.更換調節(jié)級噴嘴組

原機組的調節(jié)噴嘴在運行過程中主要存在的問題有以下兩種：一種由于本身結構的原因，調節(jié)級效率較低，其設計的理論數值在71 %，而實際的效率卻只有50%，這會對機組的功率產生一定程度的下降。此外在調節(jié)級噴嘴處還極容易出現損傷，這是由于噴嘴較薄造成的，由于其材質的性能較低，極容易受到激振因素所致。通過更換調節(jié)級噴嘴組可以增大噴流面積進而可以增加機組的安全性與經濟性。對于調節(jié)級噴嘴組進行改進，可以不改變其外形以及用于禁錮的螺栓、和定位銷以及葉片數不變?？梢酝ㄟ^對噴嘴的流道進行優(yōu)化、對噴嘴和葉片的蓋度進行調節(jié)、改進噴嘴的材質、對葉頂汽輪的齒數進行修改、對汽輪的徑向間隙進行調整，可以有效地提高機組和噴嘴的效率以及安全性。對噴嘴的材質進行改良，提高其材質增加其使用的壽命；高壓噴嘴組原來的節(jié)徑為1061.3mm、其流通名義的面積為201.69cm2、其中噴嘴的出氣端高度為22.9mm；所設計的新噴嘴組按照原來的裝配方式進行裝配，在調節(jié)級噴嘴損壞的情況下需要對調節(jié)劑葉片進行修改，按照噴嘴實測調節(jié)結構進行修改，最大限度對葉片的最佳的蓋度進行修改。此外還需要對高壓噴嘴組的氣封結構進行優(yōu)化改進，比如將葉頂汽封齒數增加，將道數由1道改為后面的4道，切要有效的減小徑向的間隙，減少漏氣以提高效率。在對徑向間隙進行調整的過程中，將中間兩道的徑向間隙改為 2mm左右，將外側的兩道調整為1.2mm。將葉根處的氣封兩道處的，徑向間隙調整至1.2mm左右。對于新噴嘴采用先進的DEM生產工藝進行生產，最大限度的保證其精度和質量。

3.更換高壓隔板汽封

將高壓持環(huán)隔板處的氣封的徑向間隙的鑲嵌方式進行調整。對于高壓持環(huán)處的氣封采用新的鑲嵌方式，該處的原來的徑向間隙為0.75mm。將氣封齒輪一一拔出，并進行重新安裝， 并且按照徑向間隙為0.65來對其進行加工車削，在安裝的時候需要對徑向間隙進行測量，對于不符合要求的徑向間隙還要進行修整。在加工的過程中，要采取人工與車削的方式將原來鑲嵌的齒輪取出，在車削的過程中控制好原來槽道的尺寸；對于汽封齒、嵌條要按照原來的裝配方式進行加工，采用與原來相同的材質。對于汽輪齒要按照實際的尺寸進行改造，要將氣封片和嵌條牢牢的嵌入到齒輪當中。

4.在高壓內缸夾層上、 下半空間安裝鑲嵌式汽封

在高壓靜葉持環(huán)的處增加鑲嵌氣封，實現要預留好阻汽片的徑向尺寸，將阻汽片與外缸之間的間隙控制在5mm左右進行加工，所改造后氣封的設計強度要至少與原來氣封的設計強度一致。對于高壓內外缸的夾層氣流進行調整，有效地消除高壓缸前部的溫度差異較大的現象，有效地避免由于溫差較大所造成的氣缸的形變以及徑向的磨損和螺栓的松懈。

5.合理調整通流部分間隙

對于通流氣封進行拆裝檢查并對徑向間隙進行調整，可以有效的提升汽輪機的效率。如果氣封處存在漏風，那么通過葉珊處的蒸汽量就會顯著的減少，也會對下一級的入口氣流造成顯著的影響，使得效率降低。在改造的過程中，主要是對于高壓缸葉頂氣封處進行調整，最大限度的提高汽缸的效率。

6.汽輪機通流部分噴砂處理

在汽輪機流通部分的葉珊的整潔和清潔度對于汽輪機的效率也會產生顯著的影響，尤其是對于汽輪機的出力能力和缸效率，在汽輪機經過長時間的運行之后，難免會產生顆粒以及結垢。而由于通流部分隔板和葉輪之間的間隙十分狹小，難以采用有效的方法對表面的污垢進行處理，隊伍溝進行處理的方法一般采用干噴砂的方式，或者是高壓水沖洗的方式，但是清理污垢的實際效果卻不是很好，目前在國外采用的是玻璃噴丸方法，可以有效地清除其表面的污垢，還可以是的葉珊表面的光潔度大大的增加，減小葉柵應力。

三、改造與擴容后經濟效益評價

在計算該機組的發(fā)電煤耗率時，將鍋爐效率和管道效率分別定為92%和99%，修正試驗參數，采取同一基準比較，凝汽器壓力取值11. 8 kPa，作為設計初和設計終的參數。

通過#1、#2機組的擴容改造對比，當處于5VWO 基準工況中，汽輪機具備了大致一樣的主蒸汽流量和參數，此時#1 機組比改造前增加了12. 42 MW的平均功率，提高了4. 11%。通過改造，平均發(fā)電煤耗率達到了305. 70 g /（kWh），從而比優(yōu)化前的平均發(fā)電煤耗率降低4. 13% ；在#2機組的改造后，整體的平均功率提高了5. 08%，平均功率達到了3120MW，而平均發(fā)電煤耗率則是 304. 42 g /（kWh），較未改進前有了11. 17 g /（kWh）的降低，降低幅度為 3. 54%。當對#1、#2兩機組更換新型調節(jié)級噴嘴組之后，兩機組的汽輪機調節(jié)級效率平均分別提高了19.2% 和24.5% ，體現了極佳的經濟效果。

結語

通過對300MW汽輪機結構原理的分析，在此基礎上提出汽輪機擴容的建議包括熱力系統的優(yōu)化、更換調節(jié)劑噴嘴組、更換高壓隔板氣封、安裝鑲嵌式汽封、調整通流部分間隙、通流部分噴砂處理等措施，實現了較好的經濟效益。

參考文獻

[1]宗振亞.淺談提高300MW汽輪機機組經濟性的措施[J]. 中國高新技術企業(yè). 2016（21）

[2]馬魁元.國產引進型330MW機組通流部分改造及經濟性分析[J]. 汽輪機技術. 2016（03）