300MW汽輪機(jī)擴(kuò)容改造及經(jīng)濟(jì)效益研究

葛越

摘 要： 300MW汽輪機(jī)在發(fā)電廠使用十分普遍，長期以來汽輪機(jī)的效率以及容量都存較為明顯的缺陷。對汽輪機(jī)組結(jié)構(gòu)以及原理的分析，對影響汽輪機(jī)效率的方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并提出了具體的改進(jìn)對策，對于改進(jìn)后的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 擴(kuò)容 結(jié)構(gòu) 建議

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

引言

某電廠的#1、 #2 機(jī)組是引進(jìn)型的美國西屋公司技術(shù)所生產(chǎn)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(jī)，其機(jī)組型號是N 300-16. 7 /537 /537。#1、 #2 機(jī)組的額定功率是300MW，早在 1996 年 和1997 年分別開始運(yùn)行發(fā)電。

汽輪機(jī)的通流部分由低壓缸、中壓缸、高壓缸構(gòu)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(diào)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(zhuǎn)葉片，其他都是等截面葉片。等截面葉片中是調(diào)頻葉片的只有調(diào)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(jī)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(nèi)缸和1個隔熱罩對稱。

自投運(yùn)以來，#1、 #2 機(jī)組的汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)較好，然而也存在一些問題，例如機(jī)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(jī)組性能未能滿足設(shè)計(jì)要求。綜合這些汽輪機(jī)存在的問題使得#1、 #2 機(jī)組不具備良好的經(jīng)濟(jì)性、 安全性以及出力能力。但是#1、 #2 機(jī)組在設(shè)備資源配置和設(shè)計(jì)上具有較好的條件，若通過設(shè)備的完善和改進(jìn)就會大大提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性，使得機(jī)組提高出力能力。在電廠響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召下，該電廠對#1、 #2 機(jī)組進(jìn)行了節(jié)能擴(kuò)容改造，優(yōu)化熱力系統(tǒng)，將汽輪機(jī)通流部分的進(jìn)汽流道進(jìn)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(jìn)了機(jī)組的性能，達(dá)到了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，為建設(shè)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(jī)組結(jié)構(gòu)及性能

該電廠一期的汽輪發(fā)電機(jī)組是上汽公司的第三步優(yōu)化改進(jìn)機(jī)組，是2×300MW，F(xiàn)156型號，第三步優(yōu)化是將低壓缸進(jìn)行調(diào)整，由原來的869 mm 長葉片替換為905 mm 長葉片，使得機(jī)組的排汽面積得到了增大，并讓汽輪機(jī)的通流能力得到了增強(qiáng)，具體的出力裕量提升了 5%，而連續(xù)運(yùn)行能力的超壓保留到5%。在分析機(jī)組設(shè)計(jì)和設(shè)備配置后，總體得出該機(jī)組的設(shè)備配置資源優(yōu)良，具有較大的機(jī)組設(shè)計(jì)裕量，但是機(jī)組的銘牌出力定較小，導(dǎo)致了機(jī)組不能將能力充分發(fā)揮出來，同時也使得機(jī)組的節(jié)流損失增大，加劇了設(shè)備損耗和發(fā)電廠的用電率問題，將機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性都降低了。在對機(jī)組進(jìn)行擴(kuò)容改造后，有效改善了這些問題。

二、擴(kuò)容及改造建議

1.優(yōu)化熱力系統(tǒng)

對于熱力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，要對熱力管道和輸水設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，減少不必要的部分，尤其要控制熱力系統(tǒng)閥門的外泄問題；對于輔助配套的裝置進(jìn)行優(yōu)化，主要針對的是冷卻系統(tǒng)；根據(jù)完善后的設(shè)備和系統(tǒng)，建立各項(xiàng)規(guī)范的操作規(guī)章。對于汽輪機(jī)主體疏水方面的改造主要包括：進(jìn)氣導(dǎo)管與疏水導(dǎo)管之間的合并；左右兩側(cè)高壓進(jìn)氣導(dǎo)管的取消；兩側(cè)再熱導(dǎo)管疏水在疏水閥之前的合并；將調(diào)解疏水閥與高排通風(fēng)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(dǎo)氣管取消。對于汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)的改進(jìn)如下：將凝汽器抽空區(qū)傳熱管進(jìn)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(jìn)行改進(jìn)，以增加冷卻面積為原則。通過上述對熱力系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化，能夠有效地增加機(jī)組的熱力學(xué)經(jīng)濟(jì)性，有效的減少機(jī)組中的熱損耗。

2.更換調(diào)節(jié)級噴嘴組

原機(jī)組的調(diào)節(jié)噴嘴在運(yùn)行過程中主要存在的問題有以下兩種：一種由于本身結(jié)構(gòu)的原因，調(diào)節(jié)級效率較低，其設(shè)計(jì)的理論數(shù)值在71 %，而實(shí)際的效率卻只有50%，這會對機(jī)組的功率產(chǎn)生一定程度的下降。此外在調(diào)節(jié)級噴嘴處還極容易出現(xiàn)損傷，這是由于噴嘴較薄造成的，由于其材質(zhì)的性能較低，極容易受到激振因素所致。通過更換調(diào)節(jié)級噴嘴組可以增大噴流面積進(jìn)而可以增加機(jī)組的安全性與經(jīng)濟(jì)性。對于調(diào)節(jié)級噴嘴組進(jìn)行改進(jìn)，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(shù)不變?？梢酝ㄟ^對噴嘴的流道進(jìn)行優(yōu)化、對噴嘴和葉片的蓋度進(jìn)行調(diào)節(jié)、改進(jìn)噴嘴的材質(zhì)、對葉頂汽輪的齒數(shù)進(jìn)行修改、對汽輪的徑向間隙進(jìn)行調(diào)整，可以有效地提高機(jī)組和噴嘴的效率以及安全性。對噴嘴的材質(zhì)進(jìn)行改良，提高其材質(zhì)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(shè)計(jì)的新噴嘴組按照原來的裝配方式進(jìn)行裝配，在調(diào)節(jié)級噴嘴損壞的情況下需要對調(diào)節(jié)劑葉片進(jìn)行修改，按照噴嘴實(shí)測調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，最大限度對葉片的最佳的蓋度進(jìn)行修改。此外還需要對高壓噴嘴組的氣封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，比如將葉頂汽封齒數(shù)增加，將道數(shù)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(jìn)行調(diào)整的過程中，將中間兩道的徑向間隙改為 2mm左右，將外側(cè)的兩道調(diào)整為1.2mm。將葉根處的氣封兩道處的，徑向間隙調(diào)整至1.2mm左右。對于新噴嘴采用先進(jìn)的DEM生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，最大限度的保證其精度和質(zhì)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(jìn)行調(diào)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(jìn)行重新安裝， 并且按照徑向間隙為0.65來對其進(jìn)行加工車削，在安裝的時候需要對徑向間隙進(jìn)行測量，對于不符合要求的徑向間隙還要進(jìn)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(jìn)行加工，采用與原來相同的材質(zhì)。對于汽輪齒要按照實(shí)際的尺寸進(jìn)行改造，要將氣封片和嵌條牢牢的嵌入到齒輪當(dāng)中。

4.在高壓內(nèi)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(shí)現(xiàn)要預(yù)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(jìn)行加工，所改造后氣封的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要至少與原來氣封的設(shè)計(jì)強(qiáng)度一致。對于高壓內(nèi)外缸的夾層氣流進(jìn)行調(diào)整，有效地消除高壓缸前部的溫度差異較大的現(xiàn)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(diào)整通流部分間隙

對于通流氣封進(jìn)行拆裝檢查并對徑向間隙進(jìn)行調(diào)整，可以有效的提升汽輪機(jī)的效率。如果氣封處存在漏風(fēng)，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(jìn)行調(diào)整，最大限度的提高汽缸的效率。

6.汽輪機(jī)通流部分噴砂處理

在汽輪機(jī)流通部分的葉珊的整潔和清潔度對于汽輪機(jī)的效率也會產(chǎn)生顯著的影響，尤其是對于汽輪機(jī)的出力能力和缸效率，在汽輪機(jī)經(jīng)過長時間的運(yùn)行之后，難免會產(chǎn)生顆粒以及結(jié)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(jìn)行處理，隊(duì)伍溝進(jìn)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(shí)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(yīng)力。

三、改造與擴(kuò)容后經(jīng)濟(jì)效益評價

在計(jì)算該機(jī)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(yàn)參數(shù)，采取同一基準(zhǔn)比較，凝汽器壓力取值11. 8 kPa，作為設(shè)計(jì)初和設(shè)計(jì)終的參數(shù)。

通過#1、#2機(jī)組的擴(kuò)容改造對比，當(dāng)處于5VWO 基準(zhǔn)工況中，汽輪機(jī)具備了大致一樣的主蒸汽流量和參數(shù)，此時#1 機(jī)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(dá)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(jī)組的改造后，整體的平均功率提高了5. 08%，平均功率達(dá)到了3120MW，而平均發(fā)電煤耗率則是 304. 42 g /（kWh），較未改進(jìn)前有了11. 17 g /（kWh）的降低，降低幅度為 3. 54%。當(dāng)對#1、#2兩機(jī)組更換新型調(diào)節(jié)級噴嘴組之后，兩機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級效率平均分別提高了19.2% 和24.5% ，體現(xiàn)了極佳的經(jīng)濟(jì)效果。

結(jié)語

通過對300MW汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)原理的分析，在此基礎(chǔ)上提出汽輪機(jī)擴(kuò)容的建議包括熱力系統(tǒng)的優(yōu)化、更換調(diào)節(jié)劑噴嘴組、更換高壓隔板氣封、安裝鑲嵌式汽封、調(diào)整通流部分間隙、通流部分噴砂處理等措施，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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