600MW超臨界汽輪機(jī)組的增容提效改造

郝慶豐，華陸平，丁國(guó)慶，戴 峰，項(xiàng) 林

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232000)

600MW超臨界汽輪機(jī)組的增容提效改造

郝慶豐，華陸平，丁國(guó)慶，戴 峰，項(xiàng) 林

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232000)

闡述了某電廠1號(hào)汽輪機(jī)增容提效改造的背景及必要性，介紹了汽輪機(jī)通流部分的改造目標(biāo)、基本原則及改造方案，主要對(duì)高中壓合缸模塊、低壓缸模塊及機(jī)組安全可靠性方面進(jìn)行了優(yōu)化改造。改造完成后，降低了機(jī)組熱耗率、供電煤耗，提高了機(jī)組的電功率和經(jīng)濟(jì)性，可為同類型機(jī)組的增容提效改造提供參考。

汽輪機(jī)；增容提效；通流改造；優(yōu)化

1 汽輪機(jī)增容提效改造的背景

某電廠1號(hào)汽輪機(jī)為國(guó)產(chǎn)超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N600—24.2/566/566。該機(jī)型受上個(gè)世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)制造水平和制造工藝的限制，在經(jīng)濟(jì)性能方面存在較多問題。

2007-07-26，該電廠1號(hào)汽輪機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，并在2009年進(jìn)行了1次A級(jí)檢修。在A級(jí)檢修中，將汽輪機(jī)高中壓缸平衡活塞的汽封更換為蜂窩汽封，調(diào)整汽輪機(jī)各級(jí)汽封徑向間隙至設(shè)計(jì)下限值。此次A級(jí)檢修對(duì)汽輪機(jī)的節(jié)能降耗起到了一定的作用，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性也有了一定改善，但與當(dāng)前600MW超臨界汽輪機(jī)的先進(jìn)設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平仍有一定差距。

2 汽輪機(jī)增容提效改造的必要性

2.1 汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性不高

改造前，1號(hào)汽輪機(jī)組熱力性能的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，修正后的滿負(fù)荷熱耗率與當(dāng)前優(yōu)秀水平的 7600kJ/kWh 相差 176kJ/kWh；60%負(fù)荷和80%負(fù)荷的供電煤耗均超過了305g/kWh(機(jī)組大部分時(shí)間都是運(yùn)行在 60%—80% 負(fù)荷)，未達(dá)到國(guó)家“十三五”能源規(guī)劃要求，即：關(guān)于現(xiàn)役60萬kW及以上機(jī)組力爭(zhēng)5年內(nèi)供電煤耗降至300g/kWh。

表1 1號(hào)汽輪機(jī)組增容提效改造前的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 汽輪機(jī)的安全可靠性不佳

1號(hào)汽輪機(jī)組在安全可靠性方面也存在一些問題，包括以下幾點(diǎn)：

(1)低壓外缸剛度不足，運(yùn)行時(shí)易發(fā)生位移，導(dǎo)致兩端軸封磨汽封間隙增大，影響凝汽器真空嚴(yán)密性；

(2)各級(jí)抽汽普遍超溫，尤其是3級(jí)抽汽溫度在運(yùn)行中達(dá)到508℃，超過設(shè)計(jì)值52℃，接近3號(hào)高加設(shè)計(jì)溫度的上限值510℃；

(3)由于高壓調(diào)節(jié)汽閥閥座與閥體安裝緊力不足，運(yùn)行中多只高壓調(diào)節(jié)汽閥閥座從閥體上浮起；

(4)高壓調(diào)節(jié)汽閥閥桿與油動(dòng)機(jī)桿采用螺紋連接，頻繁發(fā)生閥桿脫落等故障。

鑒于1號(hào)汽輪機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性和可靠性方面存在很多問題，而這些問題大部分都是由設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷造成的，難以通過正常檢修來解決，必須進(jìn)行綜合性的升級(jí)改造。

因此，該電廠決定對(duì)1號(hào)汽輪機(jī)組進(jìn)行增容提效改造。

3 改造方案

3.1 確定改造目標(biāo)

(1)使機(jī)組修正后的滿負(fù)荷熱耗率降至7600kJ/kWh 以下、供電煤耗在 60% 負(fù)荷以上時(shí)均低于300g/kWh，將機(jī)組的銘牌出力提升至660MW，且保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

(2)消除目前機(jī)組存在的影響運(yùn)行的缺陷，提高機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

3.2 確定改造應(yīng)遵循的基本原則

通過可行性研究后，決定選擇原設(shè)備制造廠來對(duì)1號(hào)汽輪機(jī)進(jìn)行改造。同時(shí)，針對(duì)該機(jī)組的實(shí)際情況，確定了改造方案應(yīng)遵循以下幾個(gè)基本原則。

(1)在確保改造效果的前提下，盡可能利用原有設(shè)備，減少改造工作量。

(2)保持現(xiàn)有熱力系統(tǒng)不變，即保持現(xiàn)有的熱力參數(shù)基本不變，從而保證汽輪機(jī)的相關(guān)主要輔機(jī)系統(tǒng)不變。

(3)保持各管道接口位置、汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)連接方式和位置、現(xiàn)有的汽輪機(jī)基礎(chǔ)等不變。

(4)保持高中壓外缸、低壓外缸不變。

(5)汽輪機(jī)各軸承座、高中壓進(jìn)汽閥門以及進(jìn)汽管道不變。

3.3 高中壓合缸模塊改造方案

(1)對(duì)高中壓各級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化：優(yōu)化高壓動(dòng)、靜葉片設(shè)計(jì)；增加通流級(jí)數(shù)(高壓級(jí)數(shù)：1+13級(jí)，中壓級(jí)數(shù)：9級(jí))；采用T形葉根；轉(zhuǎn)子隨動(dòng)葉改造，持環(huán)隨靜葉改造。

(2)隔板及徑向汽封采用鑲片式迷宮汽封，端部汽封采用蜂窩式汽封，平衡活塞汽封均采用側(cè)齒汽封。

(3)將原機(jī)組高中壓靜葉持環(huán)、高中壓獨(dú)立內(nèi)缸和高壓蒸汽室等高溫部件整合，設(shè)計(jì)形成一種新型的高中壓整體內(nèi)缸。相比于原機(jī)組內(nèi)缸及其繁多的部件，新型高中壓整體內(nèi)缸部件構(gòu)成簡(jiǎn)單，有效解決了原內(nèi)缸部件多、結(jié)合面復(fù)雜、長(zhǎng)期運(yùn)行存在配合漏汽等問題，同時(shí)減小了現(xiàn)場(chǎng)安裝檢修工作量，有效縮短了機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)的安裝檢修周期。

(4)優(yōu)化噴嘴組結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)級(jí)型線。噴嘴靜葉進(jìn)汽部分采用子午面型線，確保蒸汽進(jìn)入葉柵更加順暢，減小了壓力損失。改造前，高壓噴嘴組為螺栓連接結(jié)構(gòu)；改造后，噴嘴安裝方式為滑入式，不需要螺栓連接，不僅減少了漏汽，還加強(qiáng)了噴嘴組強(qiáng)度。調(diào)節(jié)級(jí)葉片葉頂汽封齒由3道齒增加至5道齒，增加了密封效果，減少了漏汽。

3.4 低壓缸模塊改造方案

(1)上海汽輪機(jī)有限公司超臨界600MW汽輪機(jī)末級(jí)葉片主要采用1050mm及 915mm長(zhǎng)葉片系列，對(duì)于負(fù)荷率較高、運(yùn)行在90%以上負(fù)荷小時(shí)數(shù)較多的電廠，建議末級(jí)葉片采用1050mm長(zhǎng)葉片系列；對(duì)于負(fù)荷率偏低、運(yùn)行在90%以下負(fù)荷小時(shí)數(shù)較多的電廠，建議末級(jí)葉片采915mm長(zhǎng)葉片系列。結(jié)合該電廠實(shí)際情況，因改造后機(jī)組很少出現(xiàn)運(yùn)行在90%以上負(fù)荷狀態(tài)，915mm葉片的經(jīng)濟(jì)性更好，最終末級(jí)葉片選擇915mm長(zhǎng)葉片。

(2)合理增加通流級(jí)數(shù)，以提高低壓缸整體通流效率，由原來的2×7級(jí)改為2×9級(jí)。

(3)低壓內(nèi)缸采用全新設(shè)計(jì)的低壓斜撐內(nèi)缸結(jié)構(gòu)。首先，斜撐內(nèi)缸采用一種新型平行四邊形的抽汽腔室結(jié)構(gòu)和新的螺栓法蘭布置方法，組成1個(gè)滿足抽汽要求的封閉平行四邊形腔室。利用中分面少量的法蘭螺栓布置，借助汽缸的熱脹，以達(dá)到運(yùn)行時(shí)的自密封效果，從而解決了傳統(tǒng)單靠螺栓密封技術(shù)所存在的問題，這是一種先進(jìn)的利用特殊結(jié)構(gòu)達(dá)到自密封的技術(shù)。其次，新型低壓內(nèi)缸的徑向隔板為斜向布置，斜向布置的隔板在軸向方向上的投影增長(zhǎng)，能使軸向的溫度梯度分布更均勻。所以，相比于原內(nèi)缸結(jié)構(gòu)，新型內(nèi)缸結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，溫度場(chǎng)分布更均勻，提高了中分面密封性，有效解決了低壓抽汽溫度偏高的痼疾，改善了汽缸蒸汽內(nèi)漏的問題，提高了低壓缸效率。

(4)原機(jī)組低壓進(jìn)汽部分由一斜段和一長(zhǎng)直段組成，優(yōu)化后采用3段漸縮結(jié)構(gòu)，可明顯減小蒸汽紊流度，使速度分布更加均勻，明顯改進(jìn)氣動(dòng)性能。無葉通流區(qū)域的流道設(shè)計(jì)更加合理，減少了蒸汽流動(dòng)損失，提高了機(jī)組效率。

(5)對(duì)排汽導(dǎo)流環(huán)的排汽型線進(jìn)行全新優(yōu)化設(shè)計(jì)，可大大降低低壓缸的排汽損失，提高效率。

3.5 涉及機(jī)組安全可靠性方面的優(yōu)化改造

(1)針對(duì)低壓外缸剛度不足，凝汽器抽真空后下沉量較大的問題，制造廠采取電廠的建議，通過增加低壓外缸內(nèi)、外部支撐筋數(shù)量來對(duì)外缸進(jìn)行加固，提高了機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。

(2)針對(duì)本機(jī)型頻繁出現(xiàn)高壓調(diào)門閥桿脫落的問題，將高壓調(diào)門閥桿與油動(dòng)機(jī)連接方式改為與上汽西門子機(jī)型相同的聯(lián)軸器連接方式。

(3)原機(jī)組聯(lián)軸器螺栓設(shè)計(jì)為間隙配合，且聯(lián)軸器螺栓設(shè)計(jì)的緊固力矩偏小，機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)對(duì)輪同心度超標(biāo)問題；通過改造，將各聯(lián)軸器螺栓改為液壓緊配螺栓。

4 增容提效改造效果

4.1 改造后的機(jī)組性能

改造后的1號(hào)汽輪機(jī)組性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，機(jī)組滿負(fù)荷修正后的熱耗率為7584kJ/kWh，比設(shè)計(jì)值 7620kJ/kWh 低 36kJ/kWh，比改造前低192kJ/kWh；滿負(fù)荷的供電煤耗比改造前低7.3g/kWh。

在額定出力(TRL)工況下，經(jīng)過修正后的電功率為678.470MW；最大連續(xù)出力(TMCR)工況下，經(jīng)過修正后的電功率為704.824MW，因此1號(hào)汽輪機(jī)能達(dá)到設(shè)計(jì)額定出力660MW。

表2 1號(hào)汽輪機(jī)組增容提效改造后性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2 提高汽輪機(jī)的安全可靠性

通過改造，消除了目前機(jī)組存在的低壓缸剛度不足、各級(jí)抽汽普遍超溫、高壓調(diào)節(jié)汽閥閥座運(yùn)行時(shí)從閥體上浮起以及高壓調(diào)節(jié)汽閥頻繁發(fā)生閥桿脫落等問題，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

4.3 提高汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性

從表2可以看出，汽輪機(jī)在60%負(fù)荷和80%負(fù)荷的供電煤耗率均低于300g/kWh，熱耗值、汽缸效率也處于較理想水平，汽輪機(jī)能滿足大部分時(shí)間運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

4.4 不足之處

1號(hào)汽輪機(jī)的通流改造設(shè)計(jì)存在如下不足：因新型高中壓內(nèi)缸取消了噴嘴室處2道汽封，造成高中壓缸過橋汽封漏氣增加。性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：在滿負(fù)荷工況下，合缸處軸封漏氣至中壓缸平均流量31.122t/h，占再熱蒸汽流量的1.98%，是設(shè)計(jì)值 0.31% 的 6.4 倍 (設(shè)計(jì)漏汽量為 4.8863t/h，再熱蒸汽流量為1570.3t/h)，影響熱耗升高約27kJ/kWh。將此問題反饋給制造廠后，制造廠同意在該電廠2號(hào)機(jī)通流改造中增加2道汽封。另外，高壓缸效率較改造前有所提高，但未達(dá)到設(shè)計(jì)值，制造廠分析原因主要是調(diào)節(jié)級(jí)焓降及效率影響。

5 結(jié)束語

綜上所述，該電廠1號(hào)汽輪機(jī)增容提效改造在經(jīng)濟(jì)性和可靠性方面達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，改造方案是行之有效的，對(duì)同類型的機(jī)組增容改造提供一定的參考作用。

1牛衛(wèi)東．汽輪機(jī)原理[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008.

2劉振杰，劉鑫，高登攀．國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型300MW汽輪機(jī)高壓缸存在問題的研究[J]．電力安全技術(shù)，2012，14(8)：14-16.

2016-12-31;

2017-04-11。

郝慶豐(1980—)，男，工程師，主要從事汽輪機(jī)安裝檢修工作，email：9791563@qq.com。

華陸平(1971—)，男，高級(jí)工程師，主要從事汽輪機(jī)安裝檢修工作。

丁國(guó)慶(1964—)，男，高級(jí)工程師，主要從事汽輪機(jī)安裝檢修工作。

戴峰(1973—)，男，工程師，主要從事汽輪機(jī)安裝檢修工作。

項(xiàng)林(1976—)，男，工程師，主要從事火電廠節(jié)能管理工作。