基于300MW火電機(jī)組通流與供熱改造節(jié)能分析

劉學(xué)靜

【摘 要】筆者在下文中主要針對某300MW火電機(jī)組通流與供熱改造案例，對其機(jī)組存在的問題、改造規(guī)劃設(shè)想、設(shè)計(jì)優(yōu)化、改造施工等內(nèi)容進(jìn)行了詳盡的論述，以期為廣大從業(yè)者提供有價(jià)值的參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】火電機(jī)組；機(jī)組改造；節(jié)能改造

近年來，300MW等級火電機(jī)組的裝機(jī)容量逐步提升，并且火電機(jī)組仍舊朝著大容量、高參數(shù)的方向發(fā)展，然而許多火電廠內(nèi)的300MW等級火電機(jī)組都出現(xiàn)了熱耗率較高的情況，直接提高了我國火電生產(chǎn)耗能水準(zhǔn)。對此，我國《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃》（2014-2020）中明確了火電廠300MW等級火電機(jī)組的改造目標(biāo)，這既是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)降低火電機(jī)組耗能的重要機(jī)遇。在這樣的背景下，我們需要加強(qiáng)對300MW火電機(jī)組通流與供熱改造分析，以為該項(xiàng)工作提供可靠的理論探究。

一、機(jī)組現(xiàn)狀

某300MW火電機(jī)組正式投產(chǎn)于2006年11月下旬，截止2011年年底檢修、備用停機(jī)累計(jì)8620h，該機(jī)組存在缺陷如下：①高壓、中壓轉(zhuǎn)子變形；②通流部分各個(gè)部間的間距過大，機(jī)組的耗能水平較高。高壓、中壓轉(zhuǎn)子變形、彎曲，幅度超過0.120mm，在B級檢修的過程中，為保證機(jī)組運(yùn)作穩(wěn)定性、安全性，調(diào)整汽封間距，從而導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)作效率無法達(dá)到初期設(shè)置需求；③機(jī)組在運(yùn)作過程中，軸系的震動(dòng)幅度偏大，在運(yùn)作過程中時(shí)常出現(xiàn)震動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象，具體數(shù)值為1.120-0.155mm，集中表現(xiàn)在機(jī)組啟動(dòng)、停止、負(fù)載波動(dòng)過程中；④高壓、中壓缸前后的漏氣量較大；⑤高壓、中壓、低壓缸體變形，大多集中在缸體噴嘴部分，最大變形達(dá)1.5mm；⑥機(jī)組葉片受嚴(yán)重腐蝕，并且在檢查過程中發(fā)現(xiàn)出口區(qū)存在氣蝕的情況；⑦機(jī)組在運(yùn)作的過程中，調(diào)節(jié)級后部溫度超過設(shè)計(jì)值，同時(shí)調(diào)節(jié)級噴嘴的通流較大，存在極為嚴(yán)重的節(jié)流損失；⑧機(jī)組設(shè)計(jì)中葉片選用斜圍帶，在運(yùn)作過程中，機(jī)組部件受熱膨脹之后，失去本身的密封效果，造成嚴(yán)重泄漏[1]。

二、改造方案

（一）性能要求

高壓缸效率86%（THA）、中壓缸效率92%（THA）、低壓缸效率89%（THA）、發(fā)電機(jī)功率/MW（THA 317、TRL 317、VWO 338、T-MCR 333、75%額定功率237、50%額定功率158、停高壓加熱器工況317）、主汽壓力/MPa（THA 16.5、TRL 16.5、VWO 16.5、T-MCR 16.5、75%額定功率14、50%額定功率9.3、停高壓加熱器工況16.7）、主汽溫度（THA 535、TRL 535、VWO 535、T-MCR 535、75%額定功率535、50%額定功率535、停高壓加熱器工況535）、主汽流量（THA 945、TRL 1005、VWO 1025、T-MCR 1005、75%額定功率685、50%額定功率463、停高壓加熱器工況823）、真空背壓/kPa（THA 5.2、TRL 11.9、VWO 5.2、T-MCR 5.2、75%額定功率5.2、50%額定功率5.2、停高壓加熱器工況5.2）[2]。其中，TRL為機(jī)組銘牌工況、VWO為機(jī)組調(diào)門全開工況、T-MCR為最大連續(xù)工況[3]。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

①高壓級數(shù)調(diào)整為9個(gè)壓力級和一個(gè)調(diào)速級，達(dá)到優(yōu)化反動(dòng)度以及速比的作用，同時(shí)保留高壓外缸、中壓外缸，但是為了滿足通流級數(shù)需求，需要更換高壓缸；②汽輪機(jī)葉片改造需要采用高強(qiáng)度、高效率加載層葉型，同時(shí)葉片必須能夠承擔(dān)高負(fù)荷、高扭曲力；③選用裝配式噴嘴設(shè)計(jì)方法，導(dǎo)葉也為裝配式設(shè)計(jì)；④調(diào)節(jié)級采用三聯(lián)頁面來提高反動(dòng)度、效率；⑤末級葉片改用909葉片，并且在葉片上設(shè)置有去濕槽，從而提高機(jī)組的抗氣蝕、腐蝕能力；⑥為消除高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子的在運(yùn)作過程中的殘余應(yīng)力，所有轉(zhuǎn)子必須經(jīng)過試驗(yàn)；⑦汽輪機(jī)各個(gè)級間的汽封材料必須符合抗形變的需求，汽封材料必須具備一定的退讓性，在機(jī)組運(yùn)作的過程中，若是汽封和轉(zhuǎn)子之間出現(xiàn)摩擦，避免對轉(zhuǎn)子造成損害。機(jī)組隔板汽封采用鐵素體蜂窩；高壓、中壓后軸端部汽封采用接觸式汽封；低壓前端以及低壓后端采用接觸式蜂窩汽封；⑧無論是在何種條件下，機(jī)組各個(gè)軸承的回油溫度都必須控制在65攝氏度以內(nèi)，運(yùn)行過程中，軸承金屬的溫度需要控制在90攝氏度以內(nèi)[4]。

三、方案實(shí)施

（一）設(shè)計(jì)優(yōu)化

因?yàn)闄C(jī)組的噴嘴加大了一定程度，導(dǎo)致高壓內(nèi)缸的直徑也增加了90mm，從而致使噴嘴4顆螺栓和外缸接觸。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)核算之后，在保證強(qiáng)度需求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)能囅髀菽?，同時(shí)適當(dāng)打磨外缸的缸體，避免螺母和缸體接觸，保證了安全性[5]。因?yàn)樵瓩C(jī)組外缸存在一定的變形問題，所以導(dǎo)致中壓隔板套安裝螺栓以及內(nèi)缸的溫度測點(diǎn)無法和外缸實(shí)現(xiàn)有效連接，從而導(dǎo)致安裝困難，現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況對其尺寸進(jìn)行了有效調(diào)整。因?yàn)楝F(xiàn)場不具備對軸向尺寸進(jìn)行測繪的條件，所以將原機(jī)型圖紙作為基礎(chǔ)，把所有汽封體制造留出了5mm余量，現(xiàn)場轉(zhuǎn)子定位后經(jīng)過二次加工，順利安裝。

（二）改造施工

在施工安裝的過程中，考慮到低壓轉(zhuǎn)子返廠更改的時(shí)間相對比較長，隔板必然會(huì)提前到場，所以在揭缸的過程中，充分測量的半實(shí)缸、全實(shí)缸，綜合考慮到了發(fā)電機(jī)空氣間隙、轉(zhuǎn)子揚(yáng)度、轉(zhuǎn)子中心等等因素，在低壓轉(zhuǎn)子到場之前對轉(zhuǎn)子的中心進(jìn)行了合理的調(diào)整，為隔板的安裝創(chuàng)造了良好條件。低壓轉(zhuǎn)子在返廠的過程中，針對汽缸進(jìn)行研磨，通過研磨來消除汽缸分面間隙過大的問題，并完成汽封體、低壓隔板的有效配置，同時(shí)讓中壓隔板套、高壓隔板套就位。

（三）改造效果

①機(jī)組在改造之后，機(jī)組運(yùn)作熱效率得到明顯提升，在75%、60%額定功率下的供電煤耗下降了13.5g/（kW·h），并根據(jù)額定功率年利用6000小時(shí)計(jì)算，機(jī)組改造后供電煤耗大致可節(jié)約2.5萬噸；②改造之后成功實(shí)現(xiàn)了無煤增容，在75%額定功率的情況下，機(jī)組的無煤增容可達(dá)5.39%，根據(jù)年利用6000小時(shí)計(jì)算，改造之后的機(jī)組在75%額定功率運(yùn)作條件下，全年大致能夠節(jié)省2.3萬噸煤；③改造之后，機(jī)組的額定出力約為315MW，根據(jù)機(jī)組年滿負(fù)荷運(yùn)作5000小時(shí)計(jì)算，每年該機(jī)組約可多發(fā)電8000萬kW·h

結(jié)束語：

綜上所述，本文所舉的案例，該機(jī)組改造從多個(gè)方面均取得了成功。機(jī)組在改造之后消除了原本存在的問題，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到初期要求；機(jī)組改造之后運(yùn)作效率得到明顯提升；機(jī)組改造之后在75%額定功率運(yùn)作條件下，機(jī)組無煤增容、供電煤耗均有所改善，額定出力得到有效提高。值得注意的是在改造過程中出現(xiàn)的不同構(gòu)件碰撞的問題，廣大從業(yè)者在改造規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就要考慮到不同部件之間的配合，留出一定的余量，以為后期改造施工奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃士家.300MW火電機(jī)組通流及供熱改造節(jié)能研究[J].設(shè)備管理與維修，2018.

[2]譚銳，徐星，邵峰，et al.300MW等級亞臨界汽輪機(jī)通流改造綜述[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2017（4）.

[3]韓濤，徐亞濤，張磊，et al.330MW亞臨界機(jī)組通流改造及供熱抽汽系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].電站系統(tǒng)工程，2017（05）：40-43+46.

[4]王力，陳永輝，李波，et al.300MW供熱機(jī)組高背壓供熱改造方案分析[J].節(jié)能技術(shù)，2018（05）：58-61.

[5]王巍.火電機(jī)組停機(jī)備用期間節(jié)能降耗措施[J].華電技術(shù)，2017（03）：72-73+84.

（作者單位：國電電力酒泉發(fā)電有限公司）