基于數(shù)字化技術(shù)的電廠通流改造技術(shù)研究報(bào)告

摘要：對(duì)電廠汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造能夠提升燃料的利用效率、提高電廠電力生產(chǎn)的效益，電廠采用節(jié)能降耗技術(shù)改造對(duì)于促進(jìn)我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、減少對(duì)環(huán)境的污染具有重要意義。本文首先引入了對(duì)電廠汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造的必要性的分析，根據(jù)目前汽輪機(jī)改造的現(xiàn)狀介紹了基于數(shù)字化技術(shù)的汽輪機(jī)通流改造的工作內(nèi)容，最后給出了汽輪機(jī)通流改造后機(jī)組的試驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：電廠;汽輪機(jī);通流改造;數(shù)字化技術(shù)

引言：作為電力生產(chǎn)的重要部門，電力工業(yè)也是耗能大戶，而隨著我國(guó)電力工業(yè)的飛速擴(kuò)張和發(fā)展，發(fā)電機(jī)組巨大的能耗不利于電廠提升電力生產(chǎn)效率。為了能最大限度地提高電廠發(fā)電機(jī)組的燃料利用效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，本文就如何對(duì)電廠汽輪機(jī)進(jìn)行基于數(shù)字化技術(shù)的通流改造的問題進(jìn)行了研究。

1、電廠汽輪機(jī)通流改造的重要意義

1.1提升能源的利用效率

燃煤或燃?xì)獍l(fā)電廠在運(yùn)行過程中，對(duì)燃料的損耗是巨大的，這與目前我國(guó)倡導(dǎo)的節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)理念形成了尖銳的矛盾。同時(shí)，在當(dāng)今能源短缺的情況下，巨大的損耗使得能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻。隨著環(huán)境污染問題愈加嚴(yán)重，提高燃料利用效率已經(jīng)成為我國(guó)當(dāng)下刻不容緩的任務(wù)。發(fā)電廠的節(jié)能降耗技術(shù)改造有利于提升能源利用效率，對(duì)于我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)具有重要的促進(jìn)作用[1]。

通過對(duì)已投入運(yùn)行的汽輪機(jī)組進(jìn)行通流改造，可在不改變?cè)绣仩t和發(fā)電機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)上，降低機(jī)組能耗、提高機(jī)組的效率、提升發(fā)電廠裝機(jī)容量。因此，汽輪機(jī)通流改造對(duì)發(fā)電機(jī)組增效降耗的預(yù)期效果顯著，對(duì)于提高電廠能源利用效率具有重要意義。

1.2提高電廠電力生產(chǎn)的效益

目前，電價(jià)受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)調(diào)控，而煤價(jià)卻是由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)決定的，因此對(duì)于燃煤電廠來說，火力發(fā)電的利潤(rùn)受到了嚴(yán)重的壓縮。此外，在現(xiàn)有火電廠能源利用率低而導(dǎo)致的電力輸出不足的現(xiàn)狀下，裝機(jī)容量小的火電廠的電力生產(chǎn)效益受到了更大的影響，正面臨著更大的生存壓力。

而對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造能夠在已有熱力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，提高發(fā)電機(jī)組出力的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，對(duì)于節(jié)省燃料投入費(fèi)用、提高電廠電力生產(chǎn)效益具有重要意義。

2、基于數(shù)字化技術(shù)的汽機(jī)通流改造工作

2.1汽機(jī)通流改造的原則

汽輪機(jī)通流改造原則的主要目的是，在不改變現(xiàn)役機(jī)組熱力系統(tǒng)配置和標(biāo)準(zhǔn)蒸汽參數(shù)的前提下，降低機(jī)組的熱耗、提高機(jī)組輸出功率和運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性與靈活性。

通流改造技術(shù)應(yīng)有較高的安全可靠性，須利用成熟的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造技術(shù)開展有關(guān)汽輪機(jī)改造的設(shè)計(jì)和制造工作，消除原有汽輪機(jī)組的薄弱部件，提高機(jī)組的安全性和可靠性。

對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)保持其高中壓缸和高壓隔板支撐方案以及高中低壓轉(zhuǎn)子不變。經(jīng)過改造后機(jī)組能夠滿足深度調(diào)峰的需求，當(dāng)機(jī)組在變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)能夠達(dá)到電廠對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

保持汽輪機(jī)下班缸不變，機(jī)組經(jīng)過改造后基礎(chǔ)符合不受影響。在機(jī)組的改造過程中，汽輪機(jī)零部件的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)及行標(biāo)的要求。機(jī)組改造之后，汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的設(shè)備應(yīng)力控制值能夠適應(yīng)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的變化[2]。

2.2汽機(jī)通流改造的內(nèi)容

基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的汽輪機(jī)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)出的汽輪機(jī)的虛擬樣機(jī)能夠以數(shù)字化的形式描述汽輪機(jī)整機(jī)產(chǎn)品或具有獨(dú)立功能的子系統(tǒng)，這種數(shù)字化的形式不僅能夠反映整機(jī)或系統(tǒng)的幾何屬性，更能直觀展示其功能。汽輪機(jī)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)被應(yīng)用于汽輪機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，能夠適應(yīng)整機(jī)或系統(tǒng)的整個(gè)生命周期，包括但不限于產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)、制造裝配和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。利用該技術(shù)能夠在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)改造的初期階段對(duì)其整機(jī)或子系統(tǒng)進(jìn)行干涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真分析、性能和加工制造模擬等方面。虛擬樣機(jī)技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，以機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)為核心，在三維圖形技術(shù)的基礎(chǔ)上融合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)，用于將分布式的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析流程集成在一起，使汽輪機(jī)改造過程中的相關(guān)人員在設(shè)計(jì)階段就能直觀地對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品樣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、測(cè)試其性能指標(biāo)、展示運(yùn)行和制造仿真[3]。作為全新的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，虛擬樣機(jī)技術(shù)能夠顯著提高汽輪機(jī)通流改造工作的準(zhǔn)確度和效率。

汽輪機(jī)葉片數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)。在汽輪機(jī)通流改造工作中，需要對(duì)汽輪機(jī)葉片進(jìn)行數(shù)字化檢驗(yàn)。在實(shí)施汽輪機(jī)葉片數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)之前，首先要研究確定合理的數(shù)字化測(cè)量方案。由于汽機(jī)葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制定一個(gè)能夠涵蓋動(dòng)靜葉片各項(xiàng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)且準(zhǔn)確反映汽道型面誤差和葉片裝配尺寸的數(shù)字化檢測(cè)方案就成為了汽輪機(jī)改造單位必須重視的工作。目前應(yīng)用較廣的測(cè)量方法有三坐標(biāo)測(cè)量法，能夠滿足對(duì)汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的測(cè)量需求。為了能準(zhǔn)確且方便地對(duì)葉片各結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，需要應(yīng)用專用的數(shù)字化檢驗(yàn)設(shè)備。根據(jù)動(dòng)靜葉片的結(jié)構(gòu)和尺寸的測(cè)量要求，在專業(yè)軟件的輔助下能夠按照規(guī)程進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，最終將被測(cè)成品的關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比并輸出檢驗(yàn)結(jié)果[4]。

3、汽輪機(jī)通流改造后機(jī)組的試驗(yàn)效果

3.1汽輪機(jī)中高壓缸效率得到提升

以國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型300MW的汽輪機(jī)改造工作為例，無論汽輪機(jī)處于何種工況下，通流改造后汽輪機(jī)的中高壓缸效率均有所提升，其中中壓缸效率提升尤為明顯[5]。在SX工況下，中壓缸效率提升幅度高達(dá)15.31%，在6VWO工況下，中壓缸效率提升幅度也可達(dá)14.44%.

3.2汽輪機(jī)組各項(xiàng)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到改良

汽輪機(jī)各試驗(yàn)工況下監(jiān)視段內(nèi)的參數(shù)均無異常，其參數(shù)值均符合機(jī)組安全運(yùn)行的許可。高出力運(yùn)行和72h運(yùn)行的工況下，汽輪機(jī)各軸溫度、振動(dòng)頻率和軸向位移等參數(shù)均與300MW滿負(fù)荷工況相差無幾，符合機(jī)組安全運(yùn)行指標(biāo)，可長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。各加熱器水位和運(yùn)行狀態(tài)正常，回?zé)嵯到y(tǒng)能夠在機(jī)組滿負(fù)荷下連續(xù)安全運(yùn)行。通流改造后的汽輪機(jī)組在高出力工況下，與改造前機(jī)組相比，其各項(xiàng)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均占有優(yōu)勢(shì)[6]。

結(jié)語：汽輪機(jī)組通流改造的工作內(nèi)容包括利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行汽輪機(jī)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)，利用汽輪機(jī)葉片數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)完成對(duì)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)量。汽輪機(jī)經(jīng)過通流改造后，機(jī)組中高壓缸的效率均能得到提升，各項(xiàng)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與改造前的汽輪機(jī)組相比均有所改良。對(duì)電廠汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造能夠在不影響機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，降低汽輪機(jī)組的熱耗、提高能源利用效率，這對(duì)于降低電廠的電力生產(chǎn)成本、提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益具有促進(jìn)作用。

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作者簡(jiǎn)介：

周文新（1984.11--），性別男，民族漢族，職稱工程師，籍貫：福建省龍巖市，本科學(xué)歷，熱能與動(dòng)力工程專業(yè)。

（國(guó)家能源集團(tuán)福建泉州熱電有限公司， 福建 泉州 362801）