GE 公司660 MW 亞臨界汽輪機通流部分改造后性能評價及分析

王敬光， 馬智勇， 韓 爽

（1.廣東省粵電集團有限公司沙角C 電廠，廣東 東莞 52300；2.陜煤集團府谷能源開發(fā)有限公司沙梁川電廠，陜西 榆林 719400；3.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032）

0 引言

對于國產(chǎn)引進型600 MW 等級機組通流改造，目前國內(nèi)已經(jīng)了有較為成熟的改造業(yè)績，而GEC ALSTHOM TURBINE GENERATORS LIMITED（簡稱ALSTOM 公司） 生產(chǎn)的660 MW 汽輪機尚未有過進行通流改造的經(jīng)驗。沙角C 電廠3×660 MW機組為ALSTOM 公司生產(chǎn)的T2A-650-30-4-46 型亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機，3 臺機組于1996 年6 月相繼投入商業(yè)運行[1]。該機型為20 世紀90 年代設(shè)計生產(chǎn)的汽輪機，受當時汽輪機機組設(shè)計水平及制造工藝的限制，存在著葉片型線設(shè)計技術(shù)相對落后、各級焓降分配不合理、余速損失較大、高中壓間汽封圈數(shù)偏少等問題，同時由于長期運行及老化的原因造成高中壓轉(zhuǎn)子動葉被固體顆粒沖蝕、高中壓隔板靜葉出汽邊損傷和低壓轉(zhuǎn)子末級葉片水蝕嚴重等問題，導致缸效率偏低、機組經(jīng)濟性較差。

為了解決機組存在的問題，提高機組運行的可靠性、經(jīng)濟性，由通用電氣（上海） 電力技術(shù)有限公司（原阿爾斯通技術(shù)服務(wù)上海有限公司） 對2號汽輪機通流部分進行了現(xiàn)代化技術(shù)改造。

1 機組通流改造目標

根據(jù)該機組目前存在的問題及機組適應目前電網(wǎng)的需要，該機組的改造目標如下。

a） 消除機組原有缺陷及安全隱患，提高設(shè)備可靠性，確保機組能安全穩(wěn)定運行，減少運行維修成本[2]。

b） 提高汽輪機缸效率，節(jié)能降耗。改造后三閥全開工況下缸效率和熱耗率達到如下水平：高壓缸的效率（閥點） ≥88.10%，中壓缸的效率≥93.28%，熱耗率≤7 628.2 kJ/（kW·h）。

c） 適應節(jié)能調(diào)度政策。通過節(jié)能改造、降低消耗來增強競爭能力，不斷擴大市場份額，在激烈的市場競爭中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 機組通流改造技術(shù)路線和方案

通用電氣（上海） 電力技術(shù)有限公司于2017年11 月至2018 年4 月期間，對該廠2 號汽輪機通流部分進行現(xiàn)代化技術(shù)改造，主要工作如下[3]。

2.1 高壓和中壓缸部分

a） 除高中壓外缸保持不變外，高中壓內(nèi)缸、隔板、汽封（包括隔板汽封、軸封、通流汽封）、高中壓轉(zhuǎn)子等全部更換。

b） 高、中壓通流部分采用沖動式設(shè)計，高壓缸部分通流級數(shù)增加1 級至10 級（包括1 個調(diào)節(jié)級），中壓缸部分通流級數(shù)增加1 級至10 級。

c） 高壓內(nèi)缸與高壓進汽環(huán)室鑄為一體，避免由于分離蒸汽室的變形導致漏汽現(xiàn)象。

d） 動葉采用整體圍帶可防止鉚接圍帶可能發(fā)生的固態(tài)顆粒沖蝕，并采用內(nèi)缸/持葉環(huán)結(jié)構(gòu)，提高運行的安全性。

e） 高、中壓缸軸封和動葉頂部圍帶處均采用交替的嵌入迷宮式汽封。

2.2 低壓缸部分

a） 除低壓外缸及連通管保持不變外，低壓內(nèi)缸、低壓轉(zhuǎn)子、隔板、汽封（包括隔板汽封、軸封、通流汽封） 等全部更換。

b） 低壓缸部分通流級數(shù)由2×5 級改為2×6級，增加2 級，葉片采用反動式。末級葉片為阿爾斯通RS37T 新型高性能葉片。

c） 低壓轉(zhuǎn)子采用鼓型結(jié)構(gòu)的焊接轉(zhuǎn)子。

d） 隔板及葉頂汽封采用迷宮式汽封，末級不需要特殊的密封措施。

e） 對排汽導流環(huán)進行優(yōu)化，將部分排汽損失動能轉(zhuǎn)化成壓力。

f） 高壓調(diào)門具備“2+1+1”的運行方式。

3 機組改造效果分析

2 號機組通流改造前，對汽輪機進行了性能測試；在改造并網(wǎng)投運后一個月內(nèi)，對2 號汽輪機進行了性能測試和改造效果評價。改造前[4]與改造后[5]的試驗結(jié)果對比見表1。

從表1 可以看出，2 號汽輪機高、中壓缸采用阿爾斯通的先進沖動式葉片技術(shù)，低壓缸采用新型高性能反動式葉片，以及高、中、低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)優(yōu)化和汽封改造，在三閥全開（3VWO） 工況下經(jīng)濟性指標有了明顯提升，詳情見表2。

表1 改造前后試驗結(jié)果對比

表2 各負荷下單閥、順序閥性能對比的主要數(shù)據(jù)匯總表

（1） 改造后的高壓缸效率達到89.05%，比設(shè)計值（88.39%） 高0.66 個百分點，比改造前（85.46%） 提高了3.59 個百分點。

（2） 改造后的中壓缸效率達到93.95%，比設(shè)計值（93.90%） 高0.65 個百分點，比改造前（90.69%） 提高了3.26 個百分點。

（3） 改造后低壓缸效率達到90.56%，比設(shè)計值（89.85%） 高0.71 個百分點。

（4） 實際測試結(jié)果表明：改造后汽輪機熱耗率為7 610.2 kJ/（kW·h），比改造前（7 954.4kJ/（kW·h）降低344.2 kJ/（kW·h），即2 號機組經(jīng)濟性比改造前提高4.3%。

（5） 由表2 可以看出，采用“2+1+1”的滑壓運行方式，100%額定負荷工況下，機組經(jīng)濟性提高0.85 個百分點；75%額定負荷工況下，機組經(jīng)濟性提高1.03 個百分點；50%額定負荷工況下，機組經(jīng)濟性提高1.13 個百分點。

4 機組通流改造的性能偏差及影響

表3 為主要性能試驗數(shù)據(jù)。從表3 可以看出，2 號機組通流部分改造后也存在一系列問題，后期改造需要重視這些問題，以提高改造效果[6]。

表3 主要性能試驗數(shù)據(jù)

a） 改造方案保留冷卻蒸汽，三閥全開（3VWO） 工況下，一抽至中壓缸冷卻蒸汽流量為11.990 t/h。經(jīng)計算分析，若取消一抽至中壓缸冷卻蒸汽，機組熱耗率下降9.7 kJ/（kW·h），經(jīng)濟性提升0.13%。

b） 改造后的高壓缸排汽溫度設(shè)計值為318 ℃，比改造前的設(shè)計值（328 ℃） 降低了10 ℃，造成在滿負荷時，再熱蒸汽溫度均比設(shè)計值（538 ℃）偏低約10 ℃。根據(jù)估算，再熱蒸汽溫度偏低10 ℃，影響機組經(jīng)濟性約0.2%。建議改造中，如果考慮鍋爐以及輔機設(shè)備的實際情況，可以最大限度地發(fā)揮出改造后機組運行的經(jīng)濟性水平。

c） 2 號機組負荷低于550 MW 時，由于冷再或輔汽溫度未能滿足高壓軸封的溫度要求，所以軸封系統(tǒng)均需采用主蒸汽作為備用汽源。若能采用冷再或輔汽作為備用汽源，將提高機組在低負荷時的經(jīng)濟性（50%負荷工況下影響約7 kJ/kg）。

5 結(jié)論

a） 通流改造后，機組的經(jīng)濟性有了明顯的提升。汽輪機各缸效率有了顯著的提升，機組經(jīng)濟性上升約4.3%。

b） 機組運行經(jīng)濟性仍有一定的提升潛力。取消一抽至中壓缸冷卻蒸汽，提高機組的運行經(jīng)濟性；軸封系統(tǒng)的備用汽源利用低壓汽源（四段抽汽或冷再） 可以滿足機組汽封系統(tǒng)的工作需求，采用高品質(zhì)的主蒸汽，造成高能低用，影響機組低負荷時的經(jīng)濟性。

c） 汽輪機改造中，不僅需要解決汽輪機當前存在的問題，還應考慮鍋爐、機組等其他主要輔助設(shè)備以及邊界條件的匹配情況，通過整體分析研究，使改造后的各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)優(yōu)化，避免局部系統(tǒng)因為兼容性問題而影響其他系統(tǒng)或設(shè)備的性能，保證機組在不同負荷下的運行經(jīng)濟性均為最優(yōu)。