330MW機組汽輪機通流改造的優(yōu)化設計

孔凡科 閻偉明

摘要：本文研究了如何進行330MW汽輪機組改造的優(yōu)化設計，分析改造時的需求和目標，研究具體的改造方法，幫助企業(yè)更好地改造汽輪機。

關鍵詞：330MW汽輪機組;通流改造;優(yōu)化設計

電力對我國經濟發(fā)展的作用十分重要，通過對汽輪機組通流改造，能夠降低汽輪機組的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。為此，就需要采用合理的方式，通過優(yōu)化設計，改善汽輪機組的性能。

1?通流改造的意義

電力是國家的重要資源，汽輪機技術的應用水平提高和節(jié)能減排政策的背景下，330MW以上機組開始大量投入到運轉當中。但是，很多機組都是在上個世紀七八十年代制造的，由于技術水平不成熟，導致通流效率比較低，存在熱耗高等方面的問題[1]。為了能夠符合時代的要求，就需要對這些汽輪機組進行通流改造。改造之后的汽輪機有利于企業(yè)在電力市場中提高他們的競爭力，降低汽輪機的能耗、減少污染，并且推動社會向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型轉變。

2?工程概況

某電廠的汽輪機是D42型亞臨界、凝汽式300MW汽輪機，由于汽輪機組經濟性非常差，并且又比較高的煤耗，而且機組的熱耗和設計的熱耗差距比較大，所以，企業(yè)決定對汽輪機進行通流改造，通過大修來對汽輪機三缸進行徹底的改造，以便能夠進一步降低汽輪機的能耗，并且實現(xiàn)企業(yè)減排目標。

2.1?改造目標

通過對汽輪機進行通流改造，提升機組各缸的效率，汽輪機的熱耗得降低，其中中壓缸的效率達到93%，低壓缸的效率達到90%。改造汽輪機的供熱，讓汽輪機組可以具備更長的供熱能力，讓中壓排汽壓力的供熱抽汽量達到每小時400噸。通過對汽輪機進行技術改造，使汽輪機組的變負荷運行具有更強的經濟性，并且能夠具有更強的調峰運行能力，保證汽輪機組可以在不同時期進行基本負荷和帶調峰負荷的要求，保證運行的經濟性，保證汽輪機組可以在40%到100%的額定負荷長期連續(xù)運行，以及讓鍋爐能夠長期協(xié)調穩(wěn)定[2]。通過改造汽輪機組，解決汽輪機出現(xiàn)的螺栓斷裂、內缸裂紋等問題，避免軸封漏汽等問題，保證汽輪機的經濟性和安全性。

2.2?通流改造的原則

為了保證汽輪機的正常運行，通流改造的過程中需要保證機組的外形尺寸和旋轉方向和原來相同，然后使用成熟的技術進行改造，提升機組的安全性和可靠性。改造之后的主汽門、調門都保留原有的位置，軸承座安裝的位置不改變，并且也不改變和發(fā)電機的連接方式。改造后的汽輪機組的軸向推力方向不能大于原來的設計值，機組的基礎不動，改造之后的基礎負載不改變，從而滿足安裝的需求。

3?設計方案

3.1?汽輪機末級葉片的長度

汽輪機末級葉片的選擇要考慮到汽輪機的增容設計和背壓，以及機組的供熱情況。根據汽輪機的設計理念，葉片的長度降低能夠減少汽輪機組的熱耗，但是在選擇葉片時必須要分析全年的溫度變化，以及全年的平均背壓。

3.2?噴嘴的改造

根據汽輪機制造廠的設計，對汽輪機的通流改造調節(jié)級面積從原來減少3平方米左右，在調節(jié)級降低以后，有利于低負荷時調節(jié)級頻率的提升。噴嘴改造中，噴嘴室和噴嘴組是上下結構，和內缸軸向定位于高壓進汽的重心向，上下沿軸向導向，這樣能夠保證自由膨脹而且高壓進氣管中心不變[3]。

3.3?機組冷端優(yōu)化

由于氣象條件已經發(fā)生了很大的變化，所以在改造的時候，設計參照了二期工程機組氣象條件和循環(huán)水，實際流量進行了背壓的優(yōu)化。根據冷端優(yōu)化的計算，汽輪機組在凝汽器設計背壓應該在5.1kPa左右。通過優(yōu)化設計，在循環(huán)倍率在55時，機組的循環(huán)背壓會在5.1kPa左右，背壓優(yōu)化之后，機組的熱耗明顯降低。

3.4?汽輪高中壓缸結構形式的改良

在原本的設計當中，機組的高壓外缸內部結構構成高壓內缸加上隔板套，利用內缸和隔板套之間的腔室，對外抽氣加熱。抽腔室存在像高壓缸排氣漏汽的問題，造成高壓缸排汽溫度升高，汽缸的高壓缸效率降低。同時，高壓進汽腔室沒有進行單獨隔離，就導致高壓進汽向中壓進汽漏汽的問題，造成中壓進汽的溫度明顯降低，甚至會出現(xiàn)蒸汽短路的情況。

通過對高、中壓內缸進行設計，高壓內缸的結構得到了改變。全新的設計下，高中壓氣室分別由高壓內外缸和隔板套組成，抽氣腔室和高壓進氣抽管經過改造形成了進汽腔室，蒸汽經過噴嘴后，進入調節(jié)級汽室中。中壓進氣和中壓隔板重新是構成了中壓進汽腔室[4]。通過增加新的內缸，讓軸向長度增加，高壓進氣口和中壓進氣口之間專門設計了定位突肩，能夠和外缸的凸緣相互配合。

3.5?供熱改造

根據機組的特點，是通流優(yōu)化的供熱改造中進行了參數上的優(yōu)化，再不改變氣缸跨度的前提下，中壓增加了兩級。額定工況下的中排參數降低，具有很高的節(jié)能效益。中壓增加兩級所采用的措施，通過采用新型氣封降低了氣封的厚度;在滿足強度的情況下，減少了隔板的厚度。

3.6?軸承的設計

根據汽輪機純凝機組改造為供熱機組的需要，汽輪機的軸向推力在進行大流量的抽氣時，推力可能會有很大的增加。為此，使用了塊式推力軸承代替了原來的軸承，這種軸承的擺動瓦是點支撐，能夠在杠桿均衡的系統(tǒng)上，在個別塊瓦高出其他塊瓦的時候，中間的墊塊可以圍繞中間擺動下降，并且向鄰近瓦塊分載。這種軸承的優(yōu)點在于能夠對整個瓦面進行自動調節(jié)，避免了瓦面高低不齊導致的載荷不均勻。

3.7?汽輪機抽氣設計

原機組的高壓進汽密封活塞是封閉式活塞，拆卸和安裝比較復雜，而且封汽效果比較差，根據內外缸的溫差來看，外缸內壁和主蒸汽的溫度接近，所以存在一定的泄露問題。在新設計中，汽輪機的高、中進氣和抽氣密封環(huán)的機構都采用疊片式密封，斷面也能夠形成密封面，從而獲得了良好的密封效果。而且這種方式的調整性能也比較好，雖然結構相對復雜，但是裝配依然比較簡單。

4結束語

汽輪機的改造能夠改善汽輪機的性能，改造之后汽輪機的氣缸膨脹十分均勻，并且減少了漏氣的問題，而且也沒有保溫超溫的現(xiàn)象，軸系的振動情況良好，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]程源.?300MW汽輪機通流改造及性能試驗研究[D].蘇州大學，2014.

[2]陳建華.?國產引進型300MW汽輪機通流改造的分析研究[D].華南理工大學，2012.

[3]張泉.?韶電300MW汽輪機組通流部分改造研究[D].華南理工大學，2012.

[4]蘇海濤.?張電300MW汽輪機通流改造節(jié)能效果分析[D].華北電力大學，2016.

（作者單位：國電懷安熱電有限公司）