600MW亞臨界機(jī)組增容提效至660MW的改造方案分析

文_王定 王清 吳曉干

1.上海電氣集團(tuán)股份有限公司（上海電氣電站服務(wù)公司） 2.北京京能電力股份有限公司

隨著我國(guó)電力改革的形勢(shì)發(fā)展，火力發(fā)電企業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)效益、資源約束、環(huán)境保護(hù)等多方面挑戰(zhàn)。我國(guó)頒布的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》中明確要求600 MW及以上機(jī)組到2020年需實(shí)現(xiàn)平均供電煤耗低于300g/kWh。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有在運(yùn)600 MW級(jí)亞臨界機(jī)組超過199臺(tái)，對(duì)應(yīng)裝機(jī)容量超1.23億kW，約占全國(guó)火電機(jī)組總裝機(jī)容量的11%。而亞臨界機(jī)組的平均供電煤耗多在 320～350g/kWh，與世界先進(jìn)水平存在較大差距，急需采取節(jié)能提效改造，降低機(jī)組供電煤耗，提升發(fā)電效率和機(jī)組可靠性。

本文以某電廠600MW空冷發(fā)電機(jī)組為例，從鍋爐、汽輪機(jī)、輔機(jī)、發(fā)電機(jī)等方面介紹了增容提效改造的實(shí)施方案，將機(jī)組額定出力由600MW增容10%至660MW，并對(duì)改造前后的性能效果進(jìn)行比對(duì)，為同類型機(jī)組改造提供參考。

1 鍋爐改造

該機(jī)組鍋爐為亞臨界、控制循環(huán)、一次中間再熱、直流燃燒器四角布置、固態(tài)排渣爐。爐膛由Φ51×6膜式水冷壁組成，爐膛寬19558mm，深16940.5mm，爐頂標(biāo)高73000mm。

鍋爐改造總體原則為保持汽包本體不變，將鍋爐蒸發(fā)量從2059t/h提升至2150t/h，鍋爐出口過熱蒸汽壓力提高至17.72MPa，主蒸汽、再熱蒸汽溫度由541℃分別提升至571℃、569℃。根據(jù)鍋爐汽水參數(shù)、各部分受熱面的吸熱量核算情況，對(duì)鍋爐受熱面的結(jié)構(gòu)改造調(diào)整如表1所示，改造后鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷達(dá)94.9 kW/m3，斷面熱負(fù)荷為5.08MW/m2，符合大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則DL/T831-2002。此外，對(duì)鍋爐增加分級(jí)省煤器以實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷脫硝，汽包內(nèi)部裝置優(yōu)化并增加汽水分離器，確保蒸發(fā)量增加后對(duì)汽水分離的效果。

表1 鍋爐受熱面改造情況

2 汽輪機(jī)改造

該機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)NJK600-16.67/538/538，是亞臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、反動(dòng)式、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，額定功率為600MW。

汽機(jī)側(cè)主蒸汽壓力、主蒸汽及再熱蒸汽溫度從16.67MPa.a/538℃/538℃提升為16.97MPa.a/566℃/566℃主機(jī)設(shè)計(jì)背壓11kPa、夏季背壓20kPa，總體目標(biāo)增容至660MW。

汽輪機(jī)采用先進(jìn)的通流技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)高中壓各級(jí)，以提高通流效率。高中壓通流部分動(dòng)、靜葉片均為整體圍帶彎扭馬刀葉型，且均采用單片銑制、全切削加工，具有強(qiáng)度好、動(dòng)應(yīng)力低抗高溫蠕變性能好等特點(diǎn)。對(duì)噴嘴組、調(diào)節(jié)級(jí)優(yōu)化型線，高中壓動(dòng)、靜葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加級(jí)數(shù)，采用T形葉根，轉(zhuǎn)子隨動(dòng)葉改造，持環(huán)隨靜葉改造，隔板及徑向汽封采用鑲片式汽封，端部汽封和平衡活塞汽封等采用新型汽封。

高中壓內(nèi)缸采用整體內(nèi)缸結(jié)構(gòu)，即將原高壓內(nèi)缸、高壓持環(huán)、蒸汽室、中壓內(nèi)缸及中壓1號(hào)持環(huán)進(jìn)行整合，形成新的整體內(nèi)缸，內(nèi)外缸的軸向定位維持原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與外缸配合，中分面貓爪用以垂直方向的定位，頂部與底部的鍵槽實(shí)現(xiàn)橫向定位。低壓內(nèi)缸采用斜置式抽汽腔室，大幅改善低壓內(nèi)缸中分面密封性能。主汽門和再熱門及其支架，相對(duì)應(yīng)的主蒸汽導(dǎo)管和再熱蒸汽導(dǎo)管同步匹配溫度參數(shù)提升更換材料。汽輪機(jī)改造后高壓缸1+9級(jí)，中壓8級(jí)，低壓2×2×8級(jí)，末葉片采用740mm長(zhǎng)葉片。

3 輔機(jī)系統(tǒng)改造

輔機(jī)系統(tǒng)主要針對(duì)空冷系統(tǒng)進(jìn)行增容。此外，對(duì)原1號(hào)、2號(hào)高壓加熱器進(jìn)行強(qiáng)度校核，1號(hào)高加蒸汽進(jìn)口開孔補(bǔ)強(qiáng)，2號(hào)高加殼側(cè)水壓試驗(yàn)，原3號(hào)高壓加熱器進(jìn)行更換，增設(shè)蒸冷器。

該機(jī)組空冷系統(tǒng)原采用機(jī)械通風(fēng)直接空冷（ACC），采用單排管空冷散熱器，按8×8單元設(shè)置，順流凝汽器風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)48臺(tái)，逆流凝汽器風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)16臺(tái)，原性能參數(shù)見表2。

表2 空冷系統(tǒng)改造前性能參數(shù)

匹配汽輪機(jī)排汽量及背壓變化，空冷系統(tǒng)增容改為8×9布置，每列增加一個(gè)單元，共增加16個(gè)冷卻單元，配置的空冷風(fēng)機(jī)型式與原設(shè)計(jì)基本一致，整體布置美觀整潔。第9個(gè)冷卻單元由冷卻翅片管束和一個(gè)直徑9.144m的軸流風(fēng)機(jī)組成?？绽淠鞴苁譃轫樍鞴苁湍媪鞴苁?，管束以60°角組成的等腰三角“A”型結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

4 發(fā)電機(jī)改造方案分析

該機(jī)組發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN-600-2，水氫氫冷卻方式，勵(lì)磁系統(tǒng)為靜態(tài)勵(lì)磁，密封油采用雙流環(huán)密封，發(fā)電機(jī)定子采用雙Y型接線方式。

匹配從600MW至660MW的增容量，發(fā)電機(jī)改造后定子電壓不變，定子電流增加10%，定子損耗增加20%，通過更換定子線棒，提高其截面積帶走部分定子銅耗，另外通過增加冷卻水量（增容定子水系統(tǒng)中水冷卻器，定子線圈內(nèi)冷水換熱功率由2750kW額定換熱功率增加至3450kW），使定子線棒的溫升保持在國(guó)標(biāo)GB/T 7064規(guī)定的范圍內(nèi)；轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流約增大10%，為使轉(zhuǎn)子溫升保持在國(guó)標(biāo)GB/T7064規(guī)定的范圍內(nèi)，通過提高氫壓（由0.4MPa調(diào)整為0.5MPa）及氫氣冷卻器容量（由4020kW增容至4600kW）帶走轉(zhuǎn)子表面附加損耗、轉(zhuǎn)子銅耗。

5 增容提效后機(jī)組性能

各系統(tǒng)組合改造后，該機(jī)組各主、輔機(jī)主要性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。THA工況下鍋爐660MW負(fù)荷脫硝入口NOX濃度240～250mg/Nm3（保證值260mg/Nm3），CO濃度200 ppm（保證值100ppm），空冷島空冷凝汽器高溫試驗(yàn)的汽輪機(jī)排汽口處背壓24.17 kPa（保證值＜25kPa），低溫試驗(yàn)的汽輪機(jī)排汽口處背壓9.43 kPa（保證值＜11kPa）。鍋爐效率、汽輪機(jī)高中低壓缸效率均有所提高，如表3所示。改造后機(jī)組供電煤耗達(dá)到312.64g/kWh，供電煤耗指標(biāo)先進(jìn)。按照年利用小時(shí)5000計(jì)算，該機(jī)組改造年節(jié)約標(biāo)煤量高達(dá)12.96萬t。

表3 該機(jī)組改造前后的性能參數(shù)對(duì)比

6 結(jié)論及建議

對(duì)某電廠600MW亞臨界機(jī)組增容至660MW的提效升級(jí)改造方案進(jìn)行詳細(xì)介紹，集成亞臨界600MW機(jī)組主汽、再熱汽溫提升后的汽輪機(jī)高效通流改造、發(fā)電機(jī)增容改造、鍋爐增容改造、輔機(jī)增容校核和改造、空冷島增容等，協(xié)同實(shí)現(xiàn)機(jī)組參數(shù)由16.67 MPa/538℃/538℃提升為16.97 MPa/566℃/566℃，改造后性能考核試驗(yàn)指標(biāo)均優(yōu)于保證值，改造后機(jī)組實(shí)際供電煤耗為313.1g/kWh，達(dá)到同類型機(jī)組領(lǐng)先水平。亞臨界機(jī)組增容提效技術(shù)可廣泛推廣應(yīng)用至我國(guó)600MW未進(jìn)行提溫提效綜合升級(jí)改造的機(jī)組，經(jīng)濟(jì)效益顯著。