600MW亞臨界機組提效中汽輪機組改造方案分析

上海電氣集團股份有限公司/上海電氣電站服務(wù)公司 周 勇 陳鵬帥 李立偉

某電廠采用直流冷卻式機組，冷卻水來自周邊湖泊，為保護湖水資源、同時響應(yīng)國家能源局下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020）》通知，決定將發(fā)電機組從濕冷改造為空冷，同步進行汽輪機本體通流改造以提高機組通流效率，將汽輪機的主再熱蒸汽參數(shù)由538℃/538℃提升至600℃/600℃，實現(xiàn)降低煤耗率的同時提高電廠的熱耗率。

1 汽輪機改造方案

某電廠的600MW 機組分別于2005年10月和2006年1月投入商業(yè)運行，其型號為N600-16.67/538/538，屬于亞臨界、單軸、四缸、四排汽、中間再熱式汽輪機。機組的額定功率為600MW，最大連續(xù)功率為648.6MW，閥門全開工況功率為673.8MW。汽輪機整體由高壓缸、中壓缸和兩個雙流低壓缸組成，高壓缸、中壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，低壓缸均采用三層缸結(jié)構(gòu)。汽輪機的通流部分共有58級葉片，高壓通流部分由1級單列調(diào)節(jié)級（沖動式）和11級壓力級（反動式）所組成。中壓缸采用對稱雙流反動式壓力級，低壓缸采用雙流反動式壓力級。

限于當時的設(shè)計手段、制造工藝，亞臨界600MW 三缸四排汽機組效率相對較低，經(jīng)濟性水平距現(xiàn)階段國際國內(nèi)先進水平有較大的差距，此外機組老化使得效率低下。汽輪機組改造前高壓缸效率比設(shè)計低2.55%，中壓缸效率比設(shè)計值低1.69%，低壓缸效率比設(shè)計值低9.41%，最終熱耗比設(shè)計值高350.5kJ/kWh。因此為提升機組經(jīng)濟性至國內(nèi)同等級先進水平，同樣需要對機組各系統(tǒng)進行改造。

1.1 汽輪機本體通流提效改造

為進一步提高機組的效率降低熱耗，使機組在允許的范圍內(nèi)最經(jīng)濟的運行，結(jié)合某電廠實際情況和降低煤耗指標的要求，本改造采用汽機側(cè)主汽和再熱溫度都提升至600℃方案。由于改造中汽輪機進汽溫度大幅升高、濕冷改空冷，在高中壓缸基礎(chǔ)保持不變的前提下，汽輪機本體包括高、中、低壓模塊各大小部件、通流葉片及隔板、各軸承等均需進行全新設(shè)計。對于汽輪機的高中壓模塊改造如圖1所示。由于進汽溫度、焓值的升高，主蒸汽攜帶的能量增強，為了減小容積時間常數(shù)，高、中壓模塊均采用了進汽閥門與汽缸直連的結(jié)構(gòu)型式，取消了閥門與汽缸之間的導(dǎo)汽管。

圖2 汽輪機低壓模塊改造方案

低壓模塊由濕冷徹底更換為空冷模塊，汽缸與軸承座分離。低壓模塊在超超臨界機組體系下進行了方案設(shè)計，低壓外缸與排汽裝置剛性連接，不參與滑銷系統(tǒng)膨脹；低壓內(nèi)缸軸向支撐于軸承座；通流采用2×6+2×2的方式，前五級為AIBT 整體通流平臺全新設(shè)計，后兩級為740mm 標準的末級級組（圖2）。

對于進汽閥門，由于本項目中的進汽參數(shù)有壓力低、溫度高的特點，進汽的容積流量較改造前增加了1.5倍左右，進汽閥門需按參數(shù)進行定制設(shè)計。同時考慮到超速工況、運行靈活穩(wěn)定性的因素，主汽門采用帶補汽閥的一體式閥門、再熱汽門采用臥式提升式閥門進行方案設(shè)計。

1.2 汽輪機本體輔助系統(tǒng)改造

將汽輪機本體疏水系統(tǒng)、抽汽逆止閥、高排逆止閥以及排通風閥全部進行更換。軸封供汽系統(tǒng)取消原有主蒸汽供汽一路，保留軸封供汽母管減溫器，軸封溢流增加一路至7號低加；保留原軸封供汽安全閥，但接口位置由改造前的減溫器前改為減溫器后；軸封加熱器經(jīng)核算后可以不更換，此外軸封系統(tǒng)閥門及其管路（包括軸封溢流）全部更換。低壓缸噴水、疏擴噴水和三級減溫減壓器減溫水系統(tǒng)閥門和管道全部進行更換。潤滑油系統(tǒng)更換主油泵-油渦輪和油箱內(nèi)部油管路，此外更換機座運轉(zhuǎn)層以上部分套裝油管道，頂軸油系統(tǒng)增加高中壓模塊軸承頂軸油管路。

1.3 熱力系統(tǒng)及其輔機改造

由于參數(shù)提高較多，主蒸汽和旁路蒸汽管道材料全部更換成A335P92合金。對于高壓加熱器疏水排汽系統(tǒng)，1號高加更換蒸汽接管，2號高加更換短筒身；考慮到改造前3號高加運行情況較差，完全更換了3號高加。對于低壓加熱器疏水排汽系統(tǒng)，保留5號低壓加熱器，更換6、7、8號低壓加熱器。

汽輪機由濕冷改為空冷后，冷卻水系統(tǒng)由開式循環(huán)改為閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，供水來自干濕聯(lián)合冷卻塔冷卻后循環(huán)使用的冷卻水。對于凝結(jié)水系統(tǒng)，更換了全部汽機廠供貨的疏水擴容器和三級減溫減壓器的減溫水以及低壓缸噴水系統(tǒng)；改造中新設(shè)置凝結(jié)水煙氣余熱利用系統(tǒng)，在6號低加進、出口引出部分凝結(jié)水混溫后去煙氣余熱利用裝置回收部分煙氣熱量后再返回5號低加出口，減少回熱系統(tǒng)抽汽量，提高全廠的經(jīng)濟效率。抽真空系統(tǒng)作為直接空冷系統(tǒng)的主要組成部分，被用來建立和維持汽輪機組的低背壓和凝汽器的真空[1]。由于空冷機組真空系統(tǒng)容積較濕冷機組大、空氣泄漏量大，本次改造每臺機組新安裝2臺100%容量水環(huán)真空泵組，以滿足空冷機組抽真空的要求。

2 汽輪機組改造效果

改造后汽輪機組熱耗率第一驗收工況性能指標如表1，改造后#1、#2號機組性能指標均達到設(shè)計值。改造后機組達到了預(yù)期效果，可實現(xiàn)較好的節(jié)能效益，此外機組由水冷改為空冷后減緩了周邊湖泊水位降低的趨勢，對當?shù)厣鐣a(chǎn)生良好影響的同時促進了地方旅游經(jīng)濟的發(fā)展。

表1 改造后汽輪機組100%THA 工況性能指標

3 結(jié)語

兩臺汽輪機組實現(xiàn)了“跨代”升級改造，額定容量由600MW 增容5%至630MW，并將濕冷改為空冷以減少機組耗水量。改造中將超超臨界百萬汽輪機技術(shù)應(yīng)用于亞臨界機組，完成了國內(nèi)首個濕冷到空冷的機組改造。改造后的機組主要性能均達到預(yù)期效果，高中低壓缸效率均高于設(shè)計值1～2%，此外濕冷改空冷使電廠年總耗水量從1200多萬立方米減少至280萬立方米，具有良好的節(jié)能效益和社會效益，并且對國內(nèi)外類似電廠的升級改造起到了很好的示范作用。