淺析300MW汽輪機流通性能的優(yōu)化

喻浩

摘要：火電廠是一次能源消費的大戶。節(jié)約能源、降低消耗與企業(yè)的生存與發(fā)展密不可分，減少發(fā)電成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟性對火力發(fā)電企業(yè)來說很重要。發(fā)電煤耗是制約火電廠成本的最關(guān)鍵因素之一，按照對火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性分析，電廠能耗比較高的一個重要因素是汽輪機通流部分的效率比較低。所以以汽輪機通流部分增容改造為主的大量節(jié)能降耗技術(shù)改造項目，已經(jīng)成為提高發(fā)電機組熱效率的重要措施。對汽輪機流通部分進行進一步的優(yōu)化，有助于讓電廠的生產(chǎn)效率得到提高，實現(xiàn)科學(xué)節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：300MW;汽輪機;流通部分

節(jié)能降耗是電廠設(shè)備改造的主線，早期服役的汽輪機不僅熱耗率高、通流效率低，而且主要部件長期運行后逐漸暴露出各種安全隱患。為適應(yīng)新的形勢，確保電廠汽輪機技術(shù)先進、運行效率高、資源消耗少、經(jīng)濟效益好，應(yīng)積極采用先進、成熟的技術(shù)進行汽輪機升級改造，努力挖掘內(nèi)部潛力，提高運行的可靠性、經(jīng)濟性，減輕污染物排放，并進一步適應(yīng)電網(wǎng)深度調(diào)峰的要求。同時汽輪機流通性能的好壞又直接關(guān)系到電廠生產(chǎn)效率，所以需要對汽輪機流通性能進行優(yōu)化，提高汽輪機運行的經(jīng)濟性，確保其運行過程中節(jié)能降耗目標(biāo)的實現(xiàn)。

一、慨述

國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布了國家重點節(jié)能技術(shù)推廣，將汽輪機通流部分現(xiàn)代化改造列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣適用范圍。由于電力行業(yè)的特點，發(fā)電廠技術(shù)改造項目的重點在于提高發(fā)電企業(yè)的安全性和經(jīng)濟性。以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟效益為中心，以優(yōu)質(zhì)服務(wù)為宗旨的方針，努力挖掘內(nèi)部潛力，加強技術(shù)進步和技術(shù)改造工作，在安全運行的前提下，做到經(jīng)濟運行，穩(wěn)發(fā)、滿發(fā)、多供、降損以及改善電能質(zhì)量、減少環(huán)境污染，按照國務(wù)院和電力行業(yè)節(jié)能減排計劃，切實履行建設(shè)―資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會責(zé)任，從而提高電力企業(yè)乃至全社會的綜合效益。技術(shù)改造是電力企業(yè)發(fā)展的永恒主題，今后在相當(dāng)長的時期內(nèi)，發(fā)電廠的技術(shù)改造仍一項十分艱巨和復(fù)雜的任務(wù)。

二、汽輪機流通性能的改進與優(yōu)化

目前，世界各國在汽輪機流通性能改進與優(yōu)化的研究方向主要有：高效率新葉型的開發(fā)、彎扭聯(lián)合成型技術(shù)、子午通道優(yōu)化技術(shù)、新型汽封的開發(fā)以及高效進氣室和排氣缸的研制等。

1、新葉型的開發(fā)。研究人員在高效率新葉型的開發(fā)和應(yīng)用上做了大量的工作，首先提出“后加載葉型”的概念，他們指出與傳統(tǒng)透平葉柵速度分布相比，后加載葉柵可以有效地推遲速度轉(zhuǎn)捩的發(fā)生、減小轉(zhuǎn)捩區(qū)范圍，降低葉型損失。孫奇等對后加載葉型和高負(fù)荷前加載葉型分別進行了環(huán)形和平面葉柵吹風(fēng)實驗。結(jié)果表明，前加載葉型采用彎曲量大的設(shè)計方案可以減少端部二次流，后加載葉型具有很好的變工況氣動性能。對 300MW 汽輪機進行改造發(fā)現(xiàn)，采用高效后加載層流葉型后，高、中壓級型損相對值分別減小 25%、23%，級效率分別提高1%;低壓級型損減小 20%。

2、子午通道優(yōu)化技術(shù)。由于汽輪機高壓級靜葉柵前后壓差較大，為滿足其剛度和強度要求，高壓級靜葉設(shè)計地通常較厚，但厚葉片端部二次流損失嚴(yán)重。為解決這一問題，目前工程實際中多采用上端壁收縮的方法。氣流通道的減小使得葉柵尾部氣流速度增加，從而阻滯了附面層的加厚與分離，提高了汽輪機效率。擴縮型動葉與普通動葉相比，僅葉型的內(nèi)弧有所改動。使原來收縮形通道先擴后縮，通道前端的漸擴減小了葉柵表面的橫向壓力梯度;后半段的收縮使葉柵內(nèi)氣流加速，出口附面層減薄，減小端部二次流強度。實驗證明，采用擴縮型葉片的端部損失最大下降 9%，總損失減小 3%，采用子午擴張及葉片傾斜的方式，使動葉葉柵損失減少了 26%。

三、300MW機組汽輪機流通改造技術(shù)措施

1、高壓缸技術(shù)?；趩屋S沖動式四缸四排汽機組進行改造，在改變前該機組由一只單流高壓缸、一只單流中壓缸和二只雙流低壓缸組成。三級高壓加熱器、一級除氧器和四級低壓加熱器作為給水回流系統(tǒng)，改造前采用的是軸承座和中軸承座臺板滑動面結(jié)構(gòu)。在對其進行具體改造過程中，對單流高壓缸和二只雙流低壓缸的流通部分進行了更換，利用一級沖動式調(diào)節(jié)級和13級反動度為50%的反動級作為改造后高壓缸的部件。利用內(nèi)置式疏水結(jié)構(gòu)作為改造后高壓的內(nèi)外缸，無論是調(diào)節(jié)級還是內(nèi)外缸疏水都需要嚴(yán)格按照設(shè)計在缸內(nèi)的通道進行流動，全部流向高壓缸末端底部的排汽口處，然后排出時需要以過高壓缸排汽逆止門前疏水口來完成。這樣對汽輪機進行改造后，不僅其系統(tǒng)得到了簡化，而且機組經(jīng)濟性得以大幅度提升，運行操作進一步減少。

2、低壓缸技術(shù)。低壓缸流通部分仍由4x6級組成。低壓轉(zhuǎn)子由原來焊接改為整鍛結(jié)構(gòu)。前5級動葉片葉根采用四種不同規(guī)格尺寸的叉形葉根。為確保葉片有良好的振動特性并減少泄漏汽損失，葉頂采用了鉚接圍帶的結(jié)構(gòu)。葉頂與隔板外環(huán)間采用蜂窩式汽封。末級動葉片采用高扭轉(zhuǎn)設(shè)計，葉頂為鉸接式斜撐連續(xù)連接。主要用于控制葉片的振動。末葉片的進汽頂部焊有與葉型相吻合的成型史太立合金，保護葉片防止水蝕。改造后低壓流通部分所有低壓靜葉均為扭轉(zhuǎn)葉片，末級靜葉為馬刀型葉片。末級葉片由根部到頂部的葉型安裝角變化很大，初始安裝重心偏離徑向線。汽輪機運行時葉片在離心力的作用下向徑向線靠攏，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)恢復(fù)。其結(jié)果是在葉片進、出氣邊上產(chǎn)生壓應(yīng)力，在中部產(chǎn)生拉應(yīng)力。改造后的末級葉片，每級104只。根部的反動度+18%左右。為使反動度沿徑向分御比較均勻，靜葉采用馬刀形的彎曲葉片設(shè)計，降低了反動度沿徑向的梯度分布。

3、300MW汽輪機流通性能優(yōu)化效果。利用子午收縮靜葉柵可以有效的減小流通曲率最大地方的橫向壓力梯度，這對于葉柵二次流損失的減小具有極為重要的意義。同時在斜切部分處，可以對流道的收斂度進行增加，這樣可以有效的確保薄出汽邊背弧的附面層厚度減少，從而將所有氣流都擠向葉片的根部。這樣可以有效的提高靜葉柵次流的損失率，確保調(diào)節(jié)級效率的提高。通過加載葉片型線后，有效的使轉(zhuǎn)捩的發(fā)生得以進一步推遲，有利于葉型損失的降低，而且對三維通道的二次流損失及總損失大幅度的削弱，葉柵的總損失也有很大程度的下降。另外在來流攻角變化范圍內(nèi)，總損失不會發(fā)生變化，有效的確保了變工況性能能夠得以保障。利用分流葉柵，有效的確保了流動損失的降低，有效的提高了壓力級隔板的相對內(nèi)效率。降低了漏汽損失。

改造后的機組運行情況良好，在機組試驗方面，都顯示了液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)越性，可合理分配供熱、發(fā)電能量，即時跟蹤熱電負(fù)荷，使機組調(diào)節(jié)到熱電聯(lián)產(chǎn)較佳工況，實現(xiàn)機組的高效經(jīng)濟運行;并具有在線檢修維護、調(diào)試方便快捷等優(yōu)點，達(dá)到了良好的預(yù)期效果，提升汽輪機運行的安全可靠性。

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