300MW汽輪機通流改造方案及其應(yīng)用探究

卜 毅

內(nèi)蒙古能源發(fā)電金山熱電有限公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010106

1 引言

隨著城市化進程的不斷加深，城市的基礎(chǔ)設(shè)施如供電、供水、供熱等方面的標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。在當(dāng)前的環(huán)境中，城市基礎(chǔ)設(shè)施的完備程度決定了城市化程度和城市化水平的高低，決定了城市居民生活水平的好壞。現(xiàn)階段，某些地區(qū)的集中供暖雖然已經(jīng)具備了相應(yīng)的規(guī)模，但是其供熱源規(guī)模小、供熱能力不強，不能夠充分的滿足城市供熱標(biāo)準(zhǔn)，城市供熱仍存在一定的不足。目前，城市經(jīng)濟不斷發(fā)展、城市地產(chǎn)開發(fā)速度不斷加快、綜合性住宅逐漸增加、供熱市場需求不斷加大，倒逼供熱企業(yè)充分利用能源進行產(chǎn)熱。為了保障居民生活水平，對電廠的裝機容量為4*300MW機組進行技術(shù)改造為抽汽供熱機組。改造后的機組運行后發(fā)現(xiàn)，機組的實際運行熱耗值遠高于當(dāng)初設(shè)計的熱耗值，并存在煤耗高等眾多安全問題。為了保證機組的安全經(jīng)濟性，降低機組運行成本，促進發(fā)電廠技術(shù)裝備水平的提升，保證企業(yè)的市場競爭力進行了通流優(yōu)化改造。

2 國產(chǎn)四缸四排300 MW汽輪機的相關(guān)設(shè)計改善原則

對國產(chǎn)四缸四排300MW汽輪機通流結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造需要遵循以下幾個方面:(1)要達到汽輪機的抽汽供熱標(biāo)準(zhǔn)，保障發(fā)電機運行的安全性及增容標(biāo)準(zhǔn)；(2)一方面要滿足汽輪機的運行效率，另一方面要減少機組的熱耗率。在滿足汽輪機運行安全性的前提下還應(yīng)該消除機組存在的不足提升機組的安全性，為保證機組具有良好的變負荷性能，可以采用復(fù)合變壓運行方式。

對原有的汽輪機組進行優(yōu)化改造時，必須要將機組現(xiàn)階段的工作條件、工作環(huán)境、與其關(guān)聯(lián)設(shè)備的運行情況等因素進行充分的了解，從而在后期的優(yōu)化改造方案設(shè)計中可以減少麻煩。在具體的改造任務(wù)中，要保證以下幾個方面不變化:機組基礎(chǔ)不變、低壓外缸不變、機組旋轉(zhuǎn)方向不變、與發(fā)電機的連接方式和位置不變、熱力系統(tǒng)不變、抽汽參數(shù)不變、管道接口不變等。進行定性分析，提升優(yōu)化改造的實施可行性保障能力，突出改造水平。

在對汽輪機通流部分進行優(yōu)化改造時可以有不同的改造技術(shù)，如高壓通流改造、中壓通流改造、低壓通流改造，是否更換內(nèi)缸、是否更換轉(zhuǎn)子、是否更換葉片等，可以將其分別組合為不同的改造方案。因為這個型號的汽輪機的內(nèi)部設(shè)計相對過時，假如只進行了簡單的通流部分優(yōu)化改造很難對機組的工作效率進行較大的提升，機組的經(jīng)濟性運行也難以得到滿足。所以，在本次改造工作中對機組的高、中、低壓缸都進行了通流部分的優(yōu)化改造，也都更換了轉(zhuǎn)子和葉片，同時對各級的靜葉片和動葉片都進行了重新設(shè)計和更換，另外也將中低壓內(nèi)缸中的支撐系統(tǒng)進行了改造升級。具體改造過程如下:

對高壓缸的改造內(nèi)容:重新設(shè)計對存在的內(nèi)部各種影響因素進行更換、特殊處理、封體處理，如進行高壓轉(zhuǎn)子更換；對高壓隔板、高壓各級汽封實施汽封處理等。

對中壓缸的改造內(nèi)容:對中壓轉(zhuǎn)子更換，同步做好必要的汽封處理。

對低壓缸的改造內(nèi)容:在符合改造運行要求下，對不良設(shè)備、元件更換，主要涉及低壓轉(zhuǎn)子更換。進行特定元件汽封處理，如低壓各級隔板、低壓內(nèi)缸等。

通過優(yōu)化改造工作，汽輪機的預(yù)期運行效率為:高壓缸的運行效率達到86%，中壓缸的運行效率達到93%，低壓缸的運行效率達到88%；熱耗率驗收工況下機組的熱耗率有所降低，額定出力和最大出力均得到提升。

3 300 MW汽輪機引進型方案改造問題和解決措施優(yōu)化

現(xiàn)階段，汽輪機機組的高壓缸和中壓缸面臨下列問題:(1)高壓缸中的熱力參數(shù)存在不合理匹配的情況，對高壓缸的高效率運行造成了一定的影響；(2)套接如果較多，很多的內(nèi)漏風(fēng)險會加大，不利于控制汽體損失；(3)缸內(nèi)部壓損大、缸效低的情況可能是因為反向布置了高壓調(diào)節(jié)級；(4)高中壓進排氣損失偏大，對缸效的影響較大；(5)焊接隔板容易出現(xiàn)變形的情況，對通流尺寸的控制不能夠非常精確；(6)高壓缸、中壓缸的分缸壓力存在有壓力偏高的情況，對汽缸的密封性產(chǎn)生一定程度的影響；(7)因為汽封間隙控制不夠嚴(yán)密而造成了漏汽損失的情況。

低壓缸模塊面臨下列問題:(1)低壓內(nèi)缸存在變形、漏汽的情況，對缸效造成了一定程度的影響，另外還造成了5號、6號回?zé)岢槠麥囟绕撸?2)汽缸進汽通道存在有較多的支撐件，對進汽流動的效率產(chǎn)生影響，出現(xiàn)擾流從而造成進汽損失；(3)低壓缸進汽、排汽結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理，從而造成較大的壓力損失；(4)中低壓缸的連接處會對低壓缸的進汽效率產(chǎn)生一定的程度的影響，從而造成進汽效率偏低；(5)焊接隔板容易出現(xiàn)變形的情況，對通流尺寸的控制不能夠非常精確；(6)因為汽封間隙控制不夠嚴(yán)密而造成了漏汽損失的情況。

3.1 通流結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則 在對機組進行通流改造，優(yōu)化機組配置的過程中，也要遵循相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則:(1)保證改造前后機組的主蒸汽、再蒸汽的壓力、溫度以及加熱器接口的參數(shù)要和改造之前設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)保持一致；(2)保證機組的基礎(chǔ)設(shè)施不變化，軸承座、軸承跨距不變，汽缸和閥門的布置情況不改造；(3)確保對機組進行改造后，機組的安全可靠性運行得到保障，同時改善之前存在的薄弱點；(4)優(yōu)化改良機組運行模式，根據(jù)實際情況來對機組進行通流優(yōu)化改造；(5)對機組高中低壓通流部分進行改造時，要保證改造后的經(jīng)濟適用性；(6)改造后的機組，要符合國際、國家以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；(7)在保證不影響機組正常運行的情況下，盡可能的減少改造成本。

3.2 采取的技術(shù)和措施 對汽輪機的通流改造可采用的技術(shù)和措施如下:(1)為了提升缸效率，可以充分發(fā)揮多級反動式技術(shù)優(yōu)勢；(2)對通流級數(shù)和各級焓降進行合理的調(diào)整，從而提高級效率；(3)對節(jié)級焓降、壓力級根徑、葉片高度全面優(yōu)化調(diào)節(jié)；(4)實施內(nèi)缸結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)控制，做好套接實施控制，突出管理水平，重點做好易滲漏位置的控制，如環(huán)形位置、軸向定位面的汽體損失；(5)高壓調(diào)節(jié)級反流改為正流布置，減少壓力級前損失；(6)優(yōu)化結(jié)構(gòu)模式，主要是在蒸汽室型線、排汽端型線上創(chuàng)新，以提升能量傳遞效果。

3.3 高中壓部分改造設(shè)計方案 (1)對進汽流道的設(shè)計要保證進汽的圓滑和順暢，可以通過更換噴嘴，來減少因為紊流而造成的進汽損失；(2)對高壓缸和中壓缸進行適當(dāng)?shù)脑黾油骷墧?shù)來減少各級的焓降，從而保證級效率不會下降；(3)將高壓調(diào)節(jié)級反流改為正流布置；(4)高中壓選用新型的內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)，來減少部套接配處的環(huán)形漏汽損失，避免軸向定位面漏汽；(5)更換中壓隔板套；(6)降低高中壓分缸壓力；(7)對進氣結(jié)構(gòu)模式管控，做好結(jié)構(gòu)改善，控制損失問題。

3.4 低壓部分改造設(shè)計方案 a)低壓通流優(yōu)化；b)更換低壓動靜葉；c)更換低壓轉(zhuǎn)子主軸；d)優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)置，打造全新蝸殼式內(nèi)缸，控制存在的氣體損失問題；e)第一級橫置靜葉布置；f)合理優(yōu)化低壓排汽導(dǎo)流環(huán)。

4 通流改造后的技術(shù)經(jīng)濟評估

通流改造完成之后經(jīng)濟實用性得到極大的提升，具體的改造措施實施過程為:將汽輪機的高壓轉(zhuǎn)子和噴嘴，以及高壓、中壓、低壓各級動葉、隔板套、隔板、靜葉等進行改造，將機組的工作效率進行提升，同時減少熱耗率。在對機組進行通流改造完成后，高壓缸的、中壓缸、低壓缸的工作效率可以分別提升至86%，93%，88%，機組的熱耗率可以減少到8000kJ/(k W·h)左右。經(jīng)實測，通流改造前后的熱耗率可以減少約800kJ/(k W·h)，發(fā)電耗煤可以減少約30g/(k W·h)，若按照年發(fā)電量為1.5×109k W·h計算，每年可以減少使用的標(biāo)煤量約在4.48×104t。

5 結(jié)語

綜上所述，在對國產(chǎn)四缸四排300 MW汽輪機進行通流改造后，工作效率和熱耗值得到了明顯的改善。

國產(chǎn)四缸四排300 MW汽輪機存在有熱耗值高、發(fā)電煤耗高等經(jīng)濟安全隱患。在對汽輪機進行了更換轉(zhuǎn)子等改造措施后，其高壓缸、中壓缸、低壓缸的效率得到了明顯的改善，分別能夠提升至86%、93%和88%。

300 MW汽輪機，很多問題的存在，導(dǎo)致進、漏汽隱患，在通過對其進行調(diào)整級數(shù)、更換內(nèi)缸等改造工作后，其機組的運行情況得到了明顯的改善。

由此可知，經(jīng)過改造后，能控制風(fēng)險，提升經(jīng)濟效益。