煤電廠超臨界汽輪機(jī)的節(jié)能改造

郭小龍

（山西西山熱電有限責(zé)任公司， 山西 太原 030022）

引言

目前，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求越來越大，電能對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的支撐作用。雖然當(dāng)前我國(guó)煤炭消耗量較之前已經(jīng)下降2.9%，但是經(jīng)分析可知，煤炭消耗量下降的空間仍然很大。尤其在火力發(fā)電行業(yè)，盡管發(fā)電機(jī)組已經(jīng)朝著高參數(shù)、高效能的方向發(fā)展，但是在實(shí)際生產(chǎn)中煤炭轉(zhuǎn)換效率低的問題仍然存在。與國(guó)外相比，我國(guó)煤電廠標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量是國(guó)外的1.25 倍[1]。因此，在當(dāng)前節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)的號(hào)召下對(duì)煤電廠設(shè)備及工藝的改造勢(shì)在必行，因此，本文重點(diǎn)對(duì)煤電廠超臨界汽輪機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。

1 超臨界汽輪機(jī)現(xiàn)狀及性能試驗(yàn)研究

本節(jié)重點(diǎn)對(duì)超臨界汽輪機(jī)的性能參數(shù)及性能試驗(yàn)進(jìn)行研究。具體闡述如下：

1.1 超臨界汽輪機(jī)工作現(xiàn)狀

本文所研究超臨界汽輪機(jī)的具體型號(hào)為CCLN600-25/600/600 型，該汽輪機(jī)的裝機(jī)容量為2×600 MW，當(dāng)閥門全開時(shí)出力為645.3 MW，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，額定進(jìn)氣量為1 632.81 t/h，額定給水溫度為286.2℃，回?zé)嵯到y(tǒng)由3 臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器和4 臺(tái)低壓加熱器組成。經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的各參數(shù)進(jìn)行采集。

當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組工作負(fù)荷低于70%時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)際煤耗值高于設(shè)計(jì)值。當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組工作負(fù)荷低于65%時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)際熱耗值高于設(shè)計(jì)值。當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組工作負(fù)荷低于60%時(shí)，系統(tǒng)高壓缸的實(shí)際內(nèi)效率高于設(shè)計(jì)值；當(dāng)工作負(fù)荷高于60%時(shí)系統(tǒng)高壓缸的實(shí)際內(nèi)效率低于設(shè)計(jì)值[2]。綜合分析，為保證汽輪機(jī)機(jī)組的煤耗率，應(yīng)將其對(duì)應(yīng)的工作負(fù)荷控制在60%以上。

1.2 汽輪機(jī)機(jī)組的性能試驗(yàn)研究

為保證汽輪機(jī)機(jī)組節(jié)能改造的效果，且實(shí)現(xiàn)改造前后汽輪機(jī)性能試驗(yàn)對(duì)比，對(duì)改造前汽輪機(jī)機(jī)組的性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。同時(shí)，針對(duì)汽輪機(jī)組性能試驗(yàn)結(jié)果為后續(xù)的節(jié)能改造提供指導(dǎo)。試驗(yàn)內(nèi)容包括如下：

1）對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組在THA 工況下的實(shí)際熱耗值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比。

2）通過對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組在變負(fù)荷工況下的熱耗值進(jìn)行測(cè)算得出汽輪機(jī)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，從而綜合評(píng)價(jià)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[3]。

本次試驗(yàn)采用ASME 的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式得出試驗(yàn)的熱耗值、發(fā)電煤耗以及供電煤耗。

針對(duì)THA 工況下汽輪機(jī)機(jī)組實(shí)際熱耗值與設(shè)計(jì)值的對(duì)比如表1 所示：

表1 THA 工況汽輪機(jī)機(jī)組實(shí)際熱耗值性能試驗(yàn)kJ/kWh

如表1 所示，兩次試驗(yàn)下THA 工況對(duì)應(yīng)汽輪機(jī)機(jī)組的實(shí)際平均熱耗值為7 651.36 kJ/kWh。THA 工況下設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)機(jī)組的熱耗值為7 465 kJ/kWh，參考值為7 560 kJ/kWh。也就是說，改造前THA 工況汽輪機(jī)機(jī)組的實(shí)際平均熱耗值高于設(shè)計(jì)值和參考值。因此，該汽輪機(jī)機(jī)組存在降低能耗的改造空間，且改造目標(biāo)為7 651.36-7 560=91.36 kJ/kWh。

針對(duì)變負(fù)荷工況下汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的測(cè)算，分別對(duì)負(fù)荷為額定負(fù)荷的100%、75%以及50%的情況進(jìn)行對(duì)比，測(cè)算參數(shù)包括有熱耗值、鍋爐效率、煤電廠用電率、供電煤耗和和發(fā)電煤耗，具體測(cè)算結(jié)果如下頁表2 所示：

如下頁表2 所示，隨著工作負(fù)荷的減小汽輪機(jī)組熱耗值、發(fā)電煤耗、供電煤耗以及煤電廠的用電率均增加。同時(shí)，由于汽輪機(jī)機(jī)組對(duì)應(yīng)的高壓缸、中壓缸以及低壓缸的絕對(duì)內(nèi)效率低于設(shè)計(jì)值導(dǎo)致機(jī)組的熱耗值增加；低壓缸排汽壓力偏高時(shí)導(dǎo)致煤耗偏高的主要原因。進(jìn)一步分析可知，中壓缸軸封漏氣率偏高是導(dǎo)致汽輪機(jī)機(jī)組高壓缸、中壓缸以及低壓缸絕對(duì)內(nèi)效率低于設(shè)計(jì)值的主要原因[4]。因此，可通過對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組的汽封效果進(jìn)行改造。

表2 變負(fù)荷工況下汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)測(cè)算結(jié)果對(duì)比

2 汽輪機(jī)的節(jié)能改造

結(jié)合對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組性能參數(shù)及試驗(yàn)參數(shù)綜合分析的基礎(chǔ)上，得出需對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組本體進(jìn)行改造。因此，根據(jù)汽輪機(jī)缸體內(nèi)不同壓力級(jí)處的蒸汽參數(shù)為其配置最佳的汽封形式。常規(guī)的汽封形式包括有梳齒式汽封、側(cè)齒式汽封、蜂窩式汽封、刷式汽封以及布萊登汽封[5]。

通過對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行后的現(xiàn)場(chǎng)勘查，系統(tǒng)的某些汽封已經(jīng)發(fā)生損害；而且，通過金相試驗(yàn)分析汽封的使用壽命已經(jīng)達(dá)到極限，容易導(dǎo)致后續(xù)使用中出現(xiàn)汽封齒脫落的情況，從而對(duì)下游部件造成沖擊。為了進(jìn)一步提升汽輪機(jī)機(jī)組的熱力性能，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，需采用最佳且合理的汽封裝置對(duì)現(xiàn)有汽封裝置進(jìn)行更換，并對(duì)汽封間隙進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合實(shí)際情況重點(diǎn)對(duì)高壓缸、中壓缸以及低壓缸進(jìn)行改造。

2.1 高中壓缸的汽封改造

目前，高中壓缸隔板采用梳齒式汽封，其葉頂采用固定式阻氣片，在實(shí)際使用中存在如下問題：

1）當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)梳齒與轉(zhuǎn)子之間的間隙會(huì)增加，從而導(dǎo)致系統(tǒng)間的漏汽量增加，并降低汽輪機(jī)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

2）固定式阻氣片是通過錨固的形式安裝與汽封環(huán)上，由于二者之間的間隙調(diào)整不合適，極易增加器件磨損的概率。

采用智能汽封對(duì)高中壓缸的汽封進(jìn)行改造，改造情況如圖2 所示。

圖2 高中壓缸汽封改造

2.1.1 高壓缸的具體改造內(nèi)容

1）將高壓缸2-11 級(jí)的隔板汽封改造為智能汽封；2）更換高壓缸2-11 級(jí)葉頂?shù)淖铓馄?，并?duì)其間隙進(jìn)行調(diào)整；

3）將第四道調(diào)節(jié)級(jí)阻氣片進(jìn)行跟換，并對(duì)其間隙進(jìn)行調(diào)整；

4）將三道和五道的高壓排汽平衡環(huán)汽封更換為智能汽封。

2.1.2 中壓缸的具體改造內(nèi)容

1）將中壓缸進(jìn)汽平衡環(huán)更換為智能汽封；

2）將2-7 級(jí)中壓隔板汽封更換為智能汽封；

3）將2-7 級(jí)中壓缸葉頂阻氣片進(jìn)行更換并對(duì)其間隙進(jìn)行調(diào)整。

2.2 低壓缸的汽封改造

針對(duì)低壓缸的現(xiàn)狀，在保證汽輪機(jī)機(jī)組蒸汽參數(shù)的基礎(chǔ)上還需配置合力的汽封，具體改造內(nèi)容如下：

1）將低壓缸兩側(cè)端部的汽封改造為刷式汽封，并將汽封數(shù)量由2 圈增加為4 圈；

2）將低壓葉頂?shù)钠飧脑鞛樗⑹狡?，并將汽封?shù)量由3 圈減少為2 圈；

3）將低壓缸隔板的汽封改造為刷式汽封，并將汽封數(shù)量由3 圈增加為4 圈；

4）將低壓缸端部的汽封改造為蜂窩套汽封，并對(duì)其間隙進(jìn)行調(diào)整。

2.3 改造效果

將上述改造措施實(shí)施后對(duì)額定工況下改造前后的煤耗率進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3 所示。

表3 汽輪機(jī)機(jī)組改造效果對(duì)比

如表3 所示，經(jīng)對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組進(jìn)行汽封改造后，鍋爐效率得到提升，對(duì)應(yīng)的汽輪機(jī)熱耗值、煤電廠用電率以及供電煤耗均降低。

3 結(jié)語

汽輪機(jī)機(jī)組為煤電廠的關(guān)鍵系統(tǒng)，在當(dāng)前國(guó)家大力號(hào)召綠色生產(chǎn)、節(jié)能減排的背景下，提升汽輪機(jī)機(jī)組的效率，降低其能耗具有重要意義。針對(duì)煤電廠效率低且能耗嚴(yán)重的問題，本文對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組的高中壓缸和低壓缸的汽封進(jìn)行改造。經(jīng)實(shí)踐表明，改造后鍋爐效率得到提升，對(duì)應(yīng)的汽輪機(jī)熱耗值、煤電廠用電率以及供電煤耗均得到了降低。