上汽300MW汽輪機(jī)通流節(jié)能優(yōu)化改造

時(shí)間：2019-07-06作者：河北國(guó)源電氣股份有限公司瀏覽：229

　　摘要：大唐淮南洛河發(fā)電廠#4機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠早期生產(chǎn)引進(jìn)型300MW雙缸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)組，投產(chǎn)以來(lái)一直存在效率低、煤耗高的問(wèn)題。文章闡述了該型300MW汽輪機(jī)通流節(jié)能優(yōu)化改造的必要性，通過(guò)優(yōu)化改造后，機(jī)組熱耗率較改造前降低409kJ/kWh，相應(yīng)供電煤耗較改造前降低13.9g/kWh，年節(jié)約標(biāo)煤2萬(wàn)噸，二氧化碳減排約3.3萬(wàn)噸。
　　關(guān)鍵詞：300MW汽輪機(jī)；通流節(jié)能優(yōu)化；供電煤耗；熱耗率；雙缸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)組 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TK269 文章編號(hào)：1009-2374（2016）12-0080-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.12.038
　　大唐淮南洛河電廠#4機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)N300-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、反動(dòng)式、凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)型代號(hào)H156，該型汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)屬于美國(guó)西屋公司20世紀(jì)80年代的設(shè)計(jì)水平，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)手段、制造加工能力和臨時(shí)改型等因素的影響，效率相對(duì)低下，汽輪機(jī)熱耗偏高。機(jī)組雖經(jīng)歷多次大、小修，但受先天結(jié)構(gòu)條件制約，低效率高熱耗問(wèn)題并未得到有效改善。隨著電力供求矛盾的逐步緩減、大容量機(jī)組的不斷投運(yùn)以及國(guó)家環(huán)保形勢(shì)的發(fā)展，節(jié)能減排受到越來(lái)越多的關(guān)注，高能耗燃煤發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)壓力越發(fā)嚴(yán)峻，同時(shí)也嚴(yán)重制約了企業(yè)的發(fā)展。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略號(hào)召，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，大唐淮南洛河發(fā)電廠通過(guò)充分調(diào)研分析及論證，實(shí)施了#4機(jī)組上汽引進(jìn)型300WM汽輪機(jī)節(jié)能優(yōu)化改造工程。
　　1 機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀及原因分析
　　1.1 機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀
　　1.1.1 高中壓缸各監(jiān)視段運(yùn)行參數(shù)：#4機(jī)組在THA工況下，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為12.46MPa，遠(yuǎn)**出廠設(shè)計(jì)值，高壓缸排汽壓力為3.98MPa，已接近制造廠極限設(shè)計(jì)值，高壓缸*七壓力級(jí)后抽汽溫度為404.57℃，高壓缸排汽溫度為335.18℃，中壓缸排汽溫度為343.67℃，高中壓缸1～4段抽汽壓力、溫度參數(shù)普遍**標(biāo)，溫度較高偏差為21℃，數(shù)據(jù)表明高中壓缸效率明顯偏低。
　　1.1.2 低壓缸各監(jiān)視段運(yùn)行參數(shù)：五段抽汽溫度為257℃，偏高23℃；六段抽汽溫度為185.48℃，偏高43℃，數(shù)據(jù)表明低壓缸效率也不理想。
　　1.1.3 根據(jù)安徽電科院#4機(jī)組改造前性能試驗(yàn)結(jié)果。
　　由試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，改造前機(jī)組高、中壓缸效率明顯**制造廠設(shè)計(jì)值，中壓缸效率受過(guò)橋漏汽影響，效率測(cè)量結(jié)果相對(duì)于真實(shí)值偏高。機(jī)組熱耗值偏大，經(jīng)濟(jì)性不佳。
　　1.2 原因分析
　　通過(guò)對(duì)上汽H156機(jī)型300MW汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，造成經(jīng)濟(jì)性能不佳的原因主要有以下八點(diǎn)：
　　1.2.1 調(diào)節(jié)級(jí)為反流布置，流動(dòng)阻力大，效率低。高壓部分調(diào)節(jié)級(jí)與高壓壓力級(jí)蒸汽流向相反，存在反流損失和繞流損失；高壓部分級(jí)數(shù)布置較少為11級(jí)，焓降分配不合理。
　　1.2.2 汽輪機(jī)的全部34級(jí)動(dòng)葉片，除低壓缸末三級(jí)為扭轉(zhuǎn)葉片外，其余均為直葉片，葉片效率低。該設(shè)計(jì)完成于20世紀(jì)70、80年代，雖然采取可控渦理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，但受設(shè)計(jì)手段和工具的限制，其熱力設(shè)計(jì)水平現(xiàn)在看來(lái)已比較落后，設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確，其高、中、低壓缸效率明顯**設(shè)計(jì)值。
　　1.2.3 汽缸、葉片持環(huán)變形。由于同型汽輪機(jī)均存在高中壓缸上、下缸溫差和變形大，導(dǎo)致汽缸結(jié)合面漏汽和通流部分徑向汽封磨損，使汽輪機(jī)的熱力性能下降。
　　1.2.4 汽輪機(jī)的動(dòng)葉片采用的均是鉚接圍帶，鉚釘頭凸出葉片圍帶，動(dòng)葉葉**汽封齒數(shù)少，汽封間隙大。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝及老化等原因，高壓進(jìn)汽插管高、中壓中間部分軸封、高壓缸夾層蒸汽泄漏量較大，也是導(dǎo)致汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性能差的原因。
　　1.2.5 低壓#1、2靜葉持環(huán)變形嚴(yán)重，低壓缸漏汽，影響機(jī)組的真空嚴(yán)密性。
　　1.2.6 高中壓持環(huán)及汽缸變形大，“空扣缸”汽缸中分面內(nèi)張口大，本問(wèn)題在同型機(jī)組中普遍存在。
　　1.2.7 通流汽封間隙大。反動(dòng)式機(jī)組的反動(dòng)度高，動(dòng)葉片前后的壓差大，同樣的汽封間隙下，漏汽量較大，因此對(duì)汽封間隙調(diào)整的要求較高。
　　1.2.8 汽封形式為傳統(tǒng)的疏齒汽封結(jié)構(gòu)。高中壓合缸機(jī)組的中間過(guò)橋汽封漏汽對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響很大。一方面，為了減少漏汽，又要求汽封間隙盡量??；另一方面，此處是轉(zhuǎn)子撓度較大的地方，為了保證機(jī)組順利啟動(dòng)及運(yùn)行安全，汽封間隙不能過(guò)小。如果采用**的汽封型式能較好地實(shí)現(xiàn)二者的平衡。
　　2 改造節(jié)能優(yōu)化方案選擇及設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)
　　2.1 改造優(yōu)化方案選擇
　　通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)各制造廠家所提出的改造方案進(jìn)行調(diào)研分析，結(jié)合#4機(jī)組運(yùn)行中突顯出的各種問(wèn)題，在充分考慮改造投資成本的基礎(chǔ)上，決定采用高中壓缸通流部分全部改造更換，將成本較高的低壓轉(zhuǎn)子保留（低壓轉(zhuǎn)子不換），但同時(shí)為了較大化地提高效率，將對(duì)低壓葉片進(jìn)行改造更換。
　　2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)
　　針對(duì)上汽引進(jìn)型300WM汽輪機(jī)組運(yùn)行中所暴露出的影響效率的各種因素，在此次改造方案的設(shè)計(jì)階段得到了充分考慮，并制定了相應(yīng)的優(yōu)化措施。其設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)：
　　2.2.1 調(diào)節(jié)級(jí)優(yōu)化。調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉改為順流布置結(jié)構(gòu)，提高機(jī)組效率。調(diào)節(jié)級(jí)的性能對(duì)汽輪機(jī)整體效率以及出力具有較大影響。由于調(diào)節(jié)級(jí)葉片展弦比較小，二次流損失非常嚴(yán)重。子午面收縮可以降低葉柵通道前部的氣動(dòng)載荷，減小二次流損失。采用非定常設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)收縮子午面調(diào)節(jié)級(jí)葉柵的收縮規(guī)律、動(dòng)靜葉型匹配、軸向間距和葉片只數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高調(diào)節(jié)級(jí)效率。
　　2.2.2 優(yōu)化葉片型線及通流布局。將百萬(wàn)等級(jí)機(jī)組的**技術(shù)應(yīng)用到改造和設(shè)計(jì)中，如：采用百萬(wàn)機(jī)組**的通流積木塊進(jìn)行設(shè)計(jì)；高中壓通流葉片采用3DV葉片及變反動(dòng)度設(shè)計(jì)（30%～60%）以提高通流效率；高壓除調(diào)節(jié)級(jí)外，共有13級(jí)壓力級(jí)（原11級(jí)），中壓共10級(jí)（原9級(jí)），優(yōu)化高中壓各級(jí)葉片焓降分配，以獲得較加平穩(wěn)的熱效率曲線，提高了級(jí)效率；采用彎扭聯(lián)合成型靜葉柵可以比直葉片的損失降低25%以上，從而提高汽輪機(jī)的級(jí)效率1%左右。
　　2.2.3 采用無(wú)中心孔整鍛轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子更換為不帶中心孔的整鍛轉(zhuǎn)子，大幅提高轉(zhuǎn)子強(qiáng)度，改造后可取消中速暖機(jī)，縮短了65%的啟動(dòng)時(shí)間，提高了機(jī)組運(yùn)行靈活性和調(diào)峰能力。
　　2.2.4 采用蝦米彎中低壓連通管。采用蝦米彎及不銹鋼波形膨脹節(jié)技術(shù)，提高效率及提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性，解決機(jī)組啟停過(guò)程及運(yùn)行中的膨脹補(bǔ)償問(wèn)題。
　　2.2.5 汽封。高中壓通流各級(jí)汽封均采用較**的1000MW機(jī)組設(shè)計(jì)理念，在轉(zhuǎn)子上增設(shè)了多齒汽封，與隔板汽封形成多齒迷宮式汽封，大大降低了級(jí)間漏汽。各級(jí)動(dòng)葉片**部增加徑向汽封齒齒數(shù)，中壓各級(jí)動(dòng)葉片圍帶加工成帶有凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)，與高低齒圍帶汽封相配合。高中壓缸、低壓缸端部均采用刷式汽封；平衡活塞汽封采用布萊登汽封。
　　2.2.6 葉片的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和振動(dòng)設(shè)計(jì)。高中壓缸葉片材料采用X19CrMoNbVN1和X20Cr13。動(dòng)葉都為自帶冠葉片，在工作轉(zhuǎn)速條件下形成整圈聯(lián)接，增強(qiáng)葉片的剛度，動(dòng)應(yīng)力水平小，徹底消除鉚接圍帶存在的由磨損導(dǎo)致的圍帶脫落隱患，運(yùn)行安全可靠。在葉片的振動(dòng)方面，對(duì)葉片的振動(dòng)特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，葉片具有較大的共振安全裕度。
　　2.2.7 結(jié)構(gòu)優(yōu)化。改造方案中對(duì)主要靜止部件結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)型，如高壓內(nèi)缸與持環(huán)及高壓平衡活塞采用積木塊設(shè)計(jì)，制作成整體缸，減少漏汽；低壓內(nèi)缸采用單層缸結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)缸的強(qiáng)度，減少運(yùn)行過(guò)程中的變形等。
　　2.2.8 進(jìn)汽和抽汽插管的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。高壓進(jìn)汽插管和一抽抽汽插管的密封原設(shè)計(jì)采用的是“鐘形罩”密封結(jié)構(gòu)和活塞環(huán)密封結(jié)構(gòu)，彈性密封圈的圈數(shù)少，多數(shù)機(jī)組有裝反、壓碎、彈性差、偏心和接觸不良等問(wèn)題，導(dǎo)致蒸汽泄漏量大。對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，采用新式堆疊式密封結(jié)構(gòu)，并增加密封環(huán)圈數(shù)，以解決蒸汽泄漏問(wèn)題。
　　3 改造后節(jié)能優(yōu)化效果分析
　　2014年3～4月，結(jié)合#4機(jī)組大修，對(duì)汽輪機(jī)通流節(jié)能優(yōu)化改造工程進(jìn)行了實(shí)施，為了驗(yàn)證機(jī)組改造優(yōu)化后的熱力性能指標(biāo)，特委托安徽省電科院依據(jù)《汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》（GB 8117.2-2008）并參照美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)《汽輪機(jī)試驗(yàn)規(guī)程》（PTC6-ASME），對(duì)改造后#4機(jī)組進(jìn)行了熱力性能試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果如下：
　　由試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，改造優(yōu)化后高、中壓缸效率分別為87.53%和93.20%，均達(dá)到制造廠設(shè)計(jì)值要求，較改造前分別提高了2.19%和0.92%。需要說(shuō)明的是大修后，過(guò)橋汽封間隙經(jīng)過(guò)調(diào)整，漏汽量減少，中壓缸效率結(jié)果中的虛高成分相比改造前相應(yīng)減少，機(jī)組熱耗率7981kJ/kWh，較改造前降低了409kJ/kWh，除去高、中壓缸效提升對(duì)熱耗率的影響，可明顯看出在此次改造優(yōu)化中，低壓缸效率得到了大幅度提升，相應(yīng)供電煤耗較改造前降低13.9g/kWh，年節(jié)約標(biāo)煤2萬(wàn)噸，二氧化碳減排約3.3萬(wàn)噸，二氧化硫排放約減少480噸、NOX排放減少約119噸，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保指標(biāo)均得到較大改善。
　　4 結(jié)語(yǔ)
　　大唐淮南洛河發(fā)電廠通過(guò)對(duì)#4機(jī)組汽輪機(jī)通流節(jié)能優(yōu)化改造，基本解決了該機(jī)型先天設(shè)計(jì)所存在的問(wèn)題，其改造節(jié)能效果十分明顯，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性均得到了大幅提高，改善了機(jī)組環(huán)保指標(biāo)，進(jìn)一步提高了企業(yè)在燃煤發(fā)電企業(yè)當(dāng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)為企業(yè)節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)，在同類(lèi)型機(jī)組當(dāng)中具有一定的推廣**。
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　　[5] 張貴杰，等.大唐淮南洛河發(fā)電廠4號(hào)機(jī)大修后熱力性能試驗(yàn)報(bào)告[R].安徽新力電業(yè)科技咨詢(xún)有限公司，2014.


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