汽輪機通流改造及優化研究范文

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《汽輪機技術雜志》2015年第五期

摘要:

對GE公司生產的350MW汽輪機通流改造的必要性和可行性進行了論證，通過對1號機組通流改造前、后試驗數據對比分析，指出了其改造后存在的主要問題:機組通流能力偏大、高壓缸效率、主蒸汽壓力、最終給水溫度偏低等。針對1號機組出現的問題，在2號機組上進一步優化通流改造方案并予以實施，取得了較好的效果，對同類型機組通流改造具有較好的借鑒意義。

關鍵詞:

汽輪機;通流改造;缸效率;熱耗率

對于國產引進型300MW等級機組通流改造，國內已經有較為成熟的改造業績，而對GE公司生產的350MW汽輪機尚未有過進行通流改造的經驗。某電廠一期2×350MW機組為美國GE公司生產的TC2F－33．5型亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機，兩臺機組均為1990年正式投產，該機型為上世紀80年代設計生產的汽輪機，但受當時汽輪機機組設計水平及制造工藝的限制，存在葉片型線設計技術相對落后、各級焓降分配不合理、余速損失較大、高中壓間汽封圈數偏少等問題，同時由于長期運行及老化的原因，造成高中壓轉子動葉固體顆粒沖蝕、高中壓隔板靜葉出汽邊損傷和低壓轉子末級葉片水蝕嚴重等問題，導致汽缸效率偏低、機組經濟性較差。為了解決機組存在的問題、提高機組運行的可靠性、經濟性，業主委托哈爾濱汽輪機廠有限責任公司對兩臺汽輪機通流部分進行現代化技術改造，改造方案及改造效果，詳見下文敘述。

1機組通流改造目標

根據該機組目前存在的問題及機組適應目前電網的需要，該機組的改造目標為:(1)消除機組原有缺陷及安全隱患，提高設備可靠性，確保機組能安全穩定運行。(2)提高汽輪機三缸效率，節能降耗。要求各缸效率達到如下水平:高壓缸效率(閥點)≥84．52%、中壓缸效率≥91．61%、低壓缸效率≥88．27%。(3)穩定運行及滿足調峰要求。正常運行及過臨界轉速時汽輪機軸振水平滿足運行規程的要求，保證機組能迅速啟動到滿負荷，能采用復合變壓運行方式，具有靈活的調峰運行能力。

2機組通流改造技術路線和方案

哈爾濱汽輪機廠有限責任公司于2013年2月～4月期間，對該廠1號汽輪機通流部分進行現代化技術改造，主要工作如下:

2．1高、中壓缸部分(1)除高中壓外缸保持不變外，高、中壓內缸、隔板、汽封(包括隔板汽封、軸封、通流汽封)、高中壓轉子等全部更換。(2)高、中壓通流部分采用沖動式設計，高壓缸部分通流級數由原來的1+8級改為1+7級，減少1級，中壓缸部分通流級數維持7級不變。(3)高、中壓缸汽封均采用傳統梳齒式汽封，高、中壓間汽封由原有4圈增加為8圈，高、中壓間汽封體后部外側設計3圈過盈密封圈，以減少高壓內缸與中間汽封體之間的漏汽量。

2．2低壓缸部分(1)除低壓外缸及連通管保持不變外，低壓內缸、低壓轉子、隔板、汽封(包括隔板汽封、軸封、通流汽封)等全部更換。(2)低壓缸部分通流級數由2×5級改為2×6級，增加2級，其中前3級為反動式，末3級為沖動式，低壓末級葉片長度由原來的851mm增加到1029mm，增大了排汽環形面積，降低了余速損失。(3)隔板及葉頂汽封采用傳統梳齒汽封，低壓軸封加裝接觸式汽封。

31號機組改造效果分析

從表1可以看出，1號汽輪機改造后的中、低缸效率較改造前有明顯提升，但與設計值仍然存在一定的偏差;高、中壓缸效率分別較設計值偏低2．35和1．71個百分點，低壓缸效率較設計值高1．55個百分點。改造后熱耗率較改造前降低260．4kJ/(kW•h)，比設計值高出39．3kJ/(kW•h)。1號汽輪機組在改造后存在以下問題:(1)高壓缸效率偏低。高壓缸效率較設計值低2．35個百分點，甚至比改造前試驗值略低。(2)機組通流能力偏大，主蒸汽壓力偏低。3VWO工況下的試驗主蒸汽壓力為16．74MPa，低于設計值17．48MPa，約4．23%;修正后的主蒸汽流量為1118．98t/h，較設計值1056．68t/h，偏大62．30t/h，約6．0%。主蒸汽壓力偏低導致機組實際運行熱耗率上升24．5kJ/(kW•h)，機組通流能力偏大，會導致機組在部分負荷下經濟性變差。(3)四段抽汽無法滿足給水泵汽輪機用汽需求。該給水泵汽輪機汽源比較特殊，一路低壓汽源為四段抽汽，另外一路高壓汽源為主蒸汽。四段抽汽(中壓缸排汽)壓力與設計值偏差不大，但較改造前有所下降，四段抽汽汽源不能滿足汽動給水泵汽輪機在額定負荷下的工作要求(這主要是因為設計時未考慮到機組汽動給水泵組效率偏低)，需要主蒸汽提供高壓汽源約1．5t/h，導致機組運行熱耗率上升約9．1kJ/(kW•h)。在機組升降負荷時，主蒸汽供汽動給水泵汽輪機汽源控制閥門反復動作，導致機組汽動給水泵系統運行不穩定。(4)機組最終給水溫度偏低。機組實測給水溫度為269．3℃，較設計值低3．3℃，這主要是由于1號高加上端差偏大造成的。

42號機組通流改造優化與實施效果

鑒于1號機組通流部分改造后存在的一系列問題，哈爾濱汽輪機廠有限責任公司在原改造方案的基礎上，重新優化設計，主要采取了以下措施:(1)適當調小高壓缸調節級噴嘴和壓力級的面積。為了減小機組通流面積，原方案調節級各組噴嘴數均為32只，現方案分別把前四組噴嘴數各減1只，改后均為31只。相應的通流面積減小約3．2%，減小調節級后壓力級的通流面積，以降低新蒸汽在效率較低的調節級內的做功比例，最終達到提升高壓缸效率的目的。(2)根據汽動給水泵組的效率，計算出給水泵汽輪機需要的蒸汽流量和進汽壓力，通過減小低壓缸第一級靜葉通流面積，提高四段抽汽壓力(中排)，滿足給水泵汽輪機用汽需求。(3)減小高壓缸一段抽汽級靜葉通流面積，提高1號高加進汽壓力，并對1號高加進行了清洗，從而提高最終給水溫度。上述優化后的改造方案在2號汽輪機組上實施。根據表2所列的汽輪機性能試驗數據，兩臺機組的性能對比分析如下:(1)2號汽輪機在三閥全開工況下的修正后主蒸汽流量較1號汽輪機小2．46%，主蒸汽壓力接近設計值，這說明2號汽輪機調節級噴嘴面積基本減小至接近設計狀態。(2)在出力和進汽流量接近的情況下，2號汽輪機調節級、一段抽汽和高壓缸排汽壓力較1號機組有所提高:①汽輪機在效率較低的調節級內做功比例減小，高壓缸效率較1號汽輪機高出約1個百分點，汽輪機高壓缸熱力膨脹過程線見圖1;②一段抽汽壓力提高可使機組最終給水溫度提高0．9℃;③高壓缸排汽的壓力提高在一定程度上減小了在汽輪機高壓缸內的做功份額，有利于機組經濟運行。(3)2號汽輪機中壓缸排汽壓力(小汽機進汽壓力)有了明顯提高，四段抽汽參數可以滿足小機用汽需求。(4)2號汽輪機修正后的熱耗率為7959．3kJ/(kW•h)，較1號汽輪機修正后的熱耗率降低29．1kJ/(kW•h)。

5結論

(1)1號、2號汽輪機改造后的機組經濟性有了明顯的提升。汽輪機各缸效率有了明顯的提升，熱耗率下降約4%。(2)優化后的通流改造方案使汽輪機組(2號)運行更為經濟，汽輪機內的蒸汽焓降分配更為合理，高壓缸效率有所提高，低壓汽源(四段抽汽)可以滿足汽動給水泵組工作需求，相同調門開度下的主蒸汽壓力有了一定的提高。(3)汽輪機改造過程中在提升缸效率的同時，應該兼顧汽輪機通流特性并結合輔機的性能，保證各抽汽段參數滿足回熱及汽動給水泵組等系統正常運行。

參考文獻

［1］劉曉宏．華能上安電廠1號汽輪機通流部分改造后性能試驗報告［R］．西安:西安熱工研究院有限公司技術報告，2012(TPRI/TH－RB－039－2012)．

［2］裴東升．華能上安電廠2號汽輪機通流部分改造后性能試驗報告［R］．西安:西安熱工研究院有限公司技術報告，2013(TPRI/TH－RB－082－2013)．

作者：裴東升 劉曉宏 王偉鋒 赫廣訊 單位：西安熱工研究院有限公司 哈爾濱汽輪機有限責任公司