1000MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案探討

李大才

廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723

1000MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案探討

李大才

廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723

本文介紹了大唐潮州電廠一期擴(kuò)建2×1000MW超超臨界機(jī)組節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案，并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了評(píng)估。

揭缸提效；真空系統(tǒng)；配汽；滑壓；中壓轉(zhuǎn)子冷卻；深度滑停

1 設(shè)備概況

潮州發(fā)電廠3、4號(hào)機(jī)為2×1000MW超超臨界機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司與日本東芝株式會(huì)社聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)非調(diào)整回?zé)岢槠⒛狡啓C(jī)，凝汽器為雙殼體、單流程、雙背壓表面式凝汽器，并列橫向布置。

2 節(jié)能改造項(xiàng)目介紹

2.1 超超臨界汽輪機(jī)揭缸提效

潮州電廠#3、#4機(jī)組設(shè)計(jì)熱耗7359.9KJ/KWH，高壓缸設(shè)計(jì)效率90.29%，中壓缸設(shè)計(jì)效率94.83%。從機(jī)組熱耗考評(píng)試驗(yàn)看，高中壓缸效率、熱耗均高于設(shè)計(jì)值，需對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行揭缸提效及通流改造。通過以下改造，合計(jì)單臺(tái)機(jī)降低熱耗值75kJ/kWh，供電煤耗約降低2.10g/ kWh

2.1.1 高、中壓缸隔板汽封

隔板汽封仍采用傳統(tǒng)汽封，汽封型式不做改進(jìn)，只對(duì)汽封間隙按哈汽新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整；葉頂圍帶汽封鑲嵌的硬汽封片拆除，重新鑲嵌汽封片，汽封徑向間隙按哈汽新標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行調(diào)整。

2.1.2 高、中壓缸軸端汽封

為解決高、中壓缸軸端漏汽問題，同時(shí)也考慮了軸端漏汽對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，對(duì)軸端汽封的改造一是使用原傳統(tǒng)梳齒汽封，二是將此部分汽封改為側(cè)齒式汽封。使用范圍：高壓缸調(diào)端（排汽側(cè)）改造6圈，中壓缸電端改造6圈，汽封材料選用1Cr12Mo整體鍛件。汽封間隙按哈汽標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。此部分改造的汽封共12圈，高壓缸電端（進(jìn)汽側(cè)）10圈，中壓缸調(diào)端改造6圈，汽封型式不做改進(jìn)，汽封徑向間隙按哈汽新標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行調(diào)整。

2.1.3 低壓缸汽封

低壓缸隔板汽封及端汽封為平斜齒汽封，斜齒不適合安裝間隙過小，否則斜齒汽封碰磨后接觸面變寬，會(huì)加重磨損，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)增大擴(kuò)散。改造方案將低壓端汽封斜齒汽封改為普通直齒汽封，兩低壓缸電調(diào)端內(nèi)側(cè)3道，外側(cè)2道，端汽封共計(jì)20道，兩低壓缸電調(diào)端19～23級(jí)隔板汽封4×5共計(jì)20道斜齒汽封改為普通直齒汽封。葉頂圍帶鑲嵌硬汽封視間隙情況確定，如間隙超標(biāo)將其拆除，重新鑲嵌汽封片。將低壓缸隔板汽封（20圈）由平斜齒汽封改為普通直齒式汽封，運(yùn)行安全性可提高。

2.2 抽真空系統(tǒng)改造

潮州電廠2臺(tái)百萬機(jī)組真空系統(tǒng)配有三臺(tái)水環(huán)式真空泵，高、低壓凝汽器抽空氣管原設(shè)計(jì)為串聯(lián)布置方式，如圖1所示，機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，低壓凝汽器運(yùn)行性能較差，高、低壓凝汽器壓力差偏小，一般不超過0.5kPa，在機(jī)組小修期間對(duì)真空系統(tǒng)抽空氣管道進(jìn)行了改造，將真空泵A入口管道接至高壓凝汽器，真空泵B增加一路入口管接至高壓凝汽器，并將高、低壓凝汽器連通管加堵，如圖2所示。這樣凝汽器抽空氣方式就由原來的單串聯(lián)抽空氣方式改為可以串聯(lián)、并聯(lián)切換運(yùn)行的抽空氣方式，串聯(lián)抽空氣方式下，高、低壓凝汽器抽空氣管道真空泵入口聯(lián)絡(luò)門打開，兩臺(tái)真空泵并列運(yùn)行同時(shí)對(duì)高低壓凝汽器抽真空；并聯(lián)抽空氣方式下，高、低壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)完全隔離（關(guān)閉高、低壓凝汽器空氣管聯(lián)絡(luò)門），由兩臺(tái)真空泵分別對(duì)高、低凝汽器抽空氣。

進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，3號(hào)機(jī)真空系統(tǒng)并聯(lián)方式下的機(jī)組背壓、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于串聯(lián)方式。 1000MW、750MW、500MW三個(gè)工況兩種運(yùn)行方式切換時(shí)背壓變化值分別為0.65kPa、0.58kPa ，0.51kPa，分別影響汽輪機(jī)熱耗率49.1kJ/(kW-h)、41.6kJ/ (kW-h)、33.8kJ/(kW-h)，影響供電煤耗率1.9g/(kW-h)、1.6g/(kW-h)、1.3g/ (kW-h)，這主要是因?yàn)榇?lián)方式下高壓凝汽器排擠了低壓凝汽器中不凝結(jié)氣體的抽出，影響了低壓凝汽器運(yùn)行效果。在潮州電廠3、4號(hào)機(jī)2×1000MW機(jī)組真空系統(tǒng)改造后，獲得的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2.3 汽前泵切削葉輪

為進(jìn)一步挖掘汽前泵的節(jié)能潛力，采用特殊的車削辦法，將前置泵葉輪外徑平均車小16.25%，使葉片出口端呈魚尾形,增大了葉輪與蝸殼隔舌之間的距離,形成了較大的環(huán)室空間,使軸向力波動(dòng)減少50%以上,從而大大降低了低流量時(shí)的流動(dòng)不穩(wěn)定性，并提高了轉(zhuǎn)子的剛度；采用焊補(bǔ)磨削的辦法,減少葉片出口角,并提高葉片的均布對(duì)稱性和削薄葉片出口端,提高葉輪出口流動(dòng)穩(wěn)定性;對(duì)原葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造,提高泵的效率、汽蝕性能及穩(wěn)定性,為了彌補(bǔ)葉輪車削后泵效率下降,并對(duì)葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造，汽前泵改造后電流下降了20～30A, 電功率下降了248kW，扣除汽前泵改后揚(yáng)程下降導(dǎo)致主給水泵小汽輪機(jī)耗汽量的增加，單泵大約平均每小時(shí)節(jié)電186Kwh；按年運(yùn)行7500小時(shí)計(jì)算,則每臺(tái)泵年節(jié)電139.5萬(kwh)，按上網(wǎng)電價(jià)0.5元/kwh計(jì)算，則年效益為69.75萬元。

2.4 中壓轉(zhuǎn)子冷卻管道優(yōu)化

中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)在機(jī)組安裝時(shí)，存在系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善等問題，機(jī)組運(yùn)行中造成管道振動(dòng)大，至中壓缸溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值等，經(jīng)與哈汽廠研究，對(duì)中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，消除機(jī)組在運(yùn)行中管道振動(dòng)大等安全隱患，改造后見下圖，高壓進(jìn)汽導(dǎo)管內(nèi)插管冷卻蒸汽接至三段抽汽管路截?cái)啵慕又林袎恨D(zhuǎn)子冷卻供汽；高壓調(diào)門一段漏汽接至1段抽汽處另接一路至中壓轉(zhuǎn)子冷卻供汽，在該管路上各裝一道手動(dòng)門，運(yùn)行中可切換，即可關(guān)閉至1段抽汽手動(dòng)門，打開至中壓轉(zhuǎn)子冷卻進(jìn)汽手動(dòng)門。中壓轉(zhuǎn)子冷卻蒸汽一抽及高壓汽封一漏來汽、輔助蒸汽供中壓轉(zhuǎn)子冷卻蒸汽保留，取消高壓汽封一漏來汽至中壓轉(zhuǎn)子冷卻進(jìn)汽逆止門。運(yùn)行中可關(guān)閉1抽至中壓轉(zhuǎn)子冷卻手動(dòng)門，調(diào)整高壓汽封一漏來汽、高壓調(diào)門一段漏汽閥門開度來控制中壓轉(zhuǎn)子冷卻蒸汽汽量、溫度及防止管道振動(dòng)，同時(shí)降低機(jī)組熱耗10～20KJ/KW.h，達(dá)到降低機(jī)組熱耗的目的。

2.5 主汽門、調(diào)門漏汽及軸封溢流優(yōu)化

2.5.1 主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽改接至軸封回汽母管

主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽設(shè)計(jì)接往低壓軸封供汽母管，導(dǎo)致運(yùn)行中軸封汽量大，需開啟軸封溢流門溢流，機(jī)組負(fù)荷1000MW時(shí)軸封溢流基本全開，造成蒸汽未有效利用，提高了機(jī)組熱耗。另外，主汽調(diào)節(jié)閥閥三段漏汽溫度高，設(shè)計(jì)溫度512℃，排至軸封供汽母管造成噴水減溫量大，噴水霧化效果差易造成軸封供汽帶水。改造后見下圖，將主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽至軸封供汽母管原管路靠近軸封母管處截?cái)嗖⒓佣掳澹髌{(diào)節(jié)閥三段漏汽改接至軸封回汽母管加熱凝結(jié)水，原管路逆止門拆除裝在至軸封回汽管路上，達(dá)到了機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

圖2 真空系統(tǒng)改造后布置方式

2.5.2 軸封溢流增加至8A低加管路

軸封溢流設(shè)計(jì)上直接去疏水?dāng)U容器A，由于正常情況下溢流較大，熱量未得到充分利用，因此考慮增加至8A低加管路，共用一個(gè)氣動(dòng)調(diào)整門控制，正常運(yùn)行中優(yōu)先通入8A低加，即打開去8A低加電動(dòng)門，關(guān)閉至疏水?dāng)U容器A電動(dòng)門，具體見圖，改造后充分利用了漏汽熱源對(duì)8A低加的加熱，提高了凝結(jié)水溫度，減少了冷源損失。

圖3 中壓轉(zhuǎn)子冷卻原設(shè)計(jì)方式

圖4 中壓轉(zhuǎn)子冷卻改造后方式

圖5 主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽原設(shè)計(jì)方式

圖6 主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽改造后方式

圖7 軸封溢流原設(shè)計(jì)布置方式

圖8 軸封溢流改造后布置方式

3 運(yùn)行優(yōu)化

3.1 深度滑壓優(yōu)化

通過試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)滑壓曲線并不能滿足機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為此通過一系列試驗(yàn)確定了冬夏季滑壓曲線，以滿足不同工況下的節(jié)能需求，本曲線是夏季試驗(yàn)獲得，循環(huán)水溫度為31.3℃，曲線反映了機(jī)組同負(fù)荷下熱耗率最低值時(shí)主蒸汽壓力與負(fù)荷關(guān)系，滑壓較深，負(fù)荷低于400MW可以按滑壓曲線斜率下延，但需確保鍋爐燃燒穩(wěn)定、給水泵運(yùn)行穩(wěn)定，表一為節(jié)能效果，圖10（無色）為夏季滑壓曲線更改后的曲線。

3.2 高壓調(diào)門配汽優(yōu)化

充分調(diào)研超超臨界汽輪機(jī)配汽方式，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了閥門優(yōu)化試驗(yàn)，高調(diào)門布置方式下圖9，確定高調(diào)門實(shí)際的流量特性曲線關(guān)系及高調(diào)門的重疊度數(shù)據(jù)，優(yōu)化DEH系統(tǒng)高調(diào)門單閥和順序閥流量曲線，使其流量線性，并將高調(diào)門開啟順序由三閥先開優(yōu)化為兩閥先開，為了便于比較兩級(jí)順序閥曲線和三級(jí)順序閥曲線的優(yōu)劣，我們把閥門流量指令與功率的關(guān)系曲線及閥門流量指令與蒸汽流量的關(guān)系曲線分別放在一個(gè)坐標(biāo)系里（見圖11和圖12），從這兩條曲線可以觀察到在高調(diào)門由CV1/CV2/CV3→CV4兩級(jí)順序閥曲線變?yōu)镃V2/CV3→CV1→CV4三級(jí)順序閥曲線下，機(jī)組軸系軸振和各瓦瓦溫都沒有明顯變化，閥后壓力也沒有振蕩，三級(jí)順序閥曲線的線性度比二級(jí)順序閥曲線要好并且是滿足運(yùn)行要求的，結(jié)合曲線可以觀察到閥門流量指令小于82.12%時(shí)，機(jī)組在三級(jí)順序閥曲線下運(yùn)行時(shí)帶同樣的負(fù)荷要比二級(jí)順序閥曲線下運(yùn)行時(shí)所需蒸汽流量要少，其節(jié)能效果比較明顯；閥門流量指令大于82.12%時(shí)，負(fù)荷在918MW以上其機(jī)組效率基本一致，綜合考慮機(jī)組在三級(jí)閥門管理曲線下運(yùn)行時(shí)供電煤耗約降低1.50g/kWh。

3.3 啟停機(jī)節(jié)能優(yōu)化

3.3.1 鍋爐上水方式優(yōu)化

潮電1000MW機(jī)組啟動(dòng)設(shè)計(jì)上水方式為采用電泵上水，電泵設(shè)計(jì)容量為30%BMCR，鍋爐上水方式優(yōu)化即在機(jī)組啟動(dòng)全過程采用汽泵（或汽前泵）向鍋爐上水，不啟動(dòng)電泵運(yùn)行。在鍋爐點(diǎn)火前，采用汽前泵上水，并進(jìn)行鍋爐冷態(tài)沖洗；在鍋爐點(diǎn)火升壓后，及時(shí)利用鄰機(jī)輔助蒸汽沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)，投入汽泵運(yùn)行向鍋爐上水，小汽輪機(jī)保持低速運(yùn)行暖機(jī)，并隨鍋爐升壓相應(yīng)提升汽泵轉(zhuǎn)速，停機(jī)時(shí)依此類推，目前汽泵全程上水和停機(jī)已多次在潮電1000MW機(jī)組啟動(dòng)中實(shí)現(xiàn)，經(jīng)初步估算，機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)采用汽泵全程上水和停機(jī)方式，每次可節(jié)約廠用電約35MWh。

圖9 高調(diào)門噴嘴數(shù)、布置方式及旋轉(zhuǎn)方向（面向機(jī)頭）

圖10 夏季滑壓曲線與設(shè)計(jì)滑壓曲線對(duì)比

表1 滑壓曲線更改后節(jié)能效果

圖11 兩種順序閥曲線閥門流量指令與功率曲線

圖12 兩種順序閥曲線閥門流量指令與蒸汽流量曲線

圖13 機(jī)組負(fù)荷與凝結(jié)水泵出口壓力曲線

3.3.2 啟機(jī)前對(duì)高、中壓缸充分預(yù)暖

哈汽1000MW機(jī)組設(shè)計(jì)配置了高、中壓缸的預(yù)暖裝置，其加熱汽源來自鄰機(jī)輔助蒸汽。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)應(yīng)充分利用好預(yù)暖裝置，提前加熱汽缸，一般當(dāng)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)上缸內(nèi)壁溫在130℃以下時(shí)，應(yīng)投入汽缸預(yù)暖裝置，機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程中，當(dāng)鍋爐起壓、旁路投運(yùn)后即可開始投運(yùn)汽缸預(yù)暖裝置，當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)上缸內(nèi)壁溫達(dá)150℃以上，且汽缸左右側(cè)膨脹值均達(dá)10.5mm以上時(shí)，預(yù)暖結(jié)束。根據(jù)汽缸金屬溫升率控制要求，經(jīng)初步估算，對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度在50℃左右的冷態(tài)啟動(dòng)，通過啟機(jī)前對(duì)汽缸提前加熱預(yù)暖至150℃以上，可節(jié)省機(jī)組啟動(dòng)后暖機(jī)時(shí)間75 min左右。

3.3.3 高、低壓加熱器隨機(jī)投運(yùn)

高、低壓加熱器采用隨機(jī)投運(yùn)方式，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)即開啟高、低壓加熱器進(jìn)汽電動(dòng)門，隨著汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，高、低壓加熱器筒體也隨之進(jìn)汽暖體，溫度緩慢滑升。由于2號(hào)高壓加熱器抽汽接自高壓缸排汽逆止閥后的再熱冷段管道上，在鍋爐起壓、高壓旁路投入后，再熱冷段管道已充汽帶壓，因此，此時(shí)可開始單獨(dú)投運(yùn)2號(hào)高壓加熱器，提高給水溫度40℃～50℃，這對(duì)增強(qiáng)鍋爐啟動(dòng)初期燃燒穩(wěn)定性、提高鍋爐熱態(tài)沖洗效果、減少鍋爐啟動(dòng)燃料消耗均有明顯作用。

3.3.4 啟停機(jī)過程中循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化

潮電2×1000MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元制系統(tǒng)，2臺(tái)機(jī)組間設(shè)計(jì)了循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門，采用“1機(jī)3泵”配置，機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前，如鄰機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行，可稍開循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門向本機(jī)分流供水，機(jī)組帶負(fù)荷至300MW（冬季500MW）左右時(shí)增開第一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，初步估算，停機(jī)依此類推，每次啟停機(jī)循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化可節(jié)約廠用電60 MWh左右。

3.3.5 深度滑停

在2012年6月20日4號(hào)機(jī)大修停機(jī)，汽機(jī)本體檢修項(xiàng)目繁多，任務(wù)重，檢修工期短，為提前進(jìn)行汽機(jī)本體檢修，需盡早停運(yùn)盤車和潤滑油泵（盤車及潤滑油泵停運(yùn)條件分別為200℃和150℃），準(zhǔn)備對(duì)于#4機(jī)進(jìn)行深度滑停，最終順利實(shí)現(xiàn)滑至300℃，并為盡早開工檢修、縮短檢修工期和提前并網(wǎng)創(chuàng)造了條件，從而實(shí)現(xiàn)了搶發(fā)電量和取得較高利潤，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.4 汽泵密封水調(diào)整

汽泵密封水多級(jí)水封是困擾機(jī)組的一個(gè)重大難題，凝結(jié)水壓力過低，汽泵密封水水封被破壞，機(jī)組真空急驟下降，威脅機(jī)組安全運(yùn)行，凝結(jié)水壓力過高，造成凝泵單耗高和汽泵密封水溢流量大，機(jī)組補(bǔ)水率大幅升高，因此需要摸索即滿足機(jī)組安全運(yùn)行，又要將汽泵密封水調(diào)至不溢流，我們對(duì)凝泵進(jìn)行多次試驗(yàn)，并充分利用凝結(jié)水泵變頻控制，同時(shí)增加凝結(jié)水出口副調(diào)整門，基本全開凝結(jié)水出口各調(diào)整門，確定出機(jī)組最佳凝結(jié)水壓力定值，即如下圖，通過調(diào)整#3、4機(jī)凝結(jié)水泵耗電率由原來的0.23%左右下降至0.17%左右的水平，按兩臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量120億度計(jì)算，年節(jié)電量約720萬kWh，機(jī)組補(bǔ)水率由投產(chǎn)后的1.5%左右降至目前的0.5%～0.6%左右的水平。

4 小結(jié)

通過以上節(jié)能改造和運(yùn)行優(yōu)化，降低機(jī)組供電煤耗7g/kWh以上，年節(jié)約標(biāo)煤約8萬噸，在同類型機(jī)組節(jié)能方面走在了前列，汽輪機(jī)節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化，是一項(xiàng)需要長期努力的節(jié)能工作。潮電1000MW機(jī)組節(jié)能改造和運(yùn)行優(yōu)化方案實(shí)施后，取得了較好的節(jié)能效果，由于機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間不長，在1000MW機(jī)組節(jié)能改造和運(yùn)行優(yōu)化方面的節(jié)能探索與實(shí)踐尚處于起步階段，本文所闡述的1000MW機(jī)組節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案，僅為同類型機(jī)組節(jié)能優(yōu)化提供一些有益的借鑒與參考。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.035

李大才（1985-），男，江蘇連云港人，大學(xué)本科，廣東大唐國際潮州發(fā)電公司汽機(jī)運(yùn)行高級(jí)主管，長期從事600MW、1000MW運(yùn)行技術(shù)管理工作。