汽輪機改造技術在實際中的應用

摘 要：針對我廠4#汽輪機汽耗高、發電效率低的問題，采用全新設計汽輪機對原汽輪機本體進行更換。

關鍵詞：汽輪機；汽耗；應用

1 汽輪機原理簡介

汽輪機是用蒸汽做功的一種旋轉式熱力原動機，具有功率大、效率高、結構簡單、易損件少，運行安全可靠，調速方便、振動小、噪音小、防爆等優點。主要用于驅動發電機、壓縮機、給水泵等。

一列噴嘴葉柵和其后面相鄰的一列動葉柵構成的基本作功單元稱為汽輪機的級，它是蒸汽進行能量轉換的基本單元。蒸汽在汽輪機級內的能量轉換過程，是先將蒸汽的熱能在其噴嘴葉柵中轉換為蒸汽所具有的動能，然后再將蒸汽的動能在動葉柵中轉換為軸所輸出的機械功。具有一定溫度和壓力的蒸汽先在固定不動的噴嘴流道中進行膨脹加速，蒸汽的壓力、溫度降低，速度增加，將蒸汽所攜帶的部分熱能轉變為蒸汽的動能。

從噴嘴葉柵噴出的高速汽流，以一定的方向進入裝在葉輪上的動葉柵，在動葉流道中繼續膨脹，改變汽流速度的方向和大小，對動葉柵產生作用力，推動葉輪旋轉作功，通過汽輪機軸對外輸出機械功，完成動能到機械功的轉換。排汽離開汽輪機后進入凝汽器，凝汽器內流入由循環水泵提供的冷卻工質，將汽輪機乏汽凝結為水。由于蒸汽凝結為水時，體積驟然縮小，從而在原來被蒸汽充滿的凝汽器封閉空間中形成真空。為保持所形成的真空，抽氣器則不斷的將漏入凝汽器內的空氣抽出，以防不凝結氣體在凝汽器內積聚，使凝汽器內壓力升高。集中在凝汽器底部及熱井中的凝結水，通過凝結水泵送往除氧器作為鍋爐給水循環使用。

2 原汽輪機C25-3.43/0.490概述

本汽輪機為單缸單抽汽凝汽式汽輪機，本體主要由轉子部分和靜子部分組成。轉子部分包括主軸、葉輪、葉片、聯軸器、主油泵葉輪等；靜子部分包括汽缸、蒸氣室、噴嘴組、隔板、汽封、軸承、軸承座、調節閥等。本機汽缸為單缸結構，由前、中、后缸兩部分組成。前缸采用合金鑄鋼，中缸采用鑄鋼，后缸采用鋼板焊接式結構，通過垂直中分面連接一體。主汽門、高壓調節汽閥蒸汽室與汽缸為一體，新蒸汽從兩側主汽門直接進入高壓高壓調節汽閥蒸汽室內。本機共有10級隔板，1-5級為圍帶焊接式隔板，6-10級為鑄造式隔板。汽輪機轉子采用套裝型式，共有十二級動葉，其中一級雙列調節級、一級單列調節級，十級壓力級（其中包括三級扭葉級）。

3 存在問題及解決方案

3.1 存在問題

此汽輪機為抽汽機組，安裝時機組存放時間較長，機組出現銹蝕老化現象，自投產以來運行不穩定，汽耗較高，達到達到4.5kg/kwh，且機組振動大，上述情況不利于機組的安全經濟穩定運行。

3.2 解決方案

采用一種抽汽凝汽式汽輪機改造為新型的純凝汽式汽輪機N30-3.43的設計改造方法，充分利用原有汽輪機基礎及輔機等設備參數條件，在不改變原有抽汽汽輪機基礎的前提下，實現純凝汽式汽輪機的改造。

同等功率負荷的汽輪發電機組，抽汽式汽輪機汽缸尺寸較純凝汽式汽輪機的汽缸尺寸長，如直接更換純凝汽式汽輪機，整個汽輪機、發電機、凝汽器的基礎需重新設計、澆筑施工，工程量極大，改造周期長。本汽輪機設計在不改變原有抽汽式汽輪機的所有結構尺寸的情況下，去掉抽汽隔板，重新設計內部葉片及導葉結構尺寸，去掉下缸的兩個抽汽管道。動、靜葉片按照新型三維技術設計制作，提高了蒸汽的做功效率，從而改善整個汽輪發電機組的發電效率。

以下通過實施舉例，對本改造作進一步說明。在原抽汽式汽輪機設計中取消低壓抽汽調節閥，以空余缸體代替，并在該處設置缸體疏水；并開平衡孔，在安裝時與前汽封一段漏氣共同作用平衡軸向力，取消抽汽開孔，去掉抽汽隔板。

改變內部葉片及導葉結構尺寸，動、靜葉片由原來二維設計改變為全新三維設計制作，提高了葉片的加工精度及蒸汽的做功效率；徑向尺寸按照K5833即原抽汽機組尺寸設計，動、靜葉片安裝按照K1830純凝式機組方法安裝，新機組轉子5級至6級葉片距離較原來縮短10mm、6級至7級葉片距離較原來縮短10mm、7級至8級葉片距離較原來縮短15mm、8級至9級葉片距離較原來縮短15mm、9級至10級葉片距離較原來縮短20mm、10級至11級葉片距離較原來縮短25mm、11級至12級葉片距離較原來縮短30mm，所以在第四、第五級之間空余部分拉長至650mm，乏汽排汽口位置不變，保證機組尺寸不變。

由于取消了低壓抽汽調節閥，在調速系統中取消抽汽二次脈沖油壓滑閥。在控制系統中將型號為505E的汽輪機控制器改為型號為505的汽輪機控制器，設置參數相應改變。

由于純凝機組用蒸汽量減少，通過計算，將高壓調速汽門閥碟由六孔改為五孔，汽缸進汽口尺寸減小，由原來的DN225改變為DN190mm，高壓油動機行程在純凝狀態下為由0-165mm改變為0-128mm。同時取消頂軸油泵，將盤車電機由功率為7.5kw更換為11kw。

附圖說明：

圖1是原K5833例示意圖；圖2是現K1830例示意圖；圖3 是新設計的轉子例示意圖。圖中：（1）取消抽汽開孔，去掉抽汽隔板，去掉下缸的兩個抽汽管道。（2）重新設計內部葉片及導葉結構尺寸。（3）第四、五級葉片之間軸向距離拉長至650mm。

4 結束語

改造完畢后，徹底解決了機組汽耗高、振動大的問題，并較原機組創造更大的積極效益，例如原4#汽輪機組2011年平均機組汽耗為4.54kg/kwh，年運行8674個小時，進汽量為87523噸，共發電192814800kwh，目前經過改造后，2012年4月份新4#機的機組汽耗為4.10kg/kwh按同2011年運行8674小時，進汽量同為87523噸計算，可發電213470731kwh，年可增加發電量20655931kwh，按每度電0.5元計算可創效10329665.5元。

參考文獻

[1]沈士一，莊賀慶，康松，等.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]鄭體寬.熱力發電廠[M].北京：中國電力出版社，2006.