330MW汽輪機組回熱系統(tǒng)改造可行性分析

摘要：文章針對原型機組的設計及結構特點，從機組熱力系統(tǒng)、汽輪機本體結構兩個方面進行技術改造方案分析論證，在保證機組安全運行的前提下提高了機組運行的經(jīng)濟性，證明回熱系統(tǒng)改造方案是可行的。通過對汽輪機回熱系統(tǒng)的改造，機組設計給水溫度可由256.1℃提高至274.3℃，可有效地提高機組運行循環(huán)效率，并降低發(fā)電煤耗。

關鍵詞：汽輪機組；高壓加熱器；給水溫度；回熱系統(tǒng)；熱力系統(tǒng)；本體結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK262 文章編號：1009-2374（2015）27-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.022

1 機組概述

大唐桂冠合山發(fā)電有限公司亞臨界330MW機組系北京北重汽輪電機有限責任公司生產(chǎn)的N330-17.75/540/540型凝汽式汽輪機。機組由兩級高壓加熱器、一級除氧器和四級低壓加熱器組成七級回熱系統(tǒng)，其中次末級高加設外置式蒸汽冷卻器，機組最終給水溫度設計值為253.3℃。由于該型機組最終給水溫度相較于其他類型機組偏低，現(xiàn)擬對該型汽輪機組進行回熱系統(tǒng)改造，在原七級回熱基礎上增加一級高壓加熱器，以提高給水溫度，降低機組熱耗率，提高熱經(jīng)濟性。系統(tǒng)中配有3臺50%容量的電動給水泵，2臺運行、1臺備用。

2 改造必要性

汽輪機組的給水回熱系統(tǒng)既是汽輪機熱力系統(tǒng)的基礎，也是電廠熱力系統(tǒng)的核心，它對機組和電廠的熱經(jīng)濟型起著決定性作用，最終給水溫度是影響回熱循環(huán)熱經(jīng)濟性的重要參數(shù)之一，直接影響汽輪機和整個火電廠的熱經(jīng)濟性。通過對汽輪機回熱系統(tǒng)的改造，可有效提高機組最終給水溫度，降低機組冷源損失，可顯著降低電廠能耗，提高電廠熱經(jīng)濟性。另外，近年來由于火電裝機容量增加，機組平均負荷率相應降低，經(jīng)8級回熱系統(tǒng)改造后，在保持現(xiàn)有鍋爐參數(shù)不變的情況下，在同等機組電負荷下汽輪機進汽比例上升約5%，使得機組運行工況更加貼近設計工況點，機組內效率也會相應提高，這也進一步提高機組實際運行效率值，提高整廠熱經(jīng)濟性。

3 技術改造方案

3.1 熱力系統(tǒng)改造方案

根據(jù)N330-17.75/540/540型凝汽式汽輪機技術特點，在高壓缸增加一段非調整抽汽用于增加的一級高壓加熱器，以提高鍋爐最終給水溫度，降低機組熱耗率。而新增高加的位置布置及疏水方式如下：增加的一級高壓加熱器放置于原機組#7高加之后，在原機組#6高加的外置蒸汽冷卻器之前，即原機組外置蒸冷器仍然位于機組給水回熱系統(tǒng)最末端，新增高加疏水通過壓力調節(jié)閥減壓到與凝結水壓力相匹配后壓力，再與DJ4出口凝結水一起進入除氧器。表1為改造前以及改造后主要工況熱力數(shù)據(jù)匯總表：

由上述數(shù)據(jù)表1可以判斷出，在THA工況下，機組經(jīng)回熱系統(tǒng)改造即增加一級高加后，在同等進汽流量下機組功率值將減小，即機組汽耗率有所上升，但是機組熱耗值卻隨之降低。

3.2 本體結構改造方案

根據(jù)N330-17.75/540/540型凝汽式汽輪機技術特點，在高壓缸增加一段非調整抽汽用于增加的一級高壓加熱器，可更換高壓內、外缸來實現(xiàn)：更換高壓部件如下：（1）高壓外缸；（2）高壓內缸；（3）高壓主汽門平衡管（兩閥門間）；（4）抽汽管道上配備的閥門等。

更換高壓模塊，高壓內缸增加了一級高加抽汽口，和原機組相比，隔板和轉子輪盤軸向位置均有相應調整，外缸也增加了抽汽口法蘭。更換的高壓缸高壓進汽口、排汽口位置不變，汽缸外形大小不變、汽封管路接口位置尺寸不變。更換高壓缸后，由于增加了抽汽口法蘭，而原主蒸汽管路未換，則新增加的抽汽管路與高壓主汽閥門的平衡管相干涉，故需要更換平衡管。

此改造方案需要更換部件的投入成本大，但是整體工藝性好、加工焊接風險小。

4 機組可靠性分析

4.1 改造后機組強度核算

4.1.1 高壓隔板強度核算。高壓缸隔板強度計算數(shù)據(jù)如下：

板體應力和撓度均在允許范圍內，可直接使用，第七、八級隔板需返廠進行局部加工。

4.1.2 動葉片強度核算。第8級后抽汽，仍采用原葉片，經(jīng)對該級強度工況進行核算，最大蒸汽彎應力為270.88ata，安全倍率為13.56，均在允許范圍之內，原葉片可以安全運行。詳見表3：

4.2 機組軸向推力變化

增加一級高加后機組運行軸向推力變化值見表4：

原330MW機組通流在1004t/h進汽工況時推力值-2029.54kgf，高壓缸增加一級非調整抽汽用于增加一級高加后，最大進汽工況的推力值為-4311.6kgf，軸向推力減少約2282kgf。

原330MW機組推力瓦正、負瓦面積相同，均為1360cm2，允許比壓最大可達2.45～2.74MPa，折算成推力為±34000～38000kgf，說明回熱系統(tǒng)改造后機組運行推力仍在允許值范圍內，機組可安全運行。

5 技術改造結論

通過對大唐桂冠合山發(fā)電有限公司亞臨界330MW機組熱力系統(tǒng)及本體結構兩方面進行改造方案的論證分析，得出以下結論：

5.1 在熱力系統(tǒng)改造方面

從循環(huán)效率看，高壓加熱器疏水逐級自流方式是最經(jīng)濟的，但是考慮機組回熱系統(tǒng)改造的原則性和可行性，采用新增加的高壓加熱器疏水直接疏至主凝結水管道（4號低加出口）的改造方案，對原有高加和給水系統(tǒng)的影響最小，且不同的疏水方式對熱經(jīng)濟性收益的影響有限。另外，機組原外置式過熱蒸汽冷卻器置于新增加的8號高壓加熱器后可以進一步提高鍋爐給水溫度，并降低機組熱耗率。

從熱力系統(tǒng)改造方面考慮，采用6號高加外置蒸冷器仍置于給水加熱系統(tǒng)最末端且新增高加疏水回4號低加出口的方案。

5.2 在本體結構改造方面

目前北重公司已有成熟的配置8級回熱的亞臨界330MW機組高壓模塊運行業(yè)績，在機組結構可靠性方面，因此更換高壓內、外缸為本體改造方案。

5.3 機組熱經(jīng)濟性方面

本項目按上述方案改造完成后，機組熱耗率較改造前可下降約49.0kJ/kW·h，年節(jié)約標煤約2927.2噸，年累計節(jié)約成本約219.5萬元（按標煤750元/噸計算），節(jié)能效益顯著。

5.4 綜合可靠性方面

通過對熱力系統(tǒng)改造論證、機組強度、運行推力的可靠性計算分析及機組啟動程序的調整考慮，本機組改造方案在技術上是完全可行的。

綜上所述，N330-17.75/540/540型機組增加一段回熱抽汽改造技術方案可行。但需要說明的是，由于機組通過回熱系統(tǒng)改造提高了最終給水溫度值，將對鍋爐受熱面產(chǎn)生影響，需要對配套鍋爐進行的相關改造進行可研論證，另外新增高加布置以及相關給水系統(tǒng)管路改造等工作也需要進行可研論證。

特別提示：汽輪機回熱系統(tǒng)改造對鍋爐效率及其他方面的影響，需要做進一步的論證。在鍋爐、汽輪機回熱系統(tǒng)改造都完成后方可對整個電廠熱力循環(huán)效率的提升（供電煤耗的下降）進行探討，最終確定節(jié)能指標數(shù)據(jù)。

作者簡介：劉燕（1962-），男，遼寧建平人，大唐桂冠合山發(fā)電有限公司工程師，研究方向：發(fā)電廠電力系統(tǒng)及自動化。

（責任編輯：陳 倩）