東華電廠#機(jī)組汽輪機(jī)本體優(yōu)化改造

李紅

摘 要： 因東華電廠#1亞臨界300MW機(jī)組存在供電煤耗偏高問題，通過對機(jī)組的現(xiàn)狀進(jìn)行準(zhǔn)確的分析、評價(jià)，準(zhǔn)確定位機(jī)組目前存在的問題主要是由于汽輪機(jī)本體汽封漏氣和調(diào)節(jié)級噴嘴組出口面積設(shè)計(jì)裕度較大造成，為進(jìn)一步節(jié)能減排，針對上述問題提出優(yōu)化改造方案，最終實(shí)現(xiàn)能耗達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞： 東華電廠 汽輪機(jī) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

為貫徹集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)提出的開拓思路、大膽創(chuàng)新的方針，解決亞臨界300MW機(jī)組供電煤耗偏高問題，對華電內(nèi)蒙古東華發(fā)電有限公司（簡稱東華電廠）#1機(jī)組汽輪機(jī)本體實(shí)施優(yōu)化改造，使各項(xiàng)參數(shù)處于國內(nèi)同類型機(jī)組的標(biāo)桿值，能耗達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。為了全面了解和掌握機(jī)組熱力特性、鍋爐運(yùn)行狀況及熱力系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，對機(jī)組的現(xiàn)狀進(jìn)行準(zhǔn)確的評價(jià)，為大修中實(shí)施改造項(xiàng)目提供技術(shù)依據(jù)，對#1機(jī)組進(jìn)行全面性能診斷試驗(yàn)，在對試驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場摸查，準(zhǔn)確定位機(jī)組目前存在的問題，針對這些問題，對國內(nèi)、外主機(jī)生產(chǎn)廠家和其他電廠的成功改造經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行充分的調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上提出合理的改造方案。

1.機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀

東華發(fā)電有限公司#1汽輪機(jī)組為國產(chǎn)引進(jìn)型300MW汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)有限公司制造，為亞臨界、中間一次再熱、雙缸雙排氣、單軸、抽氣凝汽式汽輪機(jī)，型號為C300/227.6-16.7/0.55/537/537，給水回?zé)嵯到y(tǒng)由3臺(tái)高壓加熱器、4臺(tái)低壓加熱器和1臺(tái)除氧器組成，加熱器疏水均采用逐級自流方式，高、低壓加熱器為表面式加熱器，除氧器為混合式加熱器，給水系統(tǒng)配備三臺(tái)50%容量電動(dòng)泵。

2.能耗普查發(fā)現(xiàn)問題

（1）3VWO工況下，機(jī)組出力300MW，此時(shí)主蒸汽流量與額定主氣流量有一定的差距，主要影響因素有：汽封漏汽量偏大；低壓缸末級和次末級處于濕蒸汽區(qū)，存在一定的濕汽損失；缸體可能存在變形，有部分蒸汽泄漏。

（2）調(diào)節(jié)級噴嘴組出口面積為245.572cm■，設(shè)計(jì)裕度較大。

3.調(diào)節(jié)級噴嘴改造

3.1改造依據(jù)

由于設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面存在不合理因素和缺陷，國產(chǎn)引進(jìn)型300MW汽輪機(jī)普遍存在調(diào)節(jié)級實(shí)際效率低于設(shè)計(jì)值的問題。調(diào)節(jié)級效率低于設(shè)計(jì)值，將導(dǎo)致高壓缸效率顯著降低，限制機(jī)組出力。

機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足機(jī)組出力和超負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組設(shè)計(jì)裕度偏大，噴嘴組出口面積為245.572cm■，有必要優(yōu)化噴嘴出口面積。

3.2改造方案

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維黏性數(shù)值模擬在透平機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，以準(zhǔn)三維/全三維氣動(dòng)熱力分析計(jì)算為核心的汽輪機(jī)通流部分設(shè)計(jì)方法已成熟。目前，國內(nèi)外已普遍采用先進(jìn)成熟的三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行汽輪機(jī)通流部分設(shè)計(jì)，靜葉采用后加載葉型、復(fù)合彎扭葉片，動(dòng)葉沿葉高反扭，改善參數(shù)沿葉高的分布，減少徑向和端部二次流損失，型線速度分布合理，末級根部反動(dòng)度提高，利于變工況運(yùn)行，提高了低負(fù)荷運(yùn)行能力和安全性，改善了機(jī)組調(diào)峰性能，降低了汽封漏氣損失等。以彎扭聯(lián)合成型全三維葉片為代表的第三代通流設(shè)計(jì)已進(jìn)入工業(yè)化實(shí)用階段，可在提高通流效率的同時(shí)提高出力。

（1）通過更換新設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)級噴嘴，優(yōu)化噴嘴組葉片型線，改善調(diào)節(jié)級動(dòng)、靜葉片的氣動(dòng)載荷分布，減少葉柵通道的二次流損失；優(yōu)化子午面收縮型線及通道收縮比，降低靜葉通道前段的負(fù)荷，減少葉柵的二次流損失。

（2）在保證機(jī)組出力的前提下，合理設(shè)計(jì)并適當(dāng)減少噴嘴導(dǎo)葉數(shù)量、縮小噴嘴組出口面積，提高汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率和機(jī)組的循環(huán)熱效率。

（3）在噴嘴組中分面處加裝門型鍵，以減少中分面漏氣。

（4）目前調(diào)節(jié)級4個(gè)噴嘴組之間的周向間隙較大，使未作功的高品質(zhì)蒸汽從相鄰噴嘴錯(cuò)位搭接結(jié)構(gòu)二側(cè)分別漏到噴嘴組后面，經(jīng)高中壓間過橋汽封漏出，或經(jīng)高壓缸夾層和冷卻蒸汽管漏向高排區(qū)，導(dǎo)致高品質(zhì)蒸汽能量損失。新設(shè)計(jì)噴嘴采用新技術(shù)，縮小高壓噴嘴組周向間隙，減小能量損失。

3.3改造預(yù)期

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級噴嘴組進(jìn)行改造后，調(diào)節(jié)級效率將顯著提高，汽輪機(jī)的性能將得到有效改善，達(dá)到機(jī)組降耗、增容的目的：改造后3VWO工況下，調(diào)節(jié)級效率達(dá)到65%以上。

4.主機(jī)汽封改造

4.1改造依據(jù)

目前，機(jī)組汽封采用傳統(tǒng)的梳齒式汽封，汽封型式比較落后，間隙比較大，為了減少汽封漏氣，提高缸效，特進(jìn)行汽封優(yōu)化改造。

結(jié)合幾十臺(tái)機(jī)組的汽封改造經(jīng)驗(yàn)，確定各種新型汽封在汽輪機(jī)各部位的優(yōu)點(diǎn)和劣勢，通過不同汽封的組合，達(dá)到最佳效果，保證機(jī)組的安全性的同時(shí)提高高中低壓缸效率，建議對集中檢修的各電廠的汽封改造組織打包招標(biāo)，以在降低成本的同時(shí)采用最佳改造組合方案取得最佳效果。

目前，新型汽封主要有布萊登汽封、接觸式汽封、刷式汽封、側(cè)齒汽封和蜂窩汽封等。其中布萊登汽封、接觸式汽封和刷式汽封依靠減小汽封間隙，強(qiáng)化密封效果，減少漏氣損失；側(cè)齒汽封和蜂窩汽封通過改變汽封腔室結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化密封效果，從而減少漏氣所造成的損失。

4.2改造方案

（1）機(jī)組于2008年進(jìn)行了高中壓缸汽封改造，其中高中壓過橋汽封、高壓排汽側(cè)平衡環(huán)、高壓隔板、中壓隔板汽封改為布萊登汽封。本次機(jī)組大修期間，對布萊登汽封進(jìn)行重點(diǎn)檢查，特別是過橋汽封，更換失效和損壞的彈簧；

（2）對于高中壓葉頂汽封等鑲嵌式汽封，本次大修以間隙調(diào)整為主，將間隙調(diào)整至設(shè)計(jì)下限；

（3）低壓缸隔板汽封改為蜂窩汽封；

（4）低壓缸前后軸封更換為鐵素體蜂窩汽封。

4.3汽封改造的工作量和技術(shù)要求

如組裝前轉(zhuǎn)子存在彎曲度（設(shè)為L），則該轉(zhuǎn)子的間隙控制標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)彎曲度情況進(jìn)行修正：軸彎曲最大點(diǎn)部位控制標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)上述控制標(biāo)準(zhǔn)增加L，兩端不變，其他部位增加值酌情減小。

鐵素體蜂窩汽封的可退讓高齒的材料要求采用鐵素體材料，經(jīng)現(xiàn)場測繪后，加工毛坯送達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行精加工，以保證其同心度和間隙要求。

蜂窩汽封經(jīng)現(xiàn)場測繪后，加工毛坯送達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行精加工，以保證其同心度和間隙要求。

動(dòng)葉葉頂和葉根梳齒式汽封重新鑲嵌后，應(yīng)現(xiàn)場整圈加工，以保證其同心度和間隙要求。

4.4工序和工藝要求

設(shè)備解體后應(yīng)采用全實(shí)缸壓鉛絲的方法測量修前間隙，如設(shè)備解體后發(fā)現(xiàn)汽缸存在張口，應(yīng)采用冷緊或熱緊的方法，在消除汽缸張口的情況下測量各處實(shí)際間隙。高中低壓缸均應(yīng)在隔板洼窩中心驗(yàn)收合格后，采用全實(shí)缸驗(yàn)收汽封間隙符合要求。

綜上分析看出，本體改造投資低，可降低煤耗較多，投資回收期不長，經(jīng)濟(jì)效益明顯。汽輪機(jī)改造目前已是成熟的技術(shù)，幾乎不存在技術(shù)上的風(fēng)險(xiǎn)，國內(nèi)不少同類型機(jī)組已經(jīng)改造成功，經(jīng)改造后，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。