600?MW超臨界機組汽輪機通流部分改造及改造后效果分析

鄭子龍

摘 要：隨著人們對電力需求度的不斷增加，一些新型發電技術也由此應運而生，火力發電當屬其中一種?；鹆Πl電需消耗大量的能源，因此降低發電成本、提高生產效率是火電廠當前所關注的焦點話題?；诖耍撐闹饕獜碾姀S通流改造后汽輪機結構層面進行分析，并對改造前后的汽輪機工作效率等進行比對分析，為相關人員提供一定的借鑒。

關鍵詞：600 MW超臨界機組 汽輪機通流 改造

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0078-02

隨著城市用電需求的不斷加大，單單依靠傳統的發電方式很難滿足人們多樣化的用電需求，開發新能源，提高發電效率已然成為發電廠所關注的重點內容。當前，一些新型發電方式比如風力發電、火力發電等在各大城市得到了應用，極大地滿足了市民們用電方面的需求。由于火力發電需消耗大量的能源，如何降低發電成本、提高生產效率，是火力發電廠得以持久、有序發展的重要保障。該文通過對某電廠600 MW超臨界燃煤發電機組投運后的熱經濟性進行分析得知設備在運行過程中能耗較高，其中汽輪機通流部位是最為顯著的影響因素，所以，對汽輪機進行優化改造后，大大提高了機組的運行效率，在節能的基礎上提高了生產效率，為相關企業在生產中提供了一定的借鑒。

1 汽輪機系統概況

某電廠配備有2臺600 MW的超臨界機組汽輪機，汽輪機型號為N600-24.2/566/566，機組銘牌功率為600 MW。該電廠的鍋爐主要是由上海鍋爐廠有限公司生產的，鍋爐具有平衡通風、固態排渣、露天布置等特征。發電機室引進西門子技術制造的QFSN-600-2型發電機，由上海汽輪發電機有限公司生產。近年來，隨著汽輪機技術的不斷發展，該電廠原有的技術很難滿足設備的實際需求，使得機組的實際運行效率低下。一期2臺機組投產后額定負荷THA工況修正后熱耗率平均值為7 816.8 kJ/kWh，相比于原設計值來說，增高達到3.7%，額定負荷THA工況的高壓缸效率試驗平均值為85.3%，與設計值相比降低了2.4%。中壓缸效率設計值為92.5%，試驗中得出的中壓缸效率也為92.5%。低壓缸效率設計值為91.7%，而試驗中得出的低壓缸效率為86.3%，同比下降了5.4%。從以上數據可得出，汽輪機高、低壓缸通流效率對機組汽輪機的運行性能起到了至關重要的影響。

2 改造主要內容

2.1 總述

在2014年與2015年兩年期間，該電廠分別對一號機組A級與二號機組A級進行檢修期間使用了AIBT技術，并對一號、二號汽輪機的高中低壓缸通流部位進行了改造設計，將機組的額定功率提高到了660 MW。設定兩個熱耗率驗收工況：第一驗收工況為100%THA，第二驗收工況為75%THA。AIBT技術是基于STP技術逐漸發展起來的新型技術，相比于傳統的通流設計技術來說，AIBT技術具有如下幾方面優點：（1）該技術所涉及的面較廣，不僅包含通流的整體流道布置、葉片優化選型等方面的內容，而且還包含葉頂圍帶與葉根設計等層面的內容。系統靈活度較高。（2）程序功能多樣化。一方面能實現通流效率與強度的自動匹配，另一方面還能使差脹安全性與效率進行自動匹配，無需人為操作即可完成，省時方便，效率高。（3）AIBT通流技術在設計時遵循每一葉片級的反動度都是不盡相同的，葉片級的反動度主要根據葉片自身的尺寸以及特性等進行確定，確保各個全三維葉片處于最佳的氣動狀態。（4）整體圍帶葉片、全切削加固強度高，抗性強。在此次改造中，采取AIBT技術對汽輪機整體結構進行優化設計，但在優化設計中應遵循以下原則：一是汽輪機原有的外缸不能發生變化；二是汽輪機基礎要保持原樣；三是汽輪機內缸的實際裝配應與原來相同，而且定位方式保持不變；四是汽輪機軸承不需要改動；五是轉子的實際跨度大小不動；六是與發電機原有的聯結方式以及位置均不發生變化。改造的區域包含如下：一是汽輪機高中低壓缸通流部位的靜、動葉片需要進行優化設計；二是高中低壓轉子與附件應根據情況進行優化改造；三是高中壓內缸與相對應的組件；四是對輪螺栓的改造；五是低壓內缸與組件的變動。高壓通流級數調整為I+13級，中壓通流級數調整為9級，低壓通流級數調整為4×9級。

2.2 高中壓通流

在此次改造中主要采取的是AIBT技術，該技術的優點如下：一是直徑較小而且級數較多，不同級別部位均設置有一定的汽封裝置，這樣可避免設備在運行中發生漏氣等不良現象；二是具有一定的變反動度，一定的變反動度可確保葉片級處于最恰當的氣動樁體，增強高中壓缸的通流效率；三是采用彎扭馬刀型動、靜葉；四是T型葉根可避免葉根軸部發生漏氣現象；五是整體圍帶葉片，強度高而且抗性強；六是采用鑲片式迷宮汽封，降低漏氣損失。

2.3 高中壓轉子

高中壓轉子支撐于兩個徑向軸承上，兩個軸承之間的距離為6 140 mm，將葉片安裝在高中壓轉子上，重量可達36.5 t。高中壓轉子的高壓與中壓的蒸汽流向呈反流布置。高壓主要包含1級三叉三銷葉根的單列調節級與13級壓力級，這些壓力級均由T型葉根組成。中壓一共分為九級，其中前兩級采取的是雙T型葉根，其余七級采取的是T型葉根。在每一級的轉子外圓部位均安裝了一定形狀的齒槽，轉子兩端城墻齒與端部汽封配合，這樣可避免蒸汽外漏現象的發生。調節級動葉主要采取的是三叉三銷三聯體葉片結構，這種結構的強度較高，能夠抵御一定的外力沖擊，而且在運行時不致對其他部件造成不良影響，可確保設備得以安全、穩定運行。

2.4 高中壓內缸

與原有的高中壓內缸存在一定的不同，經過全面改造完成的高中壓內缸是一個全新的整體結構，在結構體系中包含了高中壓內缸、高壓持環、蒸汽室等，可有效解決原有蒸汽室存在的漏氣現象，而且安裝簡便，為施工人員減少了一定的工作量。高中壓內缸頂部與底部用定位銷導向，這樣可確保汽輪機軸線處于恰當的位置，內外缸的進氣口使用插管進行有效連接，這樣便于吸收內外缸差脹，提高內缸的氣密性。

2.5 低壓內缸

低壓內缸主要采取的是碳鋼焊接結構，低壓內缸的兩端半環部位由鑄件組成，其余部位均由鋼板組成。借助側板可將低壓內缸的內部分成不同的抽汽腔室，使用撐桿將左右腔室有效分離，提高結構整體的強度。采取有限元計算對機組進行三維模擬仿真分析后最終明確低壓內缸的設計結構：通過一塊有孔的覆板將其與隔板內側端部進行有效連接，使其成為一個封閉的四邊形腔室。通過中分面法蘭與螺栓的布設，提高汽缸的密封性。此外，低壓內缸兩端固定有排汽導流環，將其與外缸的錐形端壁相結合，使其形成一個排汽擴壓通道，便于氣體的輸入與輸出。

3 改造后效果

通過對改造后的高壓缸各項性能指標進行檢測后得知，除高壓缸效率與設計值存在一定出入外，其他各項指標均滿足相關要求。一號機組熱耗能降低了189.22 kJ/kWh，供電煤耗降低了7.2 g/kWh；二號機組整機熱能損失降低了215.5 kJ/kWh，供電煤耗降低了約8.26 g/kWh。

4 結語

綜上所述，通過對汽輪機通流部分進行優化改進設計后，汽輪機不管是在熱機能耗方面還是供電煤耗方面都較未改造之前的機組能耗顯著降低，而且機組的運行效率也得到了明顯提升。隨著汽輪機技術的不斷發展，對其進行優化改造設計已是大勢所趨，以確保機組得以安全、穩定運行，為發電廠創造更高的經濟價值。

參考文獻

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