600MW超臨界汽輪機組的增容提效改造

郝慶豐，華陸平，丁國慶，戴 峰，項 林

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232000)

600MW超臨界汽輪機組的增容提效改造

郝慶豐，華陸平，丁國慶，戴 峰，項 林

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232000)

闡述了某電廠1號汽輪機增容提效改造的背景及必要性，介紹了汽輪機通流部分的改造目標、基本原則及改造方案，主要對高中壓合缸模塊、低壓缸模塊及機組安全可靠性方面進行了優(yōu)化改造。改造完成后，降低了機組熱耗率、供電煤耗，提高了機組的電功率和經(jīng)濟性，可為同類型機組的增容提效改造提供參考。

汽輪機；增容提效；通流改造；優(yōu)化

1 汽輪機增容提效改造的背景

某電廠1號汽輪機為國產(chǎn)超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、反動凝汽式汽輪機，型號為N600—24.2/566/566。該機型受上個世紀90年代國內汽輪機的設計制造水平和制造工藝的限制，在經(jīng)濟性能方面存在較多問題。

2007-07-26，該電廠1號汽輪機組投入商業(yè)運行，并在2009年進行了1次A級檢修。在A級檢修中，將汽輪機高中壓缸平衡活塞的汽封更換為蜂窩汽封，調整汽輪機各級汽封徑向間隙至設計下限值。此次A級檢修對汽輪機的節(jié)能降耗起到了一定的作用，機組經(jīng)濟性也有了一定改善，但與當前600MW超臨界汽輪機的先進設計和運行水平仍有一定差距。

2 汽輪機增容提效改造的必要性

2.1 汽輪機的經(jīng)濟性不高

改造前，1號汽輪機組熱力性能的試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，修正后的滿負荷熱耗率與當前優(yōu)秀水平的 7600kJ/kWh 相差 176kJ/kWh；60%負荷和80%負荷的供電煤耗均超過了305g/kWh(機組大部分時間都是運行在 60%—80% 負荷)，未達到國家“十三五”能源規(guī)劃要求，即：關于現(xiàn)役60萬kW及以上機組力爭5年內供電煤耗降至300g/kWh。

表1 1號汽輪機組增容提效改造前的性能試驗數(shù)據(jù)

2.2 汽輪機的安全可靠性不佳

1號汽輪機組在安全可靠性方面也存在一些問題，包括以下幾點：

(1)低壓外缸剛度不足，運行時易發(fā)生位移，導致兩端軸封磨汽封間隙增大，影響凝汽器真空嚴密性；

(2)各級抽汽普遍超溫，尤其是3級抽汽溫度在運行中達到508℃，超過設計值52℃，接近3號高加設計溫度的上限值510℃；

(3)由于高壓調節(jié)汽閥閥座與閥體安裝緊力不足，運行中多只高壓調節(jié)汽閥閥座從閥體上浮起；

(4)高壓調節(jié)汽閥閥桿與油動機桿采用螺紋連接，頻繁發(fā)生閥桿脫落等故障。

鑒于1號汽輪機組在經(jīng)濟性和可靠性方面存在很多問題，而這些問題大部分都是由設備結構缺陷造成的，難以通過正常檢修來解決，必須進行綜合性的升級改造。

因此，該電廠決定對1號汽輪機組進行增容提效改造。

3 改造方案

3.1 確定改造目標

(1)使機組修正后的滿負荷熱耗率降至7600kJ/kWh 以下、供電煤耗在 60% 負荷以上時均低于300g/kWh，將機組的銘牌出力提升至660MW，且保證低負荷運行時的經(jīng)濟性。

(2)消除目前機組存在的影響運行的缺陷，提高機組運行的安全穩(wěn)定性。

3.2 確定改造應遵循的基本原則

通過可行性研究后，決定選擇原設備制造廠來對1號汽輪機進行改造。同時，針對該機組的實際情況，確定了改造方案應遵循以下幾個基本原則。

(1)在確保改造效果的前提下，盡可能利用原有設備，減少改造工作量。

(2)保持現(xiàn)有熱力系統(tǒng)不變，即保持現(xiàn)有的熱力參數(shù)基本不變，從而保證汽輪機的相關主要輔機系統(tǒng)不變。

(3)保持各管道接口位置、汽輪機與發(fā)電機連接方式和位置、現(xiàn)有的汽輪機基礎等不變。

(4)保持高中壓外缸、低壓外缸不變。

(5)汽輪機各軸承座、高中壓進汽閥門以及進汽管道不變。

3.3 高中壓合缸模塊改造方案

(1)對高中壓各級進行設計優(yōu)化：優(yōu)化高壓動、靜葉片設計；增加通流級數(shù)(高壓級數(shù)：1+13級，中壓級數(shù)：9級)；采用T形葉根；轉子隨動葉改造，持環(huán)隨靜葉改造。

(2)隔板及徑向汽封采用鑲片式迷宮汽封，端部汽封采用蜂窩式汽封，平衡活塞汽封均采用側齒汽封。

(3)將原機組高中壓靜葉持環(huán)、高中壓獨立內缸和高壓蒸汽室等高溫部件整合，設計形成一種新型的高中壓整體內缸。相比于原機組內缸及其繁多的部件，新型高中壓整體內缸部件構成簡單，有效解決了原內缸部件多、結合面復雜、長期運行存在配合漏汽等問題，同時減小了現(xiàn)場安裝檢修工作量，有效縮短了機組現(xiàn)場的安裝檢修周期。

(4)優(yōu)化噴嘴組結構及調節(jié)級型線。噴嘴靜葉進汽部分采用子午面型線，確保蒸汽進入葉柵更加順暢，減小了壓力損失。改造前，高壓噴嘴組為螺栓連接結構；改造后，噴嘴安裝方式為滑入式，不需要螺栓連接，不僅減少了漏汽，還加強了噴嘴組強度。調節(jié)級葉片葉頂汽封齒由3道齒增加至5道齒，增加了密封效果，減少了漏汽。

3.4 低壓缸模塊改造方案

(1)上海汽輪機有限公司超臨界600MW汽輪機末級葉片主要采用1050mm及 915mm長葉片系列，對于負荷率較高、運行在90%以上負荷小時數(shù)較多的電廠，建議末級葉片采用1050mm長葉片系列；對于負荷率偏低、運行在90%以下負荷小時數(shù)較多的電廠，建議末級葉片采915mm長葉片系列。結合該電廠實際情況，因改造后機組很少出現(xiàn)運行在90%以上負荷狀態(tài)，915mm葉片的經(jīng)濟性更好，最終末級葉片選擇915mm長葉片。

(2)合理增加通流級數(shù)，以提高低壓缸整體通流效率，由原來的2×7級改為2×9級。

(3)低壓內缸采用全新設計的低壓斜撐內缸結構。首先，斜撐內缸采用一種新型平行四邊形的抽汽腔室結構和新的螺栓法蘭布置方法，組成1個滿足抽汽要求的封閉平行四邊形腔室。利用中分面少量的法蘭螺栓布置，借助汽缸的熱脹，以達到運行時的自密封效果，從而解決了傳統(tǒng)單靠螺栓密封技術所存在的問題，這是一種先進的利用特殊結構達到自密封的技術。其次，新型低壓內缸的徑向隔板為斜向布置，斜向布置的隔板在軸向方向上的投影增長，能使軸向的溫度梯度分布更均勻。所以，相比于原內缸結構，新型內缸結構更為簡單，溫度場分布更均勻，提高了中分面密封性，有效解決了低壓抽汽溫度偏高的痼疾，改善了汽缸蒸汽內漏的問題，提高了低壓缸效率。

(4)原機組低壓進汽部分由一斜段和一長直段組成，優(yōu)化后采用3段漸縮結構，可明顯減小蒸汽紊流度，使速度分布更加均勻，明顯改進氣動性能。無葉通流區(qū)域的流道設計更加合理，減少了蒸汽流動損失，提高了機組效率。

(5)對排汽導流環(huán)的排汽型線進行全新優(yōu)化設計，可大大降低低壓缸的排汽損失，提高效率。

3.5 涉及機組安全可靠性方面的優(yōu)化改造

(1)針對低壓外缸剛度不足，凝汽器抽真空后下沉量較大的問題，制造廠采取電廠的建議，通過增加低壓外缸內、外部支撐筋數(shù)量來對外缸進行加固，提高了機組運行穩(wěn)定性。

(2)針對本機型頻繁出現(xiàn)高壓調門閥桿脫落的問題，將高壓調門閥桿與油動機連接方式改為與上汽西門子機型相同的聯(lián)軸器連接方式。

(3)原機組聯(lián)軸器螺栓設計為間隙配合，且聯(lián)軸器螺栓設計的緊固力矩偏小，機組運行一段時間后就會出現(xiàn)對輪同心度超標問題；通過改造，將各聯(lián)軸器螺栓改為液壓緊配螺栓。

4 增容提效改造效果

4.1 改造后的機組性能

改造后的1號汽輪機組性能試驗數(shù)據(jù)如表2所示，機組滿負荷修正后的熱耗率為7584kJ/kWh，比設計值 7620kJ/kWh 低 36kJ/kWh，比改造前低192kJ/kWh；滿負荷的供電煤耗比改造前低7.3g/kWh。

在額定出力(TRL)工況下，經(jīng)過修正后的電功率為678.470MW；最大連續(xù)出力(TMCR)工況下，經(jīng)過修正后的電功率為704.824MW，因此1號汽輪機能達到設計額定出力660MW。

表2 1號汽輪機組增容提效改造后性能試驗數(shù)據(jù)

4.2 提高汽輪機的安全可靠性

通過改造，消除了目前機組存在的低壓缸剛度不足、各級抽汽普遍超溫、高壓調節(jié)汽閥閥座運行時從閥體上浮起以及高壓調節(jié)汽閥頻繁發(fā)生閥桿脫落等問題，提高了機組運行的可靠性。

4.3 提高汽輪機的經(jīng)濟性

從表2可以看出，汽輪機在60%負荷和80%負荷的供電煤耗率均低于300g/kWh，熱耗值、汽缸效率也處于較理想水平，汽輪機能滿足大部分時間運行時的經(jīng)濟性。

4.4 不足之處

1號汽輪機的通流改造設計存在如下不足：因新型高中壓內缸取消了噴嘴室處2道汽封，造成高中壓缸過橋汽封漏氣增加。性能試驗數(shù)據(jù)顯示：在滿負荷工況下，合缸處軸封漏氣至中壓缸平均流量31.122t/h，占再熱蒸汽流量的1.98%，是設計值 0.31% 的 6.4 倍 (設計漏汽量為 4.8863t/h，再熱蒸汽流量為1570.3t/h)，影響熱耗升高約27kJ/kWh。將此問題反饋給制造廠后，制造廠同意在該電廠2號機通流改造中增加2道汽封。另外，高壓缸效率較改造前有所提高，但未達到設計值，制造廠分析原因主要是調節(jié)級焓降及效率影響。

5 結束語

綜上所述，該電廠1號汽輪機增容提效改造在經(jīng)濟性和可靠性方面達到了預期目標，改造方案是行之有效的，對同類型的機組增容改造提供一定的參考作用。

1牛衛(wèi)東．汽輪機原理[M]．北京：中國電力出版社，2008.

2劉振杰，劉鑫，高登攀．國產(chǎn)引進型300MW汽輪機高壓缸存在問題的研究[J]．電力安全技術，2012，14(8)：14-16.

2016-12-31;

2017-04-11。

郝慶豐(1980—)，男，工程師，主要從事汽輪機安裝檢修工作，email：9791563@qq.com。

華陸平(1971—)，男，高級工程師，主要從事汽輪機安裝檢修工作。

丁國慶(1964—)，男，高級工程師，主要從事汽輪機安裝檢修工作。

戴峰(1973—)，男，工程師，主要從事汽輪機安裝檢修工作。

項林(1976—)，男，工程師，主要從事火電廠節(jié)能管理工作。