100MW機組低壓缸高背壓供熱改造

王新　王學博

摘要：本文主要介紹N1008.38/535型高溫、高壓、雙缸、沖動、凝汽式汽輪機，在保持現有鍋爐參數及現有高壓通流部分不變的前提下，通過對100MW汽輪機高背壓循環水供熱改造，將原來從冷卻塔排入自然界的熱量回收利用，在冬季供熱工況中增加供熱面積，同時保證低壓缸高效率運行，機組安裝投運后，該機組各項指標達到設計標準，運行情況及各項技術指標穩定，運行期間的煤耗顯著降低，達到了提高汽輪機組經濟效益的目的，同時對同類型機組的低壓缸高背壓供熱改造提供借鑒的意義。

關鍵詞：低壓缸；通流改造；高背壓；循環水供熱

1 低壓缸高背壓供熱改造要求及影響分析

1.1 原機組的基本結構

原機組為兩個汽缸的分缸式結構，包括一個高壓缸和一個雙排汽的低壓缸。整機共25級，其中低壓缸為對置分流的雙排汽低壓缸，低壓轉子為套裝轉子有2×5壓力級，低壓末級采用4叉葉根的665mm葉片，額定背壓為4.9KPa。

1.2 低壓缸高背壓循環水供熱改造要求

機組改造要求在保持現有鍋爐參數及現有高壓通流部分不變的前提下，通過對低壓缸通流改造，實現高背壓循環水供熱的目的。改造后，凝汽器高背壓工況下熱網循環水回水溫度為50℃，額定背壓43.6KPa，凝汽器的出水溫度為72～75℃，低壓缸殼體不變，低壓缸的原支撐方式不變，汽輪機各軸承座不變。

1.3 低壓缸高背壓循環水供熱改造對機組的影響

低壓缸高背壓循環水供熱改造后，對機組運行主要有以下影響：

1）背壓升高對端部汽封封汽效果影響；

2）汽輪機高背壓供熱工況，低壓末級處于過熱與飽和交變區，應保證排汽溫度不超溫；

3）在循環水回水溫度低時末級葉片的強度。

2 低壓缸高背壓供熱改造方案

采用雙背壓雙轉子互換方案，可以保證機組在采暖期和非采暖期運行都具有良好的經濟性，即：采暖供熱期間使用動靜葉片相對減少的新高背壓轉子及相應的隔板，通過新設計的轉子和隔板，達到要求額定背壓43.6KPa；非采暖期使用原低背壓轉子及相應的隔板。低壓缸供熱改造采用上述方案，新低壓轉子對輪和原機組的高中壓轉子、發電機轉子連接使用液壓螺栓，這樣解決了轉子對輪連接的問題。

3 低壓缸高背壓供熱雙轉子互換的特點

3.1 采用雙背壓雙轉子互換結構

為了增大機組供熱能力，提高機組供熱運行經濟性，對低壓缸實施雙轉子互換低真空高背壓供熱改造。

新設計的低壓轉子級數由原來純凝低壓轉子的2×5級減少至2×3級，調整了葉片幾何尺寸，滿足機組額定背壓43.6kPa、最大背壓48KPa的運行要求。

主要改造的內容：低壓整鍛轉子；全部2×3級隔板包括隔板汽封、圍帶汽封；2×3級動葉片； 進汽分流環1套，排汽導流環2套；前、后軸端汽封體及汽封圈；導流環噴水裝置。

3.2 低壓通流改造采用的技術措施

1）對低壓通流部分進行全面優化設計。①將現在高背壓供熱工況下的新的13級放在原來純凝工況的24級的位置；②在第一級隔板外環前伸出一部分，保護原第一級的槽檔，減少供熱運行時產生的氧化腐蝕；③在原末級位置加裝了導流環，對低壓排汽有很好的導流作用。

2）全部靜葉采用后加載彎扭聯合成形靜葉柵。正反1～3級隔板采用焊接結構。正反所有級動葉采用性能優良、型損較低的新葉型，且動葉采用內斜外平自帶冠、多齒結構汽封。

3）前后軸端汽封采用密封性能良好的蜂窩汽封。

4）該機組改造后背壓變化大，接近空冷機組運行環境，因此末級動葉采用的軸向寬度大，葉片抗彎性能好的葉型，并增加了防腐蝕的電火花強化措施。葉根采用4叉葉根，它與T型或雙倒T型葉根相比，剛性大，防腐蝕性能好。并按照了空冷末級動葉的強度考核標準考核，保證機組安全運行。

3.3 低壓缸高背壓供熱改造的主要結構

1）新設計的低壓轉子。新設計的低壓轉子整鍛轉子，采用材料為30Cr2Ni4MoV，左右對稱分布2×3級葉輪。30Cr2Ni4MoV鋼目前廣泛應用于大功率汽輪機的低壓轉子，σ0.220=760Mpa，轉子的強度和軸系振動特性完全要求。

2）低壓隔板。正反共6級隔板全部采用焊接結構，隔板材料為ZG230450，靜葉片材料為1Cr13。葉根子午面擴張技術，改善了隔板子午面的氣動性能，同時末級隔板設計了去濕裝置提高了機組的可靠性。

3）動葉片。新設計的轉子動葉軸向寬度大，葉片和葉根剛性好，低壓第1、2級為外包倒T型葉根，低壓第3級為四叉型葉根，末級葉片長度：258mm。動葉片材料為2Cr13。

4）導流環噴水系統。導流環的低負荷噴水系統的設置是為了機組在啟動或低負荷時，由于蒸汽流量較小，再加上末級葉片在運行中摩擦鼓風的影響使低壓缸排汽溫度升高，為了機組的安全運行所設計的保護系統。當低壓缸排汽部分的溫度達到82℃時，DCS經判斷后指示電磁閥打開，經過濾水器的除鹽水，由裝設在排汽缸上的霧化噴嘴進行噴水冷卻。汽輪機在電廠安裝且噴水系統外部管路接好后，做噴水試驗檢查噴嘴霧化情況并避免水直接噴到末級動葉片上。

4 小結

通過對低壓缸通流進行重新設計，可以使雙背壓雙轉子互換方案中的新轉子更適應高背壓供熱的運行，將原來從冷卻塔排入自然界的熱量回收利用，在冬季供熱工況中增加供熱面積，同時保證低壓缸高效率運行，機組已經投入運行，改造后的機組安全可靠性和經濟性有了大幅提高，各項運行參數及指標均達到優良同時對同類型機組的低壓缸高背壓供熱改造提供借鑒的意義。

參考文獻：

[1]崔冰.100MW機組低真空供熱可行性分析.資源節約與環保，2015（1）.

[2]哈汽材料研究所.汽輪機金屬材料實用手冊，1996.10.