基于300MW火電機組通流與供熱改造節能分析

劉學靜

【摘 要】筆者在下文中主要針對某300MW火電機組通流與供熱改造案例，對其機組存在的問題、改造規劃設想、設計優化、改造施工等內容進行了詳盡的論述，以期為廣大從業者提供有價值的參考借鑒。

【關鍵詞】火電機組；機組改造；節能改造

近年來，300MW等級火電機組的裝機容量逐步提升，并且火電機組仍舊朝著大容量、高參數的方向發展，然而許多火電廠內的300MW等級火電機組都出現了熱耗率較高的情況，直接提高了我國火電生產耗能水準。對此，我國《煤電節能減排升級與改造行動計劃》（2014-2020）中明確了火電廠300MW等級火電機組的改造目標，這既是一個挑戰，也是一個降低火電機組耗能的重要機遇。在這樣的背景下，我們需要加強對300MW火電機組通流與供熱改造分析，以為該項工作提供可靠的理論探究。

一、機組現狀

某300MW火電機組正式投產于2006年11月下旬，截止2011年年底檢修、備用停機累計8620h，該機組存在缺陷如下：①高壓、中壓轉子變形；②通流部分各個部間的間距過大，機組的耗能水平較高。高壓、中壓轉子變形、彎曲，幅度超過0.120mm，在B級檢修的過程中，為保證機組運作穩定性、安全性，調整汽封間距，從而導致機組的運作效率無法達到初期設置需求；③機組在運作過程中，軸系的震動幅度偏大，在運作過程中時常出現震動超標現象，具體數值為1.120-0.155mm，集中表現在機組啟動、停止、負載波動過程中；④高壓、中壓缸前后的漏氣量較大；⑤高壓、中壓、低壓缸體變形，大多集中在缸體噴嘴部分，最大變形達1.5mm；⑥機組葉片受嚴重腐蝕，并且在檢查過程中發現出口區存在氣蝕的情況；⑦機組在運作的過程中，調節級后部溫度超過設計值，同時調節級噴嘴的通流較大，存在極為嚴重的節流損失；⑧機組設計中葉片選用斜圍帶，在運作過程中，機組部件受熱膨脹之后，失去本身的密封效果，造成嚴重泄漏[1]。

二、改造方案

（一）性能要求

高壓缸效率86%（THA）、中壓缸效率92%（THA）、低壓缸效率89%（THA）、發電機功率/MW（THA 317、TRL 317、VWO 338、T-MCR 333、75%額定功率237、50%額定功率158、停高壓加熱器工況317）、主汽壓力/MPa（THA 16.5、TRL 16.5、VWO 16.5、T-MCR 16.5、75%額定功率14、50%額定功率9.3、停高壓加熱器工況16.7）、主汽溫度（THA 535、TRL 535、VWO 535、T-MCR 535、75%額定功率535、50%額定功率535、停高壓加熱器工況535）、主汽流量（THA 945、TRL 1005、VWO 1025、T-MCR 1005、75%額定功率685、50%額定功率463、停高壓加熱器工況823）、真空背壓/kPa（THA 5.2、TRL 11.9、VWO 5.2、T-MCR 5.2、75%額定功率5.2、50%額定功率5.2、停高壓加熱器工況5.2）[2]。其中，TRL為機組銘牌工況、VWO為機組調門全開工況、T-MCR為最大連續工況[3]。

（二）結構設計要求

①高壓級數調整為9個壓力級和一個調速級，達到優化反動度以及速比的作用，同時保留高壓外缸、中壓外缸，但是為了滿足通流級數需求，需要更換高壓缸；②汽輪機葉片改造需要采用高強度、高效率加載層葉型，同時葉片必須能夠承擔高負荷、高扭曲力；③選用裝配式噴嘴設計方法，導葉也為裝配式設計；④調節級采用三聯頁面來提高反動度、效率；⑤末級葉片改用909葉片，并且在葉片上設置有去濕槽，從而提高機組的抗氣蝕、腐蝕能力；⑥為消除高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子的在運作過程中的殘余應力，所有轉子必須經過試驗；⑦汽輪機各個級間的汽封材料必須符合抗形變的需求，汽封材料必須具備一定的退讓性，在機組運作的過程中，若是汽封和轉子之間出現摩擦，避免對轉子造成損害。機組隔板汽封采用鐵素體蜂窩；高壓、中壓后軸端部汽封采用接觸式汽封；低壓前端以及低壓后端采用接觸式蜂窩汽封；⑧無論是在何種條件下，機組各個軸承的回油溫度都必須控制在65攝氏度以內，運行過程中，軸承金屬的溫度需要控制在90攝氏度以內[4]。

三、方案實施

（一）設計優化

因為機組的噴嘴加大了一定程度，導致高壓內缸的直徑也增加了90mm，從而致使噴嘴4顆螺栓和外缸接觸。經過優化設計核算之后，在保證強度需求的基礎上，適當的車削螺母，同時適當打磨外缸的缸體，避免螺母和缸體接觸，保證了安全性[5]。因為原機組外缸存在一定的變形問題，所以導致中壓隔板套安裝螺栓以及內缸的溫度測點無法和外缸實現有效連接，從而導致安裝困難，現場根據實際情況對其尺寸進行了有效調整。因為現場不具備對軸向尺寸進行測繪的條件，所以將原機型圖紙作為基礎，把所有汽封體制造留出了5mm余量，現場轉子定位后經過二次加工，順利安裝。

（二）改造施工

在施工安裝的過程中，考慮到低壓轉子返廠更改的時間相對比較長，隔板必然會提前到場，所以在揭缸的過程中，充分測量的半實缸、全實缸，綜合考慮到了發電機空氣間隙、轉子揚度、轉子中心等等因素，在低壓轉子到場之前對轉子的中心進行了合理的調整，為隔板的安裝創造了良好條件。低壓轉子在返廠的過程中，針對汽缸進行研磨，通過研磨來消除汽缸分面間隙過大的問題，并完成汽封體、低壓隔板的有效配置，同時讓中壓隔板套、高壓隔板套就位。

（三）改造效果

①機組在改造之后，機組運作熱效率得到明顯提升，在75%、60%額定功率下的供電煤耗下降了13.5g/（kW·h），并根據額定功率年利用6000小時計算，機組改造后供電煤耗大致可節約2.5萬噸；②改造之后成功實現了無煤增容，在75%額定功率的情況下，機組的無煤增容可達5.39%，根據年利用6000小時計算，改造之后的機組在75%額定功率運作條件下，全年大致能夠節省2.3萬噸煤；③改造之后，機組的額定出力約為315MW，根據機組年滿負荷運作5000小時計算，每年該機組約可多發電8000萬kW·h

結束語：

綜上所述，本文所舉的案例，該機組改造從多個方面均取得了成功。機組在改造之后消除了原本存在的問題，各項運行指標達到初期要求；機組改造之后運作效率得到明顯提升；機組改造之后在75%額定功率運作條件下，機組無煤增容、供電煤耗均有所改善，額定出力得到有效提高。值得注意的是在改造過程中出現的不同構件碰撞的問題，廣大從業者在改造規劃設計階段就要考慮到不同部件之間的配合，留出一定的余量，以為后期改造施工奠定基礎。

參考文獻：

[1]黃士家.300MW火電機組通流及供熱改造節能研究[J].設備管理與維修，2018.

[2]譚銳，徐星，邵峰，et al.300MW等級亞臨界汽輪機通流改造綜述[J].汽輪機技術，2017（4）.

[3]韓濤，徐亞濤，張磊，et al.330MW亞臨界機組通流改造及供熱抽汽系統優化研究[J].電站系統工程，2017（05）：40-43+46.

[4]王力，陳永輝，李波，et al.300MW供熱機組高背壓供熱改造方案分析[J].節能技術，2018（05）：58-61.

[5]王巍.火電機組停機備用期間節能降耗措施[J].華電技術，2017（03）：72-73+84.

（作者單位：國電電力酒泉發電有限公司）