基于數字化技術的電廠通流改造技術研究報告

摘要：對電廠汽輪機進行通流改造能夠提升燃料的利用效率、提高電廠電力生產的效益，電廠采用節能降耗技術改造對于促進我國建設資源節約型社會、減少對環境的污染具有重要意義。本文首先引入了對電廠汽輪機進行通流改造的必要性的分析，根據目前汽輪機改造的現狀介紹了基于數字化技術的汽輪機通流改造的工作內容，最后給出了汽輪機通流改造后機組的試驗效果。

關鍵詞：電廠;汽輪機;通流改造;數字化技術

引言：作為電力生產的重要部門，電力工業也是耗能大戶，而隨著我國電力工業的飛速擴張和發展，發電機組巨大的能耗不利于電廠提升電力生產效率。為了能最大限度地提高電廠發電機組的燃料利用效率，提高電廠的經濟效益，本文就如何對電廠汽輪機進行基于數字化技術的通流改造的問題進行了研究。

1、電廠汽輪機通流改造的重要意義

1.1提升能源的利用效率

燃煤或燃氣發電廠在運行過程中，對燃料的損耗是巨大的，這與目前我國倡導的節能減排、低碳經濟理念形成了尖銳的矛盾。同時，在當今能源短缺的情況下，巨大的損耗使得能源形勢日益嚴峻。隨著環境污染問題愈加嚴重，提高燃料利用效率已經成為我國當下刻不容緩的任務。發電廠的節能降耗技術改造有利于提升能源利用效率，對于我國建設資源節約型社會具有重要的促進作用[1]。

通過對已投入運行的汽輪機組進行通流改造，可在不改變原有鍋爐和發電機設備的基礎上，降低機組能耗、提高機組的效率、提升發電廠裝機容量。因此，汽輪機通流改造對發電機組增效降耗的預期效果顯著，對于提高電廠能源利用效率具有重要意義。

1.2提高電廠電力生產的效益

目前，電價受計劃經濟調控，而煤價卻是由市場經濟決定的，因此對于燃煤電廠來說，火力發電的利潤受到了嚴重的壓縮。此外，在現有火電廠能源利用率低而導致的電力輸出不足的現狀下，裝機容量小的火電廠的電力生產效益受到了更大的影響，正面臨著更大的生存壓力。

而對汽輪機進行通流改造能夠在已有熱力系統的基礎上，通過引入先進的設計和制造技術，提高發電機組出力的經濟性和穩定性，對于節省燃料投入費用、提高電廠電力生產效益具有重要意義。

2、基于數字化技術的汽機通流改造工作

2.1汽機通流改造的原則

汽輪機通流改造原則的主要目的是，在不改變現役機組熱力系統配置和標準蒸汽參數的前提下，降低機組的熱耗、提高機組輸出功率和運行時的穩定性與靈活性。

通流改造技術應有較高的安全可靠性，須利用成熟的計算機輔助設計和制造技術開展有關汽輪機改造的設計和制造工作，消除原有汽輪機組的薄弱部件，提高機組的安全性和可靠性。

對汽輪機組進行改造時，應保持其高中壓缸和高壓隔板支撐方案以及高中低壓轉子不變。經過改造后機組能夠滿足深度調峰的需求，當機組在變負荷運行時能夠達到電廠對機組經濟性指標。

保持汽輪機下班缸不變，機組經過改造后基礎符合不受影響。在機組的改造過程中，汽輪機零部件的設計、制造和檢驗應滿足國標及行標的要求。機組改造之后，汽輪機運行時的設備應力控制值能夠適應機組運行參數的變化[2]。

2.2汽機通流改造的內容

基于計算機輔助技術的汽輪機虛擬樣機設計技術。利用計算機輔助設計工具設計出的汽輪機的虛擬樣機能夠以數字化的形式描述汽輪機整機產品或具有獨立功能的子系統，這種數字化的形式不僅能夠反映整機或系統的幾何屬性，更能直觀展示其功能。汽輪機虛擬樣機設計技術被應用于汽輪機產品的設計階段，能夠適應整機或系統的整個生命周期，包括但不限于產品工程設計、制造裝配和檢驗等環節。利用該技術能夠在汽輪機設計改造的初期階段對其整機或子系統進行干涉檢查、運動仿真分析、性能和加工制造模擬等方面。虛擬樣機技術是基于計算機輔助技術，以機械運動學和動力學為核心，在三維圖形技術的基礎上融合了虛擬現實技術和運動仿真技術，用于將分布式的子系統設計和分析流程集成在一起，使汽輪機改造過程中的相關人員在設計階段就能直觀地對數字化產品樣機進行優化設計、測試其性能指標、展示運行和制造仿真[3]。作為全新的數字化設計方法，虛擬樣機技術能夠顯著提高汽輪機通流改造工作的準確度和效率。

汽輪機葉片數字化檢驗技術。在汽輪機通流改造工作中，需要對汽輪機葉片進行數字化檢驗。在實施汽輪機葉片數字化檢驗技術之前，首先要研究確定合理的數字化測量方案。由于汽機葉片結構復雜，制定一個能夠涵蓋動靜葉片各項結構檢測且準確反映汽道型面誤差和葉片裝配尺寸的數字化檢測方案就成為了汽輪機改造單位必須重視的工作。目前應用較廣的測量方法有三坐標測量法，能夠滿足對汽輪機葉片結構的測量需求。為了能準確且方便地對葉片各結構部位進行自動測量，需要應用專用的數字化檢驗設備。根據動靜葉片的結構和尺寸的測量要求，在專業軟件的輔助下能夠按照規程進行自動測量，最終將被測成品的關鍵參數與設計參數進行對比并輸出檢驗結果[4]。

3、汽輪機通流改造后機組的試驗效果

3.1汽輪機中高壓缸效率得到提升

以國產引進型300MW的汽輪機改造工作為例，無論汽輪機處于何種工況下，通流改造后汽輪機的中高壓缸效率均有所提升，其中中壓缸效率提升尤為明顯[5]。在SX工況下，中壓缸效率提升幅度高達15.31%，在6VWO工況下，中壓缸效率提升幅度也可達14.44%.

3.2汽輪機組各項性能和經濟指標得到改良

汽輪機各試驗工況下監視段內的參數均無異常，其參數值均符合機組安全運行的許可。高出力運行和72h運行的工況下，汽輪機各軸溫度、振動頻率和軸向位移等參數均與300MW滿負荷工況相差無幾，符合機組安全運行指標，可長期連續穩定運行。各加熱器水位和運行狀態正常，回熱系統能夠在機組滿負荷下連續安全運行。通流改造后的汽輪機組在高出力工況下，與改造前機組相比，其各項性能和經濟指標均占有優勢[6]。

結語：汽輪機組通流改造的工作內容包括利用計算機輔助技術進行汽輪機虛擬樣機的設計，利用汽輪機葉片數字化檢驗技術完成對葉片結構參數的自動化測量。汽輪機經過通流改造后，機組中高壓缸的效率均能得到提升，各項性能和經濟指標與改造前的汽輪機組相比均有所改良。對電廠汽輪機進行通流改造能夠在不影響機組長期穩定運行的前提下，降低汽輪機組的熱耗、提高能源利用效率，這對于降低電廠的電力生產成本、提高電廠的經濟效益具有促進作用。

參考文獻：

[1]陳建華. 國產引進型300MW汽輪機通流改造的分析研究[D].華南理工大學，2012.

[2]洪昌少，段小云.國產引進型300MW汽輪機的通流改造[J].華電技術，2011，33（05）：47-50+66+79.

[3]李朝陽，歐陽亮.汽輪機3D虛擬樣機平臺設計與研究[J].系統仿真學報，2014，26（10）：2374-2380.

[4]潘毅，章泳健，趙軍燧.汽輪機葉片數字化檢驗技術的研究與實踐[J].汽輪機技術，2011，53（03）：233-235.

[5]孫立武，高峰，韓占東.引進型300MW汽輪機通流改造及經濟性分析[J].吉林電力，2011，39（06）：51-52.

[6]賴曉華.燃氣-蒸汽聯合循環機組建設節能高效數字化電廠[J].燃氣輪機技術，2017，30（04）：66-72.

作者簡介：

周文新（1984.11--），性別男，民族漢族，職稱工程師，籍貫：福建省龍巖市，本科學歷，熱能與動力工程專業。

（國家能源集團福建泉州熱電有限公司， 福建 泉州 362801）