汽輪發電機組提效增容改造與性能評估研究

趙棟

摘要：隨著環保理念的發展，社會對于綠色能源需求的提高。電力企業為踐行節能減排理念，需對自身產業和技術的發展進行分析。汽輪發電機組是電力企業應用最廣泛的生產設備，在使用中存在能耗高、經濟性不佳等情況，因此對其改造尤為關鍵。本文針對汽輪發電機組提效增容改造進行分析，確定改造原則和具體性能評估方法。

關鍵詞：汽輪發電機組;提效;增容改造;性能評估

汽輪發電機組是復雜的熱力學機械設備，運用范圍比較廣泛，主要是利用高溫、高壓水蒸氣沖轉葉輪帶動發電機發電。汽輪發電機組在實際運用中普遍存在能耗較高，效率低下的情況，這就需要對設備進行分析，了解其工作原理，提出合理的提效、增容需求，對其改造方案和性能評估進行分析。

一、汽輪發電機組提效增容改造原則

為了保證汽輪發電機組提效、增容改造的順利運行，應對機組在各工況下的長期運行進行深入分析，并提出必要的改造和改進措施。汽輪發電機組的提效、增容改造應遵循以下造原則：

1. 利用主輔機現有的設計裕度，深度挖掘設備潛力，實現能耗降低;

2. 在保證安全、可靠的前提下，適當增加鍋爐蒸發量;

3. 改造汽輪機通流，更換更高效的動葉片、靜葉片;

4. 提升機組熱效率;

5. 進行機組冷端優化，降低機組運行背壓和熱耗;

6. 機組改造涉及的所有項目應在一次大修時間內完成。

二、汽輪發電機組提效、增容改造方案

2.1汽輪機本體系統改造方案

在汽輪發電機組提效、增容改造過程中，為減少系統漏汽損失，減少汽輪機各缸隔板汽封漏汽量、提高汽輪機效率，應調整汽封與軸封間隙。同時，為了提高汽缸接觸面密封性，減少漏汽，可在進汽口中間接觸面開密封槽，以加強密封效果。機組各隔板汽封的設計間隙應修改為以規定的下限為標準，然后減小0.04mm，以減少漏汽損失。此外，對于葉片頂部汽封的蒸汽泄漏，與相鄰汽封弧接觸的表面凸出部分應磨平，兩個相鄰弧段之間的間隙應消除，并在葉片頂部上下汽封弧段之間留有浮動間距（約0.9mm），以減少葉片頂部汽封的漏汽。表1為改造調整后的運行數據與節能降耗的對比。

針對低壓缸上下缸結合面受力造成低壓缸在運行中變形，導致低壓缸進汽部分結合面漏汽的問題，低壓內缸下缸及蒸汽爆破室開8mm密封槽，槽內用10mm密封盤根部密封。螺栓緊固后可有效達到減少蒸汽泄漏的目的。

2.2循環水系統改造

根據機組提效、增容改造的要求，擬對循環水系統進行冷端優化。在不改變管道系統的前提下，改造原循環水泵葉輪和導葉體的導流部分，采用高效魚頭葉片，提高泵的運行效率和出力，增加循環水流量8%～10%（流量不超過3m/s），相應降低泵組電耗;在凝汽器冷凝面積不變的情況下，提高凝汽器冷凝速度，提高機組真空度，增加機組出力。

2.3循環水泵改造后機組增容量計算

循環水一般直接采用河水或海水作為水源，因此水溫及循環水泵流量的改變，對凝汽器真空度的影響乃至機組出力的提升作用將會十分顯著。表2為某電力企業全年不同時段，循環水泵在不同運行方式下的運行時間。

同等廠用電率的情況下，增加機組出力，等同于降低廠用電率，節電增效，基本計算如下：

ΔGi=K·ΔPi·A·H

改造實施后，在相同流量下，降低循環水泵的電耗，提高冷凝器的冷凝速度。在面積不變的情況下，裝置的真空度增加。以每種運行方式下的運行時間為權重，單位產量平均增加2.19%。由于機組整體有功功率的增加，廠用電率和供電標準煤耗均有一定程度的降低。根據測算，凝汽器真空度每提高1kPa，低壓缸每噸蒸汽可多發電1.67kw.h。

2.4發電機系統改造方案

2.4.1發電機本體系統

為保證機組提效、增容改造后發電機各部件安全穩定運行，發電機制造廠對定子鐵芯、定子線圈、端部連接線出線、進出口匯管、絕緣引水管等進行了全面檢查和處理，增容前檢查測溫元件及測溫元件出線板、出線瓷套、出線盒及中性點蓋盒、轉子氣路及外部，確保各部件絕緣良好，無缺陷。

2.4.2發電機勵磁系統

原勵磁變壓器容量能滿足增容要求，但不能滿足強勵2倍（極端電壓跌至80%時）10s的要求，勵磁變壓器低壓側電壓需增加至926V。由于現有勵磁變壓器低壓側電壓無法調整，則需將勵磁變容量更換為3×2400kVA;變比為20kV/950V;對勵磁系統板件有關勵磁電流、電壓量程進行修改;對勵磁系統相關控制參數進行修改;勵磁控制、整流、滅磁及起勵部分基本不變，集電環裝置基本不變，在機組大修時需加強檢查。

2.4.3發電機輔助系統

發電機轉子繞組和定子鐵芯采用氫氣冷卻，定子繞組內部采用水冷卻。增容后，機組轉子繞組、定子繞組和定子鐵芯的熱值增加。為了更好地帶走發電機的熱值，保證發電機安全穩定運行，機組增容時需要將發電機氫氣壓力調整到0.45MPa，氫氣壓力的增加將提高其導熱能力。同時，對發電機原有氫冷卻器進行冷卻以增加容量，其外形保持不變。此外，由于機組額定容量的增加，發電機運行期間將產生更多的熱量。因此，定子水冷卻器的容量需要同步增加。經計算，定子水冷卻器的額定換熱功率需增加至3300kW。

三、汽輪發電機組提效增容性能評估

3.1改造后的機組性能評估

發電機和汽輪機組改造后的性能數據見表3。機組滿負荷修正后熱耗率為7584kJ/kWh，比設計值7620kJ/kWh低36kJ/kWh，比改造前低192kJ/kWh;滿負荷供電煤耗比改造前降低7.3g/kWh。在額定輸出條件下，校正功率為678.470MW;在最大連續出力（TMCR）條件下，修正后的電力功率為704.824MW，因此汽輪機可達到660MW的設計額定出力。

3.2提高汽輪機的安全可靠性

通過改造，解決了目前機組存在的低壓缸剛度不夠、各級抽汽普遍超溫、高壓調節閥閥座動作時閥體上浮、高壓調節閥閥桿頻繁脫落等問題，消除了故障，提高了機組運行的可靠性。

3.提高汽輪機經濟性

由表3可以看出，汽輪機在60%負荷和80%負荷時的供電煤耗率均低于300g/kWh，熱耗值和汽缸效率也處于理想水平，汽輪機大部分時間都能滿足經濟性要求。

四、結論

汽輪發電機組是發電廠的關鍵設備，其技術水平的提高對于電力行業發展有重要價值。當前汽輪發電機組設計不斷優化，但是總體效率提升不高，消耗的能源較大。為促進可持續發展更需要重視汽輪發電機組的提效、增容技術的提升。需要著重研究汽輪發電機組提效、增容改造的原則，制定合理的改造方案，加強機組提效、增容性能評估，在保證安全的前提下全面提高汽輪發電機組運行效率、降低能耗。

參考文獻：

[1]朱鴻飛，孫國斌，劉軍，等.部分負荷進氣加熱提效技術在F級燃機的應用研究[J].節能，2019（9）：23-24.

[2]王定，王清，吳曉干.600MW亞臨界機組增容提效至660MW的改造方案分析[J].節能與環保，2020，316（11）：64-65.