冷凝式汽輪機(jī)的現(xiàn)代化技術(shù)改造

樸文哲

（哈爾濱動(dòng)力設(shè)備股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 汽輪機(jī)現(xiàn)代化技術(shù)改造的必要性

1.1 原機(jī)組設(shè)計(jì)、制造方面存在的問題：

1.1.1 高壓缸

A：早期葉型的型損大。早期的125機(jī)組采用蘇聯(lián)的葉型，與現(xiàn)在所采用的新型葉型相比型損要大1倍左右。

B：加強(qiáng)筋型隔板。原高壓缸均采用帶加強(qiáng)筋型的隔板結(jié)構(gòu)，由于早期的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)和制造加工的原因，在汽道中引起強(qiáng)烈的旋渦，進(jìn)一步加劇了端損和型損。使高壓缸效率下降約4-6%，甚至更大。

C：動(dòng)葉徑向間隙的漏汽較大。由于動(dòng)葉采用伸出式的鉚釘頭結(jié)構(gòu)，徑向汽封齒數(shù)只能布置二個(gè)。與現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)相比，漏汽損失較大。

D：動(dòng)、靜之間的泄漏。原高壓缸各級(jí)的根部反動(dòng)度接近于零，甚至更低，動(dòng)葉根部前后的壓力基本相等甚至動(dòng)葉根部出口壓力大于動(dòng)葉根部進(jìn)口壓力。使通過隔板徑向間隙的漏汽一部分通過葉輪的平衡孔流出，還有一部分流入主流道對(duì)主流產(chǎn)生擾動(dòng)，增加流動(dòng)損失。

1.1.2 中壓缸

A：進(jìn)口流道汽流組織不合理。在汽缸中分面處有二個(gè)加強(qiáng)筋，堵塞了進(jìn)汽流道，使高中壓的分缸壓力提高，并惡化了進(jìn)口流場。

B：葉型落后。由于中壓缸葉片的高度比高壓缸的大，因而二次流損失所占的比例相對(duì)小些，主要是型損占很大比例。

C：動(dòng)葉徑向漏汽大。這與鉚釘頭結(jié)構(gòu)有關(guān)，只能安排二個(gè)齒。

D：流道不光順，汽流沒有組織好。中壓缸的后幾級(jí)的擴(kuò)張角較大，流道仍用階梯形從而增加了損失。

其中，只能為狀態(tài)良好的車組編配車次。指定任務(wù)包括早高峰與指定車次兩類，若B股道車組有早高峰任務(wù)，也應(yīng)為A股道狀態(tài)良好的車組編配車次。

1.1.3 低壓缸

A：設(shè)計(jì)方法落后。低壓缸采用一元流設(shè)計(jì)，沒有經(jīng)過流場計(jì)算（當(dāng)時(shí)沒有方法，也沒有計(jì)算工具），熱降分配上有不足之處。

B：子午面流道不光順。葉片的根部和頂部的流道成階梯型，特別是最后二級(jí)其頂部的擴(kuò)張角達(dá)45°。

C：漏汽損失大。一般講，漏汽損失在低壓缸總損失中占比例不大。但由于老的125MW機(jī)組的低壓缸，前二級(jí)有圍帶，后四級(jí)都沒有圍帶，徑向的泄漏很嚴(yán)重。

D：葉型陳舊，損失較大。

E：末級(jí)葉型沒有按超音速葉柵的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)，末級(jí)性能的好壞對(duì)低壓缸的效率影響甚大。

1.2 機(jī)組自身存在的問題

高中壓轉(zhuǎn)子因彎曲曾兩次直軸，彎曲部位材料表面硬度已降低到HB176左右，若經(jīng)常調(diào)峰運(yùn)行其后果難以預(yù)料。

由于機(jī)組長期在低負(fù)荷下運(yùn)行，使低壓末二級(jí)動(dòng)葉水蝕嚴(yán)重，每次大修中均要修整，特別是末級(jí)左側(cè)葉片根部出汽邊水蝕較重，這是在低負(fù)荷條件下末級(jí)動(dòng)葉片根部負(fù)反動(dòng)度較大的緣故，雖經(jīng)修磨，但還是不能完全保證不存在潛在的裂紋源，影響末級(jí)葉片的安全。

低壓轉(zhuǎn)子多次發(fā)生斷葉片及圍帶脫落事故，中壓缸、低壓缸隔板變形嚴(yán)重，經(jīng)多次整修仍不能從根本上解決問題。除此以外，閥門卡澀、汽缸膨脹不暢、動(dòng)靜間隙過小、汽缸跑偏等，這些都成為影響安全運(yùn)行的缺陷。

高中壓汽缸變形嚴(yán)重，高中壓缸水平結(jié)合面外張口嚴(yán)重，特別是中壓缸東側(cè)有約400mm長的0.5mm~0.6mm的間隙消除不掉，而且張口幅度每次大修均發(fā)現(xiàn)有所增加。

汽輪機(jī)在使用中常出現(xiàn)的一些問題：中壓排汽缸接縫處變形嚴(yán)重，每次檢修后用補(bǔ)焊處理，漏汽問題一直存在。中壓隔板部分級(jí)塑性變形嚴(yán)重。高壓缸進(jìn)汽插管泄漏，造成外缸及一級(jí)抽汽溫度過高。汽缸法蘭加熱柜變形，泄漏嚴(yán)重。汽缸在啟停時(shí)膨脹不暢。 一級(jí)旁路經(jīng)常卡澀，減溫水不能投用。疏水系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行操作強(qiáng)度大，不適應(yīng)調(diào)峰運(yùn)行。汽輪機(jī)的監(jiān)測、控制、保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度低，設(shè)備老化，故障率較高，可控制性差，維護(hù)工作量大。

綜上所述，該N125型機(jī)組由于設(shè)計(jì)制造的原因及本身存在的問題，使汽輪機(jī)效率與先進(jìn)機(jī)組比存在很大差距。因此不論是從經(jīng)濟(jì)性還是從安全性來看，采用當(dāng)代汽輪機(jī)先進(jìn)技術(shù)來對(duì)該N125型機(jī)組進(jìn)行改造是必要的，而且從其他廠汽輪機(jī)改造成功經(jīng)驗(yàn)來看，通過改造達(dá)到大幅度增容降耗、延長機(jī)組壽命，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，增強(qiáng)調(diào)峰性能的目標(biāo)是可行的。

2 改造的主要原則和目標(biāo)

2.1 改造原則

在技術(shù)性能等方面應(yīng)優(yōu)于國內(nèi)同類機(jī)組；采用當(dāng)代汽輪機(jī)已有的先進(jìn)技術(shù)；在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，盡量提高機(jī)組效率和變工況性能；提高自動(dòng)化水平。

2.2 改造目標(biāo)

提高通流部分效率，改造后機(jī)組在額定工況下熱耗不大于8122 KJ/KW·h；在鍋爐出力不變的前提下，機(jī)組額定出力至137MW；消除老機(jī)組存在的缺陷，大幅度提高運(yùn)行安全可靠性；提高機(jī)組運(yùn)行靈活性，增強(qiáng)調(diào)峰能力；延長機(jī)組壽命；提高機(jī)組的自動(dòng)化運(yùn)行水平。

3 改造主要內(nèi)容

通流部分改造（高中、低）。更換高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、高中、低壓隔板、隔板套、汽封等；汽缸改造（高中壓內(nèi)、外缸）。更換高中壓內(nèi)外缸、低壓內(nèi)缸等；軸承箱改造。更換前、中、后軸承箱；軸承改造（#1、#2、#3、#4 及推力軸承）；閥門改造（高、中壓主汽閥及調(diào)節(jié)閥的伐芯組件）；連通管改造；調(diào)節(jié)部分改造（DEH、TSI）等。

4 現(xiàn)場安裝主要措施

除保留軸承座基礎(chǔ)臺(tái)板及低壓外缸之外，其余所有部件均拆除；各軸承座基礎(chǔ)臺(tái)板不動(dòng)，各臺(tái)板面全部重新研磨。用激光水平儀測量各臺(tái)板的標(biāo)高值，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高值，加工各軸承座底面，保證各軸承座標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求；根據(jù)低壓外缸中心，確定各軸承座中心位置，同時(shí)兼顧發(fā)電子靜子中心；確定各轉(zhuǎn)子中心，軸系揚(yáng)度調(diào)整至設(shè)計(jì)值；根據(jù)轉(zhuǎn)子中心，調(diào)整各汽缸中心，隔板中心合格，調(diào)整汽缸水平合格，調(diào)整至汽缸負(fù)荷分配合格；通流部分間隙調(diào)整至設(shè)計(jì)值；保留各主汽門、調(diào)速汽門殼體不動(dòng)，其余部件全部更換；所有高、中壓導(dǎo)汽管，連通管全部更換。按實(shí)際位置安裝。

5 改造效果分析

機(jī)組改造后各缸效率均得到較大提高，熱耗率比改造前下降了1469KJ/(KW·h)，最大增容達(dá)1300KW以上。相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降50.2g/(KW·h)，按部分負(fù)荷2500小時(shí)，額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間3000小時(shí)計(jì)算，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤34513噸。按標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格400元/噸計(jì)算每年可創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益1380萬元以上，改造取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

改造后高、中、低缸效率分別為81.96%、92.26%和88.05%。與汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)值相比低壓缸效率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，高、中壓缸還有一定的差距。由于試驗(yàn)時(shí)DEH系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)三閥運(yùn)行，采用順序閥運(yùn)行方式，#3調(diào)節(jié)閥沒有開足，#4調(diào)節(jié)閥微開，造成一定的節(jié)流損失，故考核試驗(yàn)時(shí)高壓缸效率比實(shí)際值偏低。

改造后熱耗率為8155 KJ/KW·h。考慮到高壓缸節(jié)流損失影響缸效0.5個(gè)百分點(diǎn)，影響熱耗率達(dá)8 KJ/KW·h，因此，實(shí)際熱耗率應(yīng)為8147 KJ/KW·h左右。

[1]思娟.冷凝式汽輪機(jī)內(nèi)穿孔擋板的應(yīng)用[J].熱能動(dòng)力工程，2002-05-20.

[2]高洪濤等.冷凝式汽輪機(jī)性能計(jì)算及其軟件[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1996-08-10.