亞臨界300 MW機組改造的探討

李海龍，喬宏偉，馬曉峰

(1.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司 ，黑龍江哈爾濱150046;2.國電科學技術研究院，江蘇南京210031)

0 引言

首臺哈爾濱汽輪機廠有限公司生產的亞臨界參數、N300－16.7/537/537型純凝汽汽輪機于1993年投運，截至2009年初，共有90余臺該型機組在役。其中，從西屋公司引進的原型機未生產，生產了26臺引進型機組(73號)、8臺完善化型機組(73A)、56臺新一代機組(73B)，如圖1所示。

圖1 哈汽300 MW機組生產情況

在役的73號、73A型機組運行時間都超過了10 a。普遍反映的問題是機組經濟性較差，熱耗率、缸效率等重要指標嚴重偏離設計值。對此，結合部分電廠改造的經驗，提出了亞臨界參數300 MW機組改造基本思路［1］。

1 增容增效改造的問題和對策

1.1 高中壓部分

由于設計年代較早，技術落后，導致機組的通流效率達不到設計值。表1中列出了部分機組高壓缸效率值(設計值和實測值)。

表1 部分機組高壓缸效率值

表1中8臺機組高壓缸效率實測平均值為80.28%，與設計值平均差6.28%。高壓缸效率偏低，必然使機組經濟性下降。

影響高中壓缸效率下降的原因較多，如通流效率低、機組內漏、系統漏汽等。因此，改造在更換新的通流之外，同時還要對機組結構和系統做適當調整，減少機組內漏和系統漏汽的發生。

高中壓缸部分改造主要采用如下辦法:

a.更換調節級噴嘴。調節級效率低是300 MW機組高壓缸效率低的原因之一。一方面調節級面積不合理;另一方面，老機組的調節級噴嘴結構不合理，影響機組安全。根據增容增效的要求，調節級噴嘴面積重新確定;同時增加了汽道數，改變了噴嘴組后的汽流擾動頻率，在很大程度上降低了對噴嘴出汽側的損壞，保證了改造后機組安全運行。

b.更換壓力級葉片和汽封形式。根據新機組的設計運行經驗，高中壓通流級采用高效率的全三維設計的反動式葉片，通過計算合理匹配動靜關系使損失最小化。高中壓反動式葉片與哈汽73B系列葉片設計相同。實踐表明，該系列葉片具有很好的氣動性能，葉片型線具有后加載特性，變工況性能好。高中壓動葉頂部汽封全部采用迷宮式汽封，級間漏汽達到最小。

c.改進高壓進汽插管和高壓隔板套結構。高壓進汽管漏汽、汽缸中分面漏汽對高壓缸效率的影響較大。通過進汽管連接方式的改進，可以有效減少漏汽量，降低損失。同樣，改進后的高壓隔板套增強了密封性能，能夠有效減小漏汽損失。

1.2 低壓部分

末級、次末級葉片效率不高是影響低壓缸效率的主要原因。同時機組低壓內缸中分面和低壓隔板套中分面密封不嚴，造成壓力高的區域向壓力低的抽汽段漏汽，導致抽汽溫度過高，表現為運行時5、6段抽汽溫度高于設計值，對低壓缸效率產生不利影響。中分面漏汽的主要原因如下:

a.汽缸中分面法蘭在熱態運行時變形導致漏汽。

b.螺栓材料抗松弛性能差，長時間運行導致螺松弛影響密封效果。

c.法蘭螺栓預緊力偏小造成密封力不夠。

d.隔板套中分面螺栓數量少導致密封力不夠。

e.機組現場安裝時沒有滿足設計要求的伸長量，導致密封效果差。

低壓缸改造主要采取如下措施:

a.將汽缸內置法蘭螺栓和隔板套法蘭螺栓材料改為20Cr1Mo1VTiB，抗松弛性能提高，有利于增大剩余應力，從而保證密封性。

b.增大螺栓預緊力和增加法蘭中分面密封鍵。

c.減少螺栓長度，減小螺栓伸長量，取消套筒更換成長罩螺母，減少螺栓自由長度和密封面，保證剩余應力。

d.將工藝孔蓋板焊牢。

e.增大螺栓預緊力和增加法蘭中分面密封鍵。

f.分面增加隔板套中把緊螺栓和密封鍵。

1.3 改進后的結構特點

改進后的高壓缸通流結構如圖2所示。改進后的低壓通流結構如圖3所示。

圖2 改進后的高壓缸通流結構

圖3 改進后的低壓通流結構

1.4 改進后的預期效果

改造效果和機組改前狀況密不可分，但是根據哈汽73B機組和已改造的300 MW機組運行數據可以做基本的效益預估。

由于低壓缸效率和系統狀況有關，高壓缸效率直接取自試驗數據，能準確反映通流情況。表2為新一代300 MW機組實測高壓缸效率值［2］。

表2 新一代300 MW機組高壓缸效率實測值

6臺機組高壓缸效率實測平均值為85.68%，比老機組實測值高5.4%。中壓缸更換新葉片后，實測效率通常在91.5%～92%，比老機組提高2%。假設低壓缸也是因為葉型損失大引起效率偏低，低壓缸效率也可以提高2% 。根據各缸效率對機組性能的影響比例，可以推斷，改造后汽輪機通流和結構的改進，使機組經濟性大約可以提高3% 。按300 MW機組實際煤耗在340 g/(kW·h)左右計算，改造預計可以使機組煤耗降低10 g/(kW·h)。由于效率的提高，在不改變機組系統配置的情況下，機組的銘牌出力可以達到315～320 MW左右。同時，改造還可以增加機組的安全性和使用壽命。

2 供熱改造的可行性分析

提高經濟性的目的之一就是提高系統的熱效率。所以，在國家節能減排的大背景下，有條件的電廠可以實施熱電聯供改造，減少冷源損失，提高機組的熱利用率。

2.1 工業用汽改造

由于結構原因，在汽缸抽汽口擴孔能提供的蒸汽量比較小;而再熱冷段又受鍋爐限制，不能大量供汽。因此，抽汽口只能布置在熱再管段上。

這種改造的汽輪機中壓調節閥需要參與供熱調節。在供熱運行時，根據調節級壓力來調整高排壓力不低于純凝運行時的數值，以保護機組的高排區域葉片。

改造主要要考慮供熱運行時對機組的影響，在各個工況都要確保安全。目前，這種方式的最大供熱流量為260 t/h，供熱參數為3.8 MPa左右。

2.2 采暖用汽改造

采暖用汽主要取自中低壓連通管。根據經驗，蝶閥需要安裝在垂直管段上，同時，原有的連通管壓損大、運行時安全性差。因此，在改造中更換了新型連通管。改造后的連通管如圖5所示。

為保護中壓排汽區域葉片，需要在連通管上加裝蝶閥，以控制中壓缸排汽壓力。同時，在供熱管道上加裝安全閥、快關閥、逆止閥等以保護汽輪機。

改造后機組純凝運行時經濟性不變，采暖期可以采用以熱定電的方式運行。采暖期可提供最大300 t/h的蒸汽，供熱參數為 0.8～1.0 MPa，345～355℃。每增加1 t/h抽汽量，大約損失200 kW電量。

改造后的供熱系統如圖4所示，改造后的連通管如圖5所示。

圖4 改造后的供熱系統

圖5 改造后的連通管

2.3 供熱改造效益分析

充分利用熱能做功或者獲得收益是設計者和設備運行企業的共同追求。無論是節能降耗還是節能減排，最終目的都是想盡可能的發揮能源的作用，減少中間損失。對汽輪機裝置來說，減少冷源損失，也就是減少進入低壓缸的乏汽量，是提高效率的最直接措施［3］。

亞臨界300 MW汽輪機純凝運行時，設計熱效率約為45.5%;當采暖抽汽達到200 t/h時，汽輪機的熱效率約為50%。如果抽汽量繼續增加，裝置的熱效率就會進一步增大。

3 空冷機組供熱改造的可能性

目前運行的亞臨界300 MW空冷機組主要集中在山西、內蒙地區。除考慮連通管供熱改造之外，可以考慮采用低真空供熱的方式進一步提高裝置熱效率。

由于汽輪機運行背壓可以達到35～40 kPa，完全具備加熱循環水的能力。在采暖期，如果能采用低真空供熱的方式運行，熱效率將大幅度提高。當然，這要受到當地熱網容量、電廠實際情況等條件的限制，還需要進一步研究。

4 結論

哈汽優化型及完善化型亞臨界參數300 MW汽輪機運行時間已在10 a以上，經濟性遠遠落后于新一代300 MW機組。制造廠可以應用現有技術對老機組進行增容增效、供熱等多種形式的改造，以提高汽輪機組運行經濟性，滿足城市快速發展的供熱需求。

［1］朱曉令，宋文希.國產引進型300 MW汽輪機存在的問題及解決辦法［J］.熱力發電，1999(4):12－15.

［2］李殿成，王仲奇.引進型300 MW汽輪機高壓缸改造及效果［J］.汽輪機技術，2003，6(3):145 －147.

［3］張久鋒.300 MW汽輪機擴容改造及經濟效益分析［J］.節能技術，2010，28(159):92－96.