萊城電廠3號汽輪機(jī)通流及供熱改造技術(shù)分析

李衍平

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100)

隨著高參數(shù)大容量機(jī)組的增加，供電煤耗急劇增長，國產(chǎn)300 MW指標(biāo)落后差距日益加大。為了增強(qiáng)機(jī)組的性能指標(biāo)，努力創(chuàng)造資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)[1]，本文通過分析華電國際萊城發(fā)電廠3號汽輪機(jī)通流改造的內(nèi)容，總結(jié)了改造后的顯著效果，高、中、低壓缸效率完全達(dá)到了設(shè)計值，為國產(chǎn)300 MW同類機(jī)組的通流部分改造提供了寶貴的參考經(jīng)驗。

1 通流部分改造前存在的問題

華電國際萊城發(fā)電廠3號汽輪機(jī)是引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)制造的N300-16.7/538/538型300 MW亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。通流部分共35級葉片，其中高壓缸1+11級，中壓缸9級，低壓缸2×7級[2]。3號汽輪機(jī)組投產(chǎn)以來，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較差，主要暴露出以下幾方面的問題。

1)整體熱力性能低。2010年10月對3號機(jī)組進(jìn)行能耗診斷試驗，試驗表明:在額定負(fù)荷工況下，機(jī)組修正后的熱耗率為8 322.6 kJ/(kW·h)，比設(shè)計值高出430.6 kJ/(kW·h)。

2)通流部分經(jīng)濟(jì)性不足。3號汽輪機(jī)在額定工況下高、中、低壓缸的缸效率設(shè)計值分別為87.0%、92.05%、88.38%。2010年10月對3號機(jī)組進(jìn)行的能耗診斷試驗表明:額定工況下汽輪機(jī)的高壓缸、中壓缸、低壓缸效率依次為 82.72%、90.64%、83.77%，分別比設(shè)計值低 2.34、1.54、4.61個百分點。

3號汽輪機(jī)的實際通流能力比設(shè)計值偏大，雖然增強(qiáng)了機(jī)組的帶負(fù)荷能力，但增大了正常運行時的調(diào)門節(jié)流損失，導(dǎo)致低負(fù)荷工況下運行的經(jīng)濟(jì)性很差。調(diào)節(jié)級效率偏低，額定工況下僅為60.06%，若考慮調(diào)門的節(jié)流損失，低負(fù)荷工況下調(diào)節(jié)級效率更低。

2 機(jī)組改造要求

采用成熟先進(jìn)的汽輪機(jī)通流部分設(shè)計技術(shù)和改造技術(shù)與經(jīng)驗，對汽輪機(jī)高、中、低壓通流部分進(jìn)行改造，使改造后機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性、運行靈活性達(dá)到同類機(jī)組的先進(jìn)水平，同時可向外抽汽供熱，滿足外部熱用戶的熱負(fù)荷需求。

1)改造后汽輪機(jī)額定出力為320 MW，最大連續(xù)出力不低于330 MW。

2)改造后機(jī)組在熱耗率驗收工況(THA)下，熱耗率不高于7 882.2 kJ/(kW·h);在80%、60%、40%額定負(fù)荷運行時也能保持較低的熱耗率。80%額定負(fù)荷工況下的熱耗率不高于7 962.2 kJ/(kW·h)。

3)改造后機(jī)組最大抽汽量不小于300 t/h。額定抽汽量150 t/h，抽汽壓力0.8 MPa，抽汽溫度328.6℃。

4)改造后汽輪機(jī)在額定工況時的高壓缸效率、中壓缸效率、低壓缸效率分別不低于87%、93%、89%。

5)改造后機(jī)組在VWO工況出力運行時，各通流部分的部件滿足強(qiáng)度要求，調(diào)節(jié)級及各抽汽壓力不超過設(shè)計最大值。

6)改造后機(jī)組具有良好的變負(fù)荷性能，能采用復(fù)合變壓運行方式，并能在120 MW負(fù)荷長期安全、穩(wěn)定地運行，50% ～100%T-MCR增減負(fù)荷速率不小于5%/min;閥門管理功能滿足單閥、順序閥以及各種閥點的滑壓運行要求。

7)汽輪機(jī)通流改造部件的壽命不少于30 a[3]。

3 通流改造技術(shù)與措施

3.1 汽輪機(jī)通流部分改造

3.1.1 調(diào)節(jié)級改造

調(diào)節(jié)級由原來的反流布置改為順流布置，減少了汽流損失，提高了熱效率。調(diào)節(jié)級動葉緊固形式改為三叉三銷型葉根并自帶圍帶形式，減少漏汽損失。靜葉采用先進(jìn)的通流整體優(yōu)化技術(shù)(AIBT)，減少出汽邊厚度采用全三元原理設(shè)計。

3.1.2 汽封改造

高壓缸隔板汽封及動葉圍帶汽封采用高低齒迷宮式鑲嵌汽封，端部汽封采用蜂窩汽封，平衡活塞汽封采用布萊登汽封;中壓缸隔板汽封及動葉圍帶汽封采用高低齒迷宮式鑲嵌汽封，端部汽封采用蜂窩汽封，平衡活塞汽封采用布萊登汽封;低壓缸隔板汽封及動葉圍帶汽封采用彈簧退讓式，端部汽封采用蜂窩汽封，降低了汽封漏汽，提高了機(jī)組內(nèi)效率。

3.1.3 高中壓轉(zhuǎn)子及動葉、低壓轉(zhuǎn)子及動葉改造

轉(zhuǎn)子采用采用無中心孔、徹底消除殘余內(nèi)應(yīng)力的整鍛轉(zhuǎn)子。調(diào)節(jié)級改為順流布置，高壓轉(zhuǎn)子增加一級為1+12級，中壓轉(zhuǎn)子增加一級(10級)，低壓轉(zhuǎn)子級數(shù)不變，仍為2×7級。高壓、中壓、動葉靜葉采用AIBT型線自帶圍帶，低壓動葉自帶圍帶，低壓靜葉改為馬刀彎扭葉片，低壓末級動葉采用905 mm長葉片。

3.1.4 輔助改造

輔助改造包括高中壓內(nèi)缸、高壓蒸汽室、高中壓平衡活塞、中壓持環(huán)、低壓內(nèi)缸、低壓持環(huán)、高中低壓靜葉、通流部分汽封、端部汽封、中低壓缸連通管、聯(lián)軸器護(hù)罩和蓋板、盤車大齒輪等。

3.2 供熱設(shè)備改造

1)汽輪機(jī)排汽處設(shè)置1根供熱蒸汽管，采用打孔抽汽方式從中低壓連通管的水平段向下引出1根φ900×16抽汽管道，作為供熱汽源，最大抽汽供熱量不小于300 t/h。在連通管上加裝三通以及抽汽調(diào)節(jié)閥，中低壓連通管標(biāo)高不超出汽機(jī)房行車起吊時的提升高度，滿足機(jī)組現(xiàn)有安裝檢修條件。抽汽管自中低壓連通管引出后依次加裝抽汽逆止閥、安全閥、抽汽調(diào)節(jié)閥和帶快關(guān)功能的關(guān)斷閥。配備單獨的供熱抽汽系統(tǒng)的液壓供油及控制系統(tǒng)，不與機(jī)組本身共用1套液壓系統(tǒng)。

2)在機(jī)組DEH系統(tǒng)中增加一套完備的供熱系統(tǒng)的運行控制和保護(hù)設(shè)備及其附件，如熱控上增加機(jī)組純凝工況、供熱工況的切換、抽汽調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、抽汽調(diào)節(jié)邏輯、相關(guān)卡件、相關(guān)程序等。機(jī)組供熱以以熱定電的方式運行，抽汽壓力以連通管上的調(diào)節(jié)蝶閥控制，抽汽量以熱網(wǎng)抽汽壓力調(diào)節(jié)蝶閥控制。抽汽壓力不等率約10%。

3)中低壓連通管上安裝1個抽汽調(diào)節(jié)蝶閥，調(diào)節(jié)閥采用液壓調(diào)節(jié)，DEH配備閥門控制卡。供熱抽汽管上DN900的調(diào)節(jié)閥采用液控，關(guān)閉時間小于1 s。

4)汽輪機(jī)通流和供熱部分增加了熱控設(shè)備、運行控制功能等。

3.3 軸封溢流改造

原有的軸封溢流站簡化，增加一路溢流至8號低加汽側(cè)的管路，管路并設(shè)有疏水管道，使機(jī)組高負(fù)荷運行時減小了冷源損失，加熱了凝水溫度，提高了蒸汽利用率。

4 改造后機(jī)組性能分析

4.1 試驗計算公式

4.2 試驗后結(jié)果

為了全面評價機(jī)組改造后的各項熱力指標(biāo)性能，委托西安熱工研究院對機(jī)組改造后進(jìn)行了性能考核試驗[4]，額度負(fù)荷熱力性能試驗數(shù)據(jù)對比如表1所示。

表1 改造前后額度工況下主要指標(biāo)參數(shù)對比表

從表1可知，機(jī)組改造后，提高了高、中、低壓缸效率，降低了機(jī)組效率。機(jī)組熱耗率比改造前降低了400 kJ/(kW·h)以上，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗比改造前降低16 g/(kW·h)。

5 結(jié)論

1)汽輪機(jī)通流部分增容改造后，機(jī)組1-7號軸承振動在正常范圍內(nèi)，未見有報警值，軸承溫度穩(wěn)定。

2)汽缸效率都得到了大幅提高，大幅度降低了機(jī)組熱耗率、供電煤耗率，增強(qiáng)了機(jī)組競爭力。

3)增大了機(jī)組供熱能力，降低了冷源損失，為電廠增加了穩(wěn)定效益，延長了機(jī)組使用壽命。

[1]沈永流，朱寶宇.國產(chǎn)引進(jìn)300 MW汽輪機(jī)通流節(jié)能降耗改造及效益分析[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，23(2).

[2]吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社，2004:16.

[3]胡遠(yuǎn)濤，鄭家衡，齊進(jìn)，等.國產(chǎn)引進(jìn)型300 MW汽輪機(jī)通流部分改造及效果分析[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2012，28(1):40.

[4]曾榮鵬.國產(chǎn)300 MW沖動式汽輪機(jī)通流改造[J].華電技術(shù)，2012，34(10):42.