提高燃?xì)廨啓C(jī)出力和效率的穩(wěn)妥設(shè)計(jì)方法

付玥， 張懷翼（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

0 引言

通過(guò)更換燃?xì)廨啓C(jī)配置中的某些硬件實(shí)現(xiàn)升級(jí)改造，并由此進(jìn)一步改進(jìn)了機(jī)組的出力和熱耗。該電站正在繼續(xù)對(duì)升級(jí)改造后的最新燃燒室技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，該技術(shù)可使燃?xì)廨啓C(jī)的NOx排放量分別降低到15×10-6和9×10-6。

在原有的燃?xì)廨啓C(jī)上進(jìn)行了下列硬件的改進(jìn)。

1）采用了蒸汽冷卻葉片持環(huán)，用于啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)控制葉頂間隙。通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)整燃燒室火焰筒現(xiàn)有的冷卻蒸汽供給路線，使其通過(guò)透平第1級(jí)葉片持環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一改進(jìn)，設(shè)計(jì)該間隙控制方法是為了在運(yùn)行期間更好地控制第一級(jí)葉頂間隙。對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行的驗(yàn)證試驗(yàn)確認(rèn)了這一方法的有效性。

2）薄葉氣封代替了刷子氣封，從而減少了轉(zhuǎn)子的漏氣。

3）在笫l級(jí)動(dòng)葉，第1、2級(jí)靜葉上換用了經(jīng)過(guò)葉型改進(jìn)并帶有內(nèi)部冷卻通道的葉片，但未改變其材料和涂層。

4）為了減少壓損，在排氣口支柱上安裝了翼形外套。

5）用最新的NOx燃燒室技術(shù)更換了燃燒室的燃料噴嘴和旋流器。并未更換蒸汽冷卻的過(guò)渡段，但增加了一個(gè)消聲器，以提高環(huán)境和燃料狀態(tài)變化時(shí)的穩(wěn)定性。

1 升級(jí)部套

1）壓氣機(jī)。對(duì)原有的壓氣機(jī)沒(méi)有做任何更改，仍保留了17級(jí)的結(jié)構(gòu)和20∶l的壓比,機(jī)組的運(yùn)行業(yè)績(jī)已經(jīng)累計(jì)超過(guò)了125000 h，它們?cè)诓煌沫h(huán)境條件下運(yùn)行。

2）燃燒室。最新的低NOx排放燃燒室技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)的驗(yàn)證試驗(yàn)中。對(duì)過(guò)渡段、蒸汽冷卻系統(tǒng)和材料未做更改，均與燃?xì)廨啓C(jī)的相同，并且在燃?xì)廨啓C(jī)上均運(yùn)行可靠。但是在過(guò)渡段上增加了一個(gè)消聲器，以適應(yīng)燃料熱值的大范圍變化。利用這種燃燒室技術(shù)，使燃?xì)廨啓C(jī)的NOx排放量分別降低到15×10-6和9×10-6以下。

這一最新的設(shè)計(jì)還改進(jìn)了燃料和空氣混合的均勻度。重新設(shè)計(jì)了燃料噴嘴和旋流器使局部火焰熱點(diǎn)減少，同時(shí)改進(jìn)了燃燒室的氣動(dòng)性能。重新設(shè)計(jì)的燃料混合旋流器以及火焰保持擋板改進(jìn)了火焰的保持性和穩(wěn)定性，并且擴(kuò)大了降負(fù)荷能力，減少了低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的CO和未燃碳?xì)浠衔铮║HC）的排放量。

3）透平。第1級(jí)靜葉和動(dòng)葉以及第2級(jí)靜葉的葉型和內(nèi)部冷卻通道采用先進(jìn)的和最新的熱交換技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)改造。其他的各級(jí)都采用相同的葉型。

4）材料。材料上沒(méi)有更改，即燃燒室、高溫燃?xì)馔ǖ篮娃D(zhuǎn)子都采用原有的材料。

透平的所有四級(jí)動(dòng)葉均為鎳基超合金。第1級(jí)和第2級(jí)動(dòng)葉采用定向凝固（DS）鑄件，第3級(jí)和第4級(jí)動(dòng)葉采用常規(guī)的鑄件（cc）。靜葉為常規(guī)的鑄件，其材料是鎳基超合金，具有優(yōu)越的抗熱疲勞、抗蠕變、抗氧化。耐腐蝕和良好的可焊性等優(yōu)點(diǎn)。耐高溫涂層相同。轉(zhuǎn)子葉輪材料為低合金鋼。

5）排氣擴(kuò)壓管。在排氣口切向支柱上安裝丁翼形外套以提高排氣擴(kuò)壓管的效率。

6）冷卻系統(tǒng)。除透平第1級(jí)葉片持環(huán)外，冷卻系統(tǒng)沒(méi)有改變：用壓氣機(jī)的出口空氣冷卻透平第1級(jí)靜葉，而用其抽氣冷卻第2、3、4級(jí)靜葉、轉(zhuǎn)子葉輪、級(jí)間氣封段以及第2級(jí)和第3級(jí)的葉片持環(huán)弧段。

用于冷卻透平葉片持環(huán)、燃燒室過(guò)渡段的冷卻蒸汽由余熱鍋爐提供，從燃燒室吸收熱量后，以較高的溫度再返回到余熱鍋爐。

7）氣封。為了減少漏氣，在燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)和透平之間安裝了薄葉氣封。薄葉氣封為安裝在周向的多片式結(jié)構(gòu)。薄葉氣封的設(shè)計(jì)是為了在各薄葉之間形成最小的間隙，以防止相互制約。燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)時(shí)，薄葉的頂部與轉(zhuǎn)子相接觸，但在運(yùn)行的過(guò)程中被流體提升力抬起，與轉(zhuǎn)子保持非接觸狀態(tài)。

2 驗(yàn)證結(jié)果

燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)在電廠累計(jì)運(yùn)行了15416 h，啟停了911次。在升級(jí)改造后（即：第1級(jí)靜葉和動(dòng)葉、第2級(jí)靜葉、薄葉氣封、葉型形狀的排氣口支柱，葉片持環(huán)的蒸汽冷卻和燃燒室），安裝了這些新硬件(包括早期安裝、業(yè)已運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間的某些硬件）的燃?xì)廨啓C(jī)又累計(jì)運(yùn)行了3883 h、起停了258次。

為了進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，還進(jìn)行了一些專門(mén)的測(cè)量。對(duì)燃燒室的燃燒動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果表明，即使在低負(fù)荷運(yùn)行工況下也具有良好的燃燒穩(wěn)定性。

3 改進(jìn)效果

在保留原有的燃燒溫度和材料的情況下，燃?xì)廨啓C(jī)的出力提高了3%，熱效率增加了1%。保留了燃?xì)廨啓C(jī)的許多原始硬件配置，包括壓氣機(jī)，燃燒室蒸汽冷卻系統(tǒng)等，這些硬件已經(jīng)在燃?xì)廨啓C(jī)上累計(jì)運(yùn)行超過(guò)了200000 h。