哈爾濱汽輪機廠73型300M汽輪機節能改造的研究

徐國君

華能黑龍江發電有限公司

前言

近年來，由于我國經濟的高速發展，能源需求不斷大幅度地增加，特別是電煤價格不斷上漲，嚴重制約了各發電廠的盈利空間。同時，國家“十一五”規劃中明確提出，到2010年，單位國內生產總值能源消耗比2005年降低20%，并陸續出臺了一系列強化節約能源的政策措施，大力提倡節能減排項目的技術改造，對節能量較大的節能改造項目給予財政獎勵。鶴崗電廠根據兩臺哈爾濱汽輪機廠生產的73型300MW汽輪機的實際情況，進行了節能改造的研究和實施。

一、設備概況

哈爾濱汽輪機廠引進美國西屋公司技術生產制造的早期產品（老73型），型號為N300-16.7/537/537型、亞臨界一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽反動式汽輪機，由于汽輪機屬于90年代國產引進型產品，汽輪機存在著各段抽汽壓力和溫度超標，額定負荷時監視段壓力均超過設計值的10-20%；中壓缸冷卻蒸汽量大于設計值；調節級噴咀靜葉片出汽邊經常斷裂或吹損。由于受當時國內設計、技術特別是制造加工能力等諸多因素的影響，各項經濟技術指標無法滿足設計要求，機組的汽缸效率與設計值相比存在較大差距，進而導致機組的煤耗升高。目前300MW機組供電煤耗率的行業先進值為328g/kWh左右，行業標桿值為312.89g/kWh，而鶴崗電廠的機組在前三年的平均供電煤耗率為342g/kWh，比先進值高出14g/kWh，比標桿值高出29.11g/kWh。主要原因是汽輪機汽缸效率嚴重偏低。改造前機組大修后由西安熱工院做的實驗數據如下表，機組額定負荷時修正后 的熱耗為8487.6 kJ/kWh（#1、#2機組水平基本一致）。

二、機組節能改造介紹

采用成熟的多級汽輪機全三維氣動熱力設計體系，葉片三維成型設計采用世界上最先進的三維曲面、實體造型軟件CATIA。對多級的匹配進行準三維（如圖1）、全三維流場計算進行通流的設計分析與優化，開發新型全三維彎扭靜、動葉片，有非常好的葉片表面氣動特性曲線，周向平行面視圖及子午面視圖。計算和實驗證明采用這一技術可改善參數沿葉高的分布，大幅度地減少徑向二次流、橫向二次流和端部二次流損失，提高根部反動度，從而更加有效地提高級效率,使葉柵總損失系數下降25%，級的效率提高1.5--2%。彎扭聯合全三維成型葉片的級效率與傳統葉片相比提高大約2%,機組效率提高1%以上。

圖1 多級葉片三維動力場計算模型

2.1 壓力級改造情況：

采用可控渦方法設計通流部分，壓力級動、靜葉全部更換，采用扭曲靜葉和變截面動葉，噴嘴子午面收縮型線，午面收縮是一種全三維設計概念，其主要優點是降低靜葉柵通道前段的負荷，減少葉柵的二次流損失。

2.2 低壓缸動、靜葉改造情況：

低壓缸靜、動葉全部更換，采用全三維方法進行流場校核計算，動葉采用變截面扭曲葉片，低壓首級、末三級采用彎扭靜葉，末級靜葉采用彎扭加前掠結構，動葉自帶圍帶成圈連接，減少產生共振的幾率,利于調頻降低動應力動葉自帶冠成圈裝配取得了成功，安全性更好，保持了引進型的優勢，并使整機的負荷適應性更強，調峰的范圍更大，效率比引進型得到了明顯提高。

2.3 高壓進汽插管密封結構改造;六根高壓進汽插管由彈性活塞環密封改造為鐘形罩密汽封.

2.4 調節級改造

2.4.1 采用新設計噴嘴，噴嘴組由73型的48個通道結構改造為新型的126通道結構。材料為1Cr12W1MoV；調節級動、靜葉型線采用新的型線設計。動葉葉頂連接由鉚接方式改為新型自帶冠結構。

2.4.2 更換汽輪機調節級動葉片，由73型葉型改為新型葉型

2.4.3 兩側噴嘴室（上半、下半）與內缸之間增加撓性補償。

2.5 高、中壓缸的夾層冷卻蒸汽系統改造

改進原夾層冷卻蒸汽的流程，在外缸上、下半打孔接管引向高排逆止門前。。

2.6 #1低壓內缸螺栓改造

將低壓1#內缸上法蘭螺栓孔處加工合理，工藝孔由現在的兩孔形式改為一孔形式。將中分面進汽處螺栓變短、加粗為M64，材料更換為20Cr1Mo1VTiB.螺栓采用熱緊的形式，并消除中分面的變形，增加上下缸的緊力，消除法蘭泄漏。在#1內缸水平中分面增加密封鍵。

2.7 低壓1、2號隔板套螺栓

改進低壓1、2號隔板套螺栓，適當縮短、加粗根據熱平衡計算增大螺栓直徑，并采用熱緊螺栓消除法蘭泄

三、改造效果及濟效益：

華能鶴崗發電有限公司，在2009年7月至11月，分別進行了兩臺機組節能技術改造，改造后經過運行6個月，西安熱工院進行了考核試驗，兩臺機組在額定參數時出力均可達到315MW，機組熱耗#1機為7977.2 kJ/(kW.h)，#2機組為7959.1 kJ/(kW.h)，分別比改造前降低510.4 kJ/(kW.h)和528.5 kJ/(kW.h)。管道效率按0.98、鍋爐效率按0.9142、廠用電率按5%計算可降低供電煤耗分別是：#1機組供電煤耗 b=510.4÷（29.308×0.98×0.9142×0.95）=20.46g/kWh。#2機組供電煤耗b=528.5÷（29.308×0.98×0.9142×0.95）=21.19g/kWh。每臺機組年利用小時：按5000小時/年計算：#1機組每年節約標準煤：315000×5000×20.46/1000000=32224.5噸#2機組每年節約標準煤：315000×5000×21.19/1000000=33374.2噸，兩臺機組改造后每年節能標煤65598.7噸。按當時標煤單價500元/噸計算，每年節約燃料成本為500×65598.7=3279935元。

結束語

華能鶴崗發電有限公司通過對#1、#2機組進行節能技術改造，使機組能耗大幅度的降低，發電成本大幅度降低，提高了機組經濟運行水平。