330MW汽輪機組回熱系統改造可行性分析

摘要：文章針對原型機組的設計及結構特點，從機組熱力系統、汽輪機本體結構兩個方面進行技術改造方案分析論證，在保證機組安全運行的前提下提高了機組運行的經濟性，證明回熱系統改造方案是可行的。通過對汽輪機回熱系統的改造，機組設計給水溫度可由256.1℃提高至274.3℃，可有效地提高機組運行循環效率，并降低發電煤耗。

關鍵詞：汽輪機組；高壓加熱器；給水溫度；回熱系統；熱力系統；本體結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK262 文章編號：1009-2374（2015）27-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.022

1 機組概述

大唐桂冠合山發電有限公司亞臨界330MW機組系北京北重汽輪電機有限責任公司生產的N330-17.75/540/540型凝汽式汽輪機。機組由兩級高壓加熱器、一級除氧器和四級低壓加熱器組成七級回熱系統，其中次末級高加設外置式蒸汽冷卻器，機組最終給水溫度設計值為253.3℃。由于該型機組最終給水溫度相較于其他類型機組偏低，現擬對該型汽輪機組進行回熱系統改造，在原七級回熱基礎上增加一級高壓加熱器，以提高給水溫度，降低機組熱耗率，提高熱經濟性。系統中配有3臺50%容量的電動給水泵，2臺運行、1臺備用。

2 改造必要性

汽輪機組的給水回熱系統既是汽輪機熱力系統的基礎，也是電廠熱力系統的核心，它對機組和電廠的熱經濟型起著決定性作用，最終給水溫度是影響回熱循環熱經濟性的重要參數之一，直接影響汽輪機和整個火電廠的熱經濟性。通過對汽輪機回熱系統的改造，可有效提高機組最終給水溫度，降低機組冷源損失，可顯著降低電廠能耗，提高電廠熱經濟性。另外，近年來由于火電裝機容量增加，機組平均負荷率相應降低，經8級回熱系統改造后，在保持現有鍋爐參數不變的情況下，在同等機組電負荷下汽輪機進汽比例上升約5%，使得機組運行工況更加貼近設計工況點，機組內效率也會相應提高，這也進一步提高機組實際運行效率值，提高整廠熱經濟性。

3 技術改造方案

3.1 熱力系統改造方案

根據N330-17.75/540/540型凝汽式汽輪機技術特點，在高壓缸增加一段非調整抽汽用于增加的一級高壓加熱器，以提高鍋爐最終給水溫度，降低機組熱耗率。而新增高加的位置布置及疏水方式如下：增加的一級高壓加熱器放置于原機組#7高加之后，在原機組#6高加的外置蒸汽冷卻器之前，即原機組外置蒸冷器仍然位于機組給水回熱系統最末端，新增高加疏水通過壓力調節閥減壓到與凝結水壓力相匹配后壓力，再與DJ4出口凝結水一起進入除氧器。表1為改造前以及改造后主要工況熱力數據匯總表：

由上述數據表1可以判斷出，在THA工況下，機組經回熱系統改造即增加一級高加后，在同等進汽流量下機組功率值將減小，即機組汽耗率有所上升，但是機組熱耗值卻隨之降低。

3.2 本體結構改造方案

根據N330-17.75/540/540型凝汽式汽輪機技術特點，在高壓缸增加一段非調整抽汽用于增加的一級高壓加熱器，可更換高壓內、外缸來實現：更換高壓部件如下：（1）高壓外缸；（2）高壓內缸；（3）高壓主汽門平衡管（兩閥門間）；（4）抽汽管道上配備的閥門等。

更換高壓模塊，高壓內缸增加了一級高加抽汽口，和原機組相比，隔板和轉子輪盤軸向位置均有相應調整，外缸也增加了抽汽口法蘭。更換的高壓缸高壓進汽口、排汽口位置不變，汽缸外形大小不變、汽封管路接口位置尺寸不變。更換高壓缸后，由于增加了抽汽口法蘭，而原主蒸汽管路未換，則新增加的抽汽管路與高壓主汽閥門的平衡管相干涉，故需要更換平衡管。

此改造方案需要更換部件的投入成本大，但是整體工藝性好、加工焊接風險小。

4 機組可靠性分析

4.1 改造后機組強度核算

4.1.1 高壓隔板強度核算。高壓缸隔板強度計算數據如下：

板體應力和撓度均在允許范圍內，可直接使用，第七、八級隔板需返廠進行局部加工。

4.1.2 動葉片強度核算。第8級后抽汽，仍采用原葉片，經對該級強度工況進行核算，最大蒸汽彎應力為270.88ata，安全倍率為13.56，均在允許范圍之內，原葉片可以安全運行。詳見表3：

4.2 機組軸向推力變化

增加一級高加后機組運行軸向推力變化值見表4：

原330MW機組通流在1004t/h進汽工況時推力值-2029.54kgf，高壓缸增加一級非調整抽汽用于增加一級高加后，最大進汽工況的推力值為-4311.6kgf，軸向推力減少約2282kgf。

原330MW機組推力瓦正、負瓦面積相同，均為1360cm2，允許比壓最大可達2.45～2.74MPa，折算成推力為±34000～38000kgf，說明回熱系統改造后機組運行推力仍在允許值范圍內，機組可安全運行。

5 技術改造結論

通過對大唐桂冠合山發電有限公司亞臨界330MW機組熱力系統及本體結構兩方面進行改造方案的論證分析，得出以下結論：

5.1 在熱力系統改造方面

從循環效率看，高壓加熱器疏水逐級自流方式是最經濟的，但是考慮機組回熱系統改造的原則性和可行性，采用新增加的高壓加熱器疏水直接疏至主凝結水管道（4號低加出口）的改造方案，對原有高加和給水系統的影響最小，且不同的疏水方式對熱經濟性收益的影響有限。另外，機組原外置式過熱蒸汽冷卻器置于新增加的8號高壓加熱器后可以進一步提高鍋爐給水溫度，并降低機組熱耗率。

從熱力系統改造方面考慮，采用6號高加外置蒸冷器仍置于給水加熱系統最末端且新增高加疏水回4號低加出口的方案。

5.2 在本體結構改造方面

目前北重公司已有成熟的配置8級回熱的亞臨界330MW機組高壓模塊運行業績，在機組結構可靠性方面，因此更換高壓內、外缸為本體改造方案。

5.3 機組熱經濟性方面

本項目按上述方案改造完成后，機組熱耗率較改造前可下降約49.0kJ/kW·h，年節約標煤約2927.2噸，年累計節約成本約219.5萬元（按標煤750元/噸計算），節能效益顯著。

5.4 綜合可靠性方面

通過對熱力系統改造論證、機組強度、運行推力的可靠性計算分析及機組啟動程序的調整考慮，本機組改造方案在技術上是完全可行的。

綜上所述，N330-17.75/540/540型機組增加一段回熱抽汽改造技術方案可行。但需要說明的是，由于機組通過回熱系統改造提高了最終給水溫度值，將對鍋爐受熱面產生影響，需要對配套鍋爐進行的相關改造進行可研論證，另外新增高加布置以及相關給水系統管路改造等工作也需要進行可研論證。

特別提示：汽輪機回熱系統改造對鍋爐效率及其他方面的影響，需要做進一步的論證。在鍋爐、汽輪機回熱系統改造都完成后方可對整個電廠熱力循環效率的提升（供電煤耗的下降）進行探討，最終確定節能指標數據。

作者簡介：劉燕（1962-），男，遼寧建平人，大唐桂冠合山發電有限公司工程師，研究方向：發電廠電力系統及自動化。

（責任編輯：陳 倩）