200 MW汽輪機整體優化改造及效果評價

劉彥豐，付曉俊

(華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北保定071003)

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200 MW汽輪機整體優化改造及效果評價

劉彥豐，付曉俊

(華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北保定071003)

摘要：分析了某200 MW汽輪機組存在的問題，提出了對該機組整體優化的改造方案。通過性能考核試驗驗證，改造后的汽輪機效率得到了提高，3VWO工況下，汽輪機熱耗率下降了442.45 kJ/(kW·h)，折算成發電煤耗率下降量為16.84g/(kW·h)，高、中壓缸效率分別提高了5.14%、2.21%。熱耗降低明顯，達到了預期的增容降耗的目的,符合國家節能減排的大戰略。

關鍵詞：汽輪機；整體優化；熱耗

0引言

某電廠5號汽輪發電機組為哈爾濱汽輪機廠生產的沖動式、一次中間再熱、單軸、三缸、三排汽、冷凝式汽輪機，型號為N200-130-535/535型，冷卻方式為直流開式循環，水源取自嫩江。高壓缸為雙層缸結構，中壓缸為單層缸，低壓缸為對稱分流式。汽輪機共有37級葉輪，高壓轉子12級葉輪，第一級為單列調節級，轉子為整段式；中壓轉子裝有15級葉輪，其中前7級為整段式，后8級為套裝式；低壓轉子10級葉輪全部為套裝式。在以往的改造中，胡遠濤等[1]、李清[2]等對汽輪機通流部分進行了改造，王艷[3]對汽輪機噴嘴技術進行了改造，鐘閣順[4]等對汽輪機配汽進行了改造及優化，都取得了一定的效果。以往的改造只針對汽輪機的某個部分，汽輪機效率的提高有限。為了進一步提高汽輪機效率，增加功率降低煤耗，提高機組經濟效益，現對該機組進行整體優化改造。不僅對汽輪機本體進行優化改造，對各個輔機也進行優化，以最大的提高改造效果。

1機組存在問題分析

機組目前的性能與設計值有較大的差距。5號機組3VWO工況下試驗熱耗率為8 777.17 kJ/(kW·h)，進行二類修正后熱耗率為8 663.98 kJ/(kW·h)，比THA設計工況下熱耗率8 246.28 kJ/(kW·h)高出417.70 kJ/(kW·h)，高壓缸效率試驗值為79.09%，比設計值85.05%低5.96%，中壓缸效率試驗值為88.21%比設計值92.30%低4.09%。在對5號機組進行了全面的性能診斷試驗及現場檢查后，發現汽機側存在如下問題：

(1)汽缸效率偏低

3VWO工況試驗下，高壓缸效率試驗值為79.09%，比設計值85.05%低5.96%；中壓缸效率試驗值為88.21%，比設計值92.30%低4.09%。

造成汽缸效率偏低的主要因素有：通流部分的動靜間隙較設計值大；通流部分加工質量與設計存在偏差；高壓調速汽門存在較大節流損失等因素。

(2)機組凝汽器清潔系數為0.54，與0.88的設計值有一定的差距。

(3)為測試循環水泵性能，分別進行了1號與3號循泵并聯、2號與3號循泵并聯、1號與2號循泵并聯及三泵并聯工況試驗，性能試驗表明，1號循環水泵在不同工況下的效率為62%-67%，比2號、3號循泵效率低5%以上；循環水泵采用單速運行，運行方式比較單一。

(4)高壓加熱器堵管數較多，其中1號高加堵管數為87根，2號高加堵管數為45根。試驗發現加熱器端差偏離設計值，存在進一步優化的空間。

(5)機組熱力系統內漏現象較為嚴重，內漏閥門較多。

(6)機組保溫多處不合格。

2總體改造構想及內容

2.1改造構想

根據火力發電科學技術發展趨勢，5號機組優化改造總體構想是在保證機組安全性前提下：

提高機組內效率；

提高機組回熱效率和換熱器效率；

提高主要輔助設備效率降低廠用電率；

減少熱力系統內漏；

提高設備可靠性和可調性，優化機組運行調度。

2.2改造內容

在分析了機組目前所存在的問題的基礎上，結合國內現有的改造經驗，現提出如下的改造方案：

(1)通流汽封改進

對已改造過的布萊登汽封及蜂窩汽封，本次大修以檢查性修復為主，對損壞部分進行更換，以維持汽封的改造效果；對于鑲嵌式汽封，本次大修對間隙超標部分進行重新鑲嵌，將間隙調整至設計下限；對汽缸汽封間隙進行統一優化調整，達到良好的檢修效果。

(2)通流部分進行除垢

機組常規大修中，通流部分污垢的清理方法主要有：高壓水槍清洗法、噴沙處理法及人工打磨等方法。但這幾種方法存在一些缺點，如消耗大量人力、污染大、噪音大、表面不光潔等問題。轉臺式噴丸清理機是汽輪機除垢(銹)專用設備，采用該技術對汽輪機通流部分進行除垢(銹)后，表面光潔度能夠達到5級，露出光亮的金屬光澤。經過噴丸處理的汽輪機通流部分效率增加1%～3%，表面疲勞強度能夠提高1O%。同時提高了除垢的工作效率。

(3)主機軸瓦修復

軸瓦間隙超標，導致軸系穩定性差、晃度大，并使汽封間隙增大，因此，為達到機組整體優化目標，保證汽封間隙最小，為配合汽封改造，應進行軸瓦修復。

(4)主汽調門閥口、閥桿更換

主汽調門經過長時間運行，受高壓蒸汽沖刷嚴重，機組檢修過程中發現主汽調門閥口位置沖刷嚴重，造成調門節流損失較大，需更換閥口及閥桿。更換后，機組在順序閥運行中，高壓蒸汽經過高壓調門時節流損失減少，有助于汽缸效率的提高，對機組運行經濟性產生積極影響。

(5)輔機改造

循環水泵、疏水擴容器、內冷水冷卻器、高壓加熱器等輔機進行優化改造，以提高其經濟效益。

(6)機組運行方式優化調整

通過定滑定試驗制定出機組的定滑定曲線，以優化閥門開度與機組負荷之間的匹配。加熱器端差偏離設計值，加熱器運行水位有待優化。通過加熱器水位優化，使加熱器水位在最佳值運行，減小加熱器端差，提高機組運行經濟性。通過定滑定及加熱器水位優化等試驗，制定出符合機組實際情況的定滑定曲線和加熱器最佳水位，進一步優化機組運行方式，提高機組運行經濟性。

3整體優化改造效果及分析

整體優化后，為驗證改造后汽輪機的熱力性能指標是否達到改造的要求，進行了修后熱力性能考核實驗。

3.1實驗工況

5號汽輪機組大修后診斷試驗工況如表1。

表1　5號汽輪機組優化改造后鑒

3.2實驗結果及分析

熱力性能考核實驗結果如表2、表3、表4、表5所示。

表2　5號機組改造后熱耗率試驗結果

注：鍋爐效率取91.5%，管道效率取98%。

從表中數據可見，優化改造后3VWO工況下熱耗率為8 475.78 kJ/(kW·h)，比改造前熱耗率8 918.23 kJ/(kW·h)下降442.45 kJ/(kW·h)，比3VWO工況下設計值8 250.80 kJ/(kW·h)高224.98 kJ/(kW·h)。220 MW工況下熱耗率為8 498.51 kJ/(kW·h)，比改造前熱耗率8 962.17 kJ/(kW·h)下降了463.66 kJ/(kW·h)，比3VWO工況下設計值8 250.80 kJ/(kW·h)高247.71 kJ/(kW·h)。

表3　5號機組改造前、后熱耗率對比

表4　5號機組改造前、后高壓缸效率對比表

5號機組優化改造后3VWO工況下高壓缸效率為84.24%，比改造前79.09%提高5.14%；220MW工況下高壓缸效率為82.88%，比改造前 78.84%提高4.04%。本次優化改造中通過對汽封的改造、通流部件的處理及其間隙的調整，高壓缸效率提升顯著。

優化改造后5號機組3VWO工況下平均中壓缸效率為91.19%，比改造前效率88.21%提高2.98%；220MW工況下中壓缸效率為90.58%，比改造前效率 88.37%提高2.21%。本次優化改造中通過對汽封的改造、通流部件的處理及其間隙的調整等措施，中壓缸效率提高明顯。

表5　5號機組改造前、后中壓缸效率對比表

4結論

通過整體優化改造，熱耗率及高、中低壓缸效率都得到了很大的提高，提高了機組效益，實現了增容降耗的目的。與優化改造前熱耗率相比較，下降了442.45 kJ/(kW·h)，折算成發電煤耗率下降量為16.84 g/(kW·h)，優化改造效果明顯。改造后機組運行良好，極大地響應了國家節能降耗的戰略，為電力企業的同類型機組的節能增容降耗改造提供一定的參考。

參考文獻:

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Technical Improvement and Analysis of Whole Optimization on 200 MW Steam Turbine

LIU Yanfeng, FU Xiaojun( School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

Abstract：This paper analyzes the problems of a 200 MW steam turbine, and puts forward an optimization scheme of the whole unit. After the transformation, the efficiency of the steam turbine is improved and the scheme is verified by the performance tests. Under 3VWO working conditions, the steam turbine heat consumption rate decreased by 442.45 kJ/(kW·h), rectified into electricity coal consumption rate of 16.84 g/(kW·h). The efficiency of high pressure cylinder and middle pressure cylinder increased by 5.14% and 2.21% respectively. The heat consumption is reduced obviously, and the expected purposes of the capacity expanding and consumption reducing are reached. It conforms to the national strategy of energy saving and consumption reducing.

Keywords：steam turbine; whole optimization; heat consumption

中圖分類號:TK11

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.011

作者簡介：劉彥豐(1965-)，男，教授，主要從事高效清潔燃燒技術及環境污染控制方面的研究，E-mail:liuyf100@sina.com。

收稿日期：2016-01-20。