試論三缸三排汽200MW汽輪機低壓轉子光軸改造的難點和特殊性

柳邦家

【摘 要】電力系統節能減排工作勢在必行，近幾年國家在環境保護和經濟效益上管控力度逐漸加大，在未來的電力行業，作為電源端，環保指標和供電煤耗將是一個企業的立命之本，本文主要就華電能源富拉爾基發電廠汽輪機低壓缸光軸改造技術的難點和特殊性進行了認真分析，總結攻克難點的辦法，為節能降耗工作拓展新的發展思路。

【關鍵詞】三缸三排汽 200MW汽輪機 低壓轉子 光軸改造

隨著社會城鎮化速度的加快，未來數以億萬計的農民也將從農村涌入城市，城市供熱面積逐年增加，而與之對應的國家GDP增速放緩，煤炭、石油、重金屬大力去產能，電力市場發電側企業的日益增多和用電量的逐年降低，在國際大背景下和中國電力市場發展本身的瓶頸下，熱電廠，特別是小的熱電廠要想在日益激烈的電力市場競爭中脫穎而出，沒有一點創新的思維和開拓經營的辦法，顯然是行不通的，本文主要就華電富拉爾基發電廠的低壓缸光軸改造技術中遇到的一些難點進行了詳細分析，并提出解決問題的有效方法。

1 機組簡介

華電能源富拉爾基發電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機，機組有三個低壓缸。總裝機容量 1200MW，分為二期建設，一期 3 臺 200MW 機組，二期擴建3 臺 200MW 機組，共 6 臺 200MW 凝汽式機組。汽輪機均為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司八十年代產品，汽輪機為沖動式三缸三排汽凝汽式汽輪機。分別于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投產發電。其中二期 3 臺汽輪機分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術進行了通流部分擴容改造，額定功率達到 210MW。

2 低壓缸轉子光軸改造的原理

華電能源富拉爾基發電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機，機組有三個低壓缸。低壓缸汽端改造主要有兩個思路：一是在聯通管處抽汽打孔，但是這種模式抽汽量小，抽汽性能不穩定，一是對汽輪機低壓部分進行光軸改造，拆除 #2、#3低壓缸的葉片，#1低壓缸與中壓缸是一體結構，#2、#3號低壓缸對稱分布，低壓光軸供熱改造難度大。國內其它電廠已進行過低壓缸光軸供熱改造，并成功運行，但相關改造汽輪機只有一個對稱分布低壓缸，而富拉爾基三排汽200MW汽輪機有三個低壓缸，給改造及改造后的運行帶來很大困難，只有克服這些困難，項目才能順利實施。

改造后，低壓缸采用雙轉子互換形式，非供熱期仍采用原機組低壓轉子，低壓缸以純凝形式運行；供熱期低壓轉子采用低壓光軸，只起連接作用，低壓部分并不作功發電，中低壓聯通管排汽用于供熱，充分利用汽輪機排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，以滿足冬季采暖供熱，擴大熱網供熱能力，降低機組運行熱耗，能有效的滿足富發電廠規劃的250萬平方米的供熱負荷，并為富發電廠新機供熱提供備用熱源，保障供熱安全。同時還可以實現機組深度調峰，解決冬季電網熱電矛盾，實現電廠節能減排、節約用水、創造經濟效益的目標。

根據國家節能減排的方針政策， 以及華電公司的要求， 富拉爾基發電廠擬在供熱期，對三排汽 200MW 汽輪機進行低壓光軸供熱改造。三排汽 200MW 汽輪機有三個低壓缸，其中#1 低壓缸與中壓缸是一體結構，#2、#3號低壓缸對稱分布，供熱改造技術存在一定難度。考慮到機組三排汽特點，改造最佳選擇為采用低壓缸光軸解列技術（中低壓聯通管排汽全部去熱網加熱器）進行改造。機組#2、#3 號低壓缸解列，用新設計低壓光軸轉子代替原低壓轉子。低壓光軸轉子只起連接作用，低壓部分并不作功發電，中壓聯通管排汽用于供熱；非供熱期仍采用原機組低壓轉子，恢復低壓缸凝汽式運行。

目前國內已有部分電廠進行了低壓光軸改造，且取得了良好的實際效應，如國電濮陽電廠 210MW汽輪機，華能煙臺電廠 100MW 汽輪機等。汽輪機低壓缸光軸改造技術使供電煤耗顯著降低，節省了煤炭方面的發電成本；還對碳氧化物、硫化物，氮氧化物的排放起到了一定的遏制作用；光軸改造后機組在供熱期可參與深度調峰，為企業的發展和新能源的入網做出了一定貢獻。

3 汽輪機低壓轉子光軸改造主要技術難點

（1）改造中需將三缸三排汽200MW汽輪機低壓轉子拆除，更換成一根套裝光軸低壓轉子，連接中壓轉子與發電機，起到傳遞扭矩的作用，而且光軸轉子的重量、轉動慣量、楊度等和原轉子盡可能相同或相近，以保證臨界轉速盡可能不發生變化，軸承也不必更換；

（2）更換光軸時，低壓缸的隔板、導葉也需要一并拆除，汽輪機組的基礎、汽缸等盡量不動，通流部分改造后夏季仍可恢復原純凝運行；

（3）機組在運行過程中，光軸會與低壓缸內的蒸汽產生摩擦鼓風發熱，需要對其進行冷卻；

（4）低壓缸通流部分的改造要考慮光軸的冷卻問題；

（5）光軸冷卻方案還要結合冷凝器的運行方式一并考慮，冷凝器維持真空熱備用，并需要從中排引一股蒸汽對光軸進行冷卻；

（6）改造后，機組的低壓通流部分只剩下了1#低壓缸，中排壓力需要靠進汽量和抽汽量來調節，不能過高也不能過低；

（7）連通管需要改造，蒸汽不再進入#2、#3低壓缸而直接接到抽汽管去熱網；

（8）冷凝器及循環水泵、凝結水泵等輔機設備的運行方式需做調整；

（9）光軸改造機組啟動、運行、停機過程中調整問題；

（10）200MW汽輪機光軸改造后低負荷運行穩定問題；

（11）供熱期凝汽器強度、工作狀態能否滿足機組安全運行需要；

（12）加熱器能否滿足供熱期機組運行需要。

4 汽輪機低壓轉子光軸改造技術難點解決方案

低壓缸光軸轉子采用套裝形式，即原有低壓轉子也可以和改造后的新的低壓轉子進行互換，這就是低壓轉子互換技術，在不供熱時，我們可以采用原有低壓轉子純凝工況運行，在供熱期換上改造后的套裝光軸轉子，此時低壓缸不用于發電，只相當于排氣裝置的一個熱源。為保證光軸轉子的重量、轉動慣量、楊度等和原轉子盡可能相同或相近，我們需要采取以下措施：將汽輪機原低壓缸轉子拆除后，返至哈爾濱汽輪機廠，要求對照原來的轉子加工一條套裝低壓缸轉子，使兩個轉子的各種特性盡可能一致，為了達到這個目的，必要時還要對汽輪機原低壓轉子進行部分技術改造，如增加配重、拆除部分葉片、對汽輪機低壓缸通流部分進行適當改造等；新的低壓缸轉子加工完畢后為了確保轉子和中壓缸、發電機的法蘭能夠實現無縫連接，還需要使用專門的定位儀器，確保新加工的低壓缸轉子法蘭連接孔和原低壓缸轉子高度匹配。

在拆除低壓缸的導葉、隔板時，不對汽輪機的基礎和汽缸進行任何移動，且對汽輪機通流部分改造完畢后，再結合本次光軸改造的汽輪機運行工況，做一下低壓缸雙轉子互換前后的轉子的全速動平衡試驗，并以試驗數據作為對低壓缸通流部分改造、低壓轉子套裝契合度，低壓缸導葉、隔板拆除成功的依據。

關于光軸冷卻問題，在機組供熱期，因為汽輪機的2、3號低壓缸已經改造為光軸，啟機初期鼓風摩擦產生的熱量大，而汽輪機1號低壓缸仍保有部分葉片，這樣導致的后果就是汽輪機低壓缸受熱不均，膨脹不均，為避免上述情況產生，采取以下措施：

（1）引入一路汽源，對低壓缸進行冷卻，注意冷卻汽源的參數選擇，必要時可對冷卻汽源加裝降溫降壓裝置，并注意低壓母管軸封壓力和軸封冷卻器的壓力。

（2）由于運行人員日常操作量大，可對低壓缸的排氣溫度實行自動控制，自動報警，自動開啟相關調整門處理。

（3）更換原中低壓聯通管，并在原中低壓聯通管適當位置加裝管道，并設置法蘭連接和封堵裝置，在非供熱期進行封堵，保證原機組運行模式；在直管段增加兩法蘭，法蘭之間可增設堵板，在供熱期進行封堵，阻斷汽流進入低壓缸。原進入2、3號低壓缸的蒸汽變為熱網加熱汽源，系統由供熱管路、電動調節閥、彈簧式安全閥逆止閥、壓力溫度測點及控制系統組成等組成。

（4）冷凝器及循環水泵、凝結水泵等輔機設備的運行方式要分為兩種方式區別對待，在非供熱期輔機設備保持原有的工作方式運行，在供熱期，凝汽器相當于第一道熱網原點，要注意凝汽器的工作環境和背壓變化趨勢，還要注意凝泵的氣蝕問題，循環泵和背壓的曲線關系也要重新優化。

（5）光軸改造機組啟動、運行、停機過程中調整問題，光軸改造投入運行后，在機組啟停機過程中最需要關注的是低壓缸排汽溫度，要隨時嚴密跟進調整，在機組運行中要嚴密監視汽輪機的脹差、缸脹、軸向位移和振動，并加強對汽輪機滑銷系統的監視，時刻關注汽輪機金屬溫度。

（6）200MW汽輪機光軸改造后低負荷運行穩定問題，機組光軸改造后，特別是在低負荷運行期間，投油穩燃，同時加強各系統的巡視檢查，對汽輪機光軸改造后發現的問題進行歸納總結，完善運行分析，更有利于今后工作的開展。

5 結語

在降本增效和環境保護的背景下，華電富拉爾基發電廠以低壓缸轉子光軸改造為技術突破口，在尋求低壓缸轉子互換的發展新思路，本文主要就低壓缸光軸改造技術中遇到的一些難點和實際問題進行了深度剖析，提出了一些行之有效的對癥意見和觀點，希望能給讀者提供一個解決問題的思路。