100MW機(jī)組低壓缸高背壓供熱改造

王新　王學(xué)博

摘要：本文主要介紹N1008.38/535型高溫、高壓、雙缸、沖動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)，在保持現(xiàn)有鍋爐參數(shù)及現(xiàn)有高壓通流部分不變的前提下，通過(guò)對(duì)100MW汽輪機(jī)高背壓循環(huán)水供熱改造，將原來(lái)從冷卻塔排入自然界的熱量回收利用，在冬季供熱工況中增加供熱面積，同時(shí)保證低壓缸高效率運(yùn)行，機(jī)組安裝投運(yùn)后，該機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行情況及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定，運(yùn)行期間的煤耗顯著降低，達(dá)到了提高汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的目的，同時(shí)對(duì)同類型機(jī)組的低壓缸高背壓供熱改造提供借鑒的意義。

關(guān)鍵詞：低壓缸；通流改造；高背壓；循環(huán)水供熱

1 低壓缸高背壓供熱改造要求及影響分析

1.1 原機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

原機(jī)組為兩個(gè)汽缸的分缸式結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)高壓缸和一個(gè)雙排汽的低壓缸。整機(jī)共25級(jí)，其中低壓缸為對(duì)置分流的雙排汽低壓缸，低壓轉(zhuǎn)子為套裝轉(zhuǎn)子有2×5壓力級(jí)，低壓末級(jí)采用4叉葉根的665mm葉片，額定背壓為4.9KPa。

1.2 低壓缸高背壓循環(huán)水供熱改造要求

機(jī)組改造要求在保持現(xiàn)有鍋爐參數(shù)及現(xiàn)有高壓通流部分不變的前提下，通過(guò)對(duì)低壓缸通流改造，實(shí)現(xiàn)高背壓循環(huán)水供熱的目的。改造后，凝汽器高背壓工況下熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度為50℃，額定背壓43.6KPa，凝汽器的出水溫度為72～75℃，低壓缸殼體不變，低壓缸的原支撐方式不變，汽輪機(jī)各軸承座不變。

1.3 低壓缸高背壓循環(huán)水供熱改造對(duì)機(jī)組的影響

低壓缸高背壓循環(huán)水供熱改造后，對(duì)機(jī)組運(yùn)行主要有以下影響：

1）背壓升高對(duì)端部汽封封汽效果影響；

2）汽輪機(jī)高背壓供熱工況，低壓末級(jí)處于過(guò)熱與飽和交變區(qū)，應(yīng)保證排汽溫度不超溫；

3）在循環(huán)水回水溫度低時(shí)末級(jí)葉片的強(qiáng)度。

2 低壓缸高背壓供熱改造方案

采用雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換方案，可以保證機(jī)組在采暖期和非采暖期運(yùn)行都具有良好的經(jīng)濟(jì)性，即：采暖供熱期間使用動(dòng)靜葉片相對(duì)減少的新高背壓轉(zhuǎn)子及相應(yīng)的隔板，通過(guò)新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子和隔板，達(dá)到要求額定背壓43.6KPa；非采暖期使用原低背壓轉(zhuǎn)子及相應(yīng)的隔板。低壓缸供熱改造采用上述方案，新低壓轉(zhuǎn)子對(duì)輪和原機(jī)組的高中壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接使用液壓螺栓，這樣解決了轉(zhuǎn)子對(duì)輪連接的問(wèn)題。

3 低壓缸高背壓供熱雙轉(zhuǎn)子互換的特點(diǎn)

3.1 采用雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換結(jié)構(gòu)

為了增大機(jī)組供熱能力，提高機(jī)組供熱運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，對(duì)低壓缸實(shí)施雙轉(zhuǎn)子互換低真空高背壓供熱改造。

新設(shè)計(jì)的低壓轉(zhuǎn)子級(jí)數(shù)由原來(lái)純凝低壓轉(zhuǎn)子的2×5級(jí)減少至2×3級(jí)，調(diào)整了葉片幾何尺寸，滿足機(jī)組額定背壓43.6kPa、最大背壓48KPa的運(yùn)行要求。

主要改造的內(nèi)容：低壓整鍛轉(zhuǎn)子；全部2×3級(jí)隔板包括隔板汽封、圍帶汽封；2×3級(jí)動(dòng)葉片； 進(jìn)汽分流環(huán)1套，排汽導(dǎo)流環(huán)2套；前、后軸端汽封體及汽封圈；導(dǎo)流環(huán)噴水裝置。

3.2 低壓通流改造采用的技術(shù)措施

1）對(duì)低壓通流部分進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)。①將現(xiàn)在高背壓供熱工況下的新的13級(jí)放在原來(lái)純凝工況的24級(jí)的位置；②在第一級(jí)隔板外環(huán)前伸出一部分，保護(hù)原第一級(jí)的槽檔，減少供熱運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氧化腐蝕；③在原末級(jí)位置加裝了導(dǎo)流環(huán)，對(duì)低壓排汽有很好的導(dǎo)流作用。

2）全部靜葉采用后加載彎扭聯(lián)合成形靜葉柵。正反1～3級(jí)隔板采用焊接結(jié)構(gòu)。正反所有級(jí)動(dòng)葉采用性能優(yōu)良、型損較低的新葉型，且動(dòng)葉采用內(nèi)斜外平自帶冠、多齒結(jié)構(gòu)汽封。

3）前后軸端汽封采用密封性能良好的蜂窩汽封。

4）該機(jī)組改造后背壓變化大，接近空冷機(jī)組運(yùn)行環(huán)境，因此末級(jí)動(dòng)葉采用的軸向?qū)挾却螅~片抗彎性能好的葉型，并增加了防腐蝕的電火花強(qiáng)化措施。葉根采用4叉葉根，它與T型或雙倒T型葉根相比，剛性大，防腐蝕性能好。并按照了空冷末級(jí)動(dòng)葉的強(qiáng)度考核標(biāo)準(zhǔn)考核，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

3.3 低壓缸高背壓供熱改造的主要結(jié)構(gòu)

1）新設(shè)計(jì)的低壓轉(zhuǎn)子。新設(shè)計(jì)的低壓轉(zhuǎn)子整鍛轉(zhuǎn)子，采用材料為30Cr2Ni4MoV，左右對(duì)稱分布2×3級(jí)葉輪。30Cr2Ni4MoV鋼目前廣泛應(yīng)用于大功率汽輪機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子，σ0.220=760Mpa，轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度和軸系振動(dòng)特性完全要求。

2）低壓隔板。正反共6級(jí)隔板全部采用焊接結(jié)構(gòu)，隔板材料為ZG230450，靜葉片材料為1Cr13。葉根子午面擴(kuò)張技術(shù)，改善了隔板子午面的氣動(dòng)性能，同時(shí)末級(jí)隔板設(shè)計(jì)了去濕裝置提高了機(jī)組的可靠性。

3）動(dòng)葉片。新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子動(dòng)葉軸向?qū)挾却螅~片和葉根剛性好，低壓第1、2級(jí)為外包倒T型葉根，低壓第3級(jí)為四叉型葉根，末級(jí)葉片長(zhǎng)度：258mm。動(dòng)葉片材料為2Cr13。

4）導(dǎo)流環(huán)噴水系統(tǒng)。導(dǎo)流環(huán)的低負(fù)荷噴水系統(tǒng)的設(shè)置是為了機(jī)組在啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，由于蒸汽流量較小，再加上末級(jí)葉片在運(yùn)行中摩擦鼓風(fēng)的影響使低壓缸排汽溫度升高，為了機(jī)組的安全運(yùn)行所設(shè)計(jì)的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)?shù)蛪焊着牌糠值臏囟冗_(dá)到82℃時(shí)，DCS經(jīng)判斷后指示電磁閥打開，經(jīng)過(guò)濾水器的除鹽水，由裝設(shè)在排汽缸上的霧化噴嘴進(jìn)行噴水冷卻。汽輪機(jī)在電廠安裝且噴水系統(tǒng)外部管路接好后，做噴水試驗(yàn)檢查噴嘴霧化情況并避免水直接噴到末級(jí)動(dòng)葉片上。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)低壓缸通流進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，可以使雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換方案中的新轉(zhuǎn)子更適應(yīng)高背壓供熱的運(yùn)行，將原來(lái)從冷卻塔排入自然界的熱量回收利用，在冬季供熱工況中增加供熱面積，同時(shí)保證低壓缸高效率運(yùn)行，機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)行，改造后的機(jī)組安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性有了大幅提高，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)及指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良同時(shí)對(duì)同類型機(jī)組的低壓缸高背壓供熱改造提供借鑒的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔冰.100MW機(jī)組低真空供熱可行性分析.資源節(jié)約與環(huán)保，2015（1）.

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