汽輪機(jī)熱力性能診斷及改造

王麗娜

摘要：利用各種算法編制機(jī)組的熱力性能計(jì)算程序，計(jì)算并比較汽輪機(jī)熱耗率、汽輪機(jī)缸效率以及機(jī)組煤耗率等主要性能指標(biāo)。通過(guò)采用新型高中壓整體內(nèi)缸、多級(jí)小焓降葉型、裝配式噴嘴組及隔板、新型專利汽封配合“小間隙啟動(dòng)方式”、新型360°蝸殼進(jìn)汽式鑄造低壓內(nèi)缸以及新型聯(lián)通管等措施對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面通流改造。機(jī)組改造后效率得到了顯著提高，同時(shí)降低煤耗，具有很好的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：改造;整體內(nèi)缸;小焓降葉型;專利汽封;小間隙啟動(dòng);蝸殼;效率;煤耗

0 ?引言

汽輪機(jī)發(fā)電已經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展歷史。目前世界上80%以上的電能由火電和核電汽輪機(jī)組提供，在各種發(fā)電設(shè)備中占主導(dǎo)地位。盡管蒸汽、燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的發(fā)展有上升的趨勢(shì)，但由于其中約1/3功率仍需由汽輪機(jī)承擔(dān)，故上述比例不會(huì)有明顯的變化。電力產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致電力工業(yè)和電網(wǎng)容量的快速增長(zhǎng)，高參數(shù)大容量的趨勢(shì)日趨明顯，需要計(jì)算大量的一系列熱力學(xué)指標(biāo)。常用的診斷方法是熱偏差法，也是最早的針對(duì)小指標(biāo)的診斷方法，先把系統(tǒng)性能指標(biāo)分成多組小指標(biāo)，再對(duì)各個(gè)指標(biāo)的差異進(jìn)行分析。計(jì)算這些參數(shù)偏離基準(zhǔn)值時(shí)引起的偏差。從熱力學(xué)定律角度出發(fā)多應(yīng)用等效焓降分析方法，該方法分析機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)及凝汽器參數(shù)的耗差。取消原機(jī)組中的高壓內(nèi)缸、噴嘴室、高壓隔板套、中壓隔熱罩等結(jié)構(gòu)，改換為新型高中壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)。

熱偏差方法計(jì)算清晰，讓人一目了然，能夠作為工作人員的操作手冊(cè)，調(diào)理機(jī)組的運(yùn)行模式。依照熱力定律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析。包含熱力學(xué)利益定律，主要應(yīng)用有熱平衡法、等效焓降法和循環(huán)函數(shù)法等，以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的方法，如熵方法發(fā)展迅速。也可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)矩陣方法進(jìn)行分析。

①熱平衡法。

是以熱力第一定律為基礎(chǔ)，計(jì)算出數(shù)量轉(zhuǎn)換和利用的情況引起的能量變化，計(jì)算熱耗率和煤耗率，求出熱力性能指標(biāo)，同時(shí)計(jì)算出系統(tǒng)的熱效率。這種方法是其他各種方法的基礎(chǔ)。利用加熱器水和熱量的平衡原理，列出方程，計(jì)算出蒸汽流量、給水流量等參數(shù)。由于國(guó)家節(jié)能減排政策的要求，要求分析計(jì)算的精度很高，因此在對(duì)定量計(jì)算精度要求高的時(shí)候，還是要采取熱平衡法。

②等效焓降法。

等效焓降法是一種完整的熱力計(jì)算理論，對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行定量分析。結(jié)合熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)參數(shù)的特征，參照熱功轉(zhuǎn)換原理，計(jì)算出抽汽等效焓降法和效率，來(lái)檢測(cè)熱功能轉(zhuǎn)換及能量利用程度。通常應(yīng)用于熱力系統(tǒng)的整體計(jì)算，也做局部定量分析。

③循環(huán)函數(shù)法。

這是我國(guó)創(chuàng)立的一種算法，將復(fù)雜的熱力系統(tǒng)分為主循環(huán)和輔助循環(huán)，用定性分析和循環(huán)公式定量計(jì)算循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，再綜合系統(tǒng)指標(biāo)。這種方式簡(jiǎn)化了電廠熱力系統(tǒng)計(jì)算，也能進(jìn)行局部分析。不足之處就是概念多，公式復(fù)雜，工程人員掌握理解需要難度。

④矩陣分析法。

這種算法的特點(diǎn)就是可以批量運(yùn)算，一次運(yùn)算量幾十個(gè)，大幅度提高運(yùn)算效率，特別適合于當(dāng)今計(jì)算機(jī)時(shí)代。也可以把熱力系統(tǒng)計(jì)算方法和矩陣分析法結(jié)合起來(lái)，形成新的方法。

1 ?改造擬采用的先進(jìn)技術(shù)

1.1 新型高中壓整體內(nèi)缸

詳細(xì)分析并優(yōu)化葉片分別在動(dòng)、靜截面葉型的流動(dòng)性，由于新葉型具有良好的攻角適應(yīng)性，葉型設(shè)計(jì)可以改變負(fù)荷工況運(yùn)行條件，從而降低熱消耗。

1.2 裝配式噴嘴組及隔板

采用銑制裝配式噴嘴組，參照動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)原理來(lái)裝配靜葉片，方便拆裝，提高檢修效率高。改造時(shí)靜葉采用動(dòng)葉片設(shè)計(jì)理念，無(wú)焊接部分，避免了由于熱處理帶來(lái)的葉片變形，除低壓末級(jí)和次末級(jí)隔板外，能夠保持相互連接的穩(wěn)定性，使現(xiàn)場(chǎng)安裝拆卸更為方便快捷，其余均采用裝配式靜葉，預(yù)扭安裝，提高機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

保證制造精度，節(jié)約加工周期，從而更好保證葉片通流精度，提高機(jī)組效率，能夠確保機(jī)組的安全性。一旦葉片損壞可以更換指定的葉片，保證機(jī)組能更快投入運(yùn)行。

1.3 新型專利汽封配合小間隙啟動(dòng)方式

①通過(guò)在溫度場(chǎng)分析軟件和科學(xué)的設(shè)計(jì)手段來(lái)考慮動(dòng)靜葉變型。為了更準(zhǔn)確的通過(guò)半實(shí)缸調(diào)整出全實(shí)缸間隙轉(zhuǎn)動(dòng)部件離心力變形和熱變形、油膜厚度導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子偏置、圍帶與圍帶。汽封調(diào)整中引入汽缸全實(shí)缸撓度測(cè)量和半實(shí)缸撓度測(cè)量，葉根與葉根之間接觸緊力軸承座和支承鍵的熱膨脹、以保證汽封間隙及核算，使汽封冷態(tài)間隙值更符合運(yùn)行狀態(tài)。

②采用哈汽公司研究的新型專利汽封配合“小間隙啟動(dòng)方式”可以很大程度的減少漏汽損失。通過(guò)設(shè)置全實(shí)缸和半實(shí)缸的撓度值可以修正機(jī)組汽封間隙系數(shù)Z=Y-X。啟動(dòng)過(guò)程中汽封同轉(zhuǎn)子摩擦，通過(guò)修正后不至于引起汽輪機(jī)過(guò)大的振動(dòng)，同時(shí)不會(huì)磨損轉(zhuǎn)子表面。

1.4 新型360°蝸殼進(jìn)汽式低壓內(nèi)缸

原機(jī)組低壓設(shè)有單層內(nèi)缸、進(jìn)氣通道的支撐部件多會(huì)影響流動(dòng)效率，會(huì)導(dǎo)致回?zé)岢槠麥囟绕撸瑸榱烁玫母脑煸O(shè)計(jì)出氣動(dòng)性能優(yōu)異、剛性和密封性更好的新型360°蝸殼進(jìn)汽式鑄造內(nèi)缸，揭缸檢修也能明顯發(fā)現(xiàn)低壓內(nèi)缸存在變形和漏汽現(xiàn)象。

低壓第一級(jí)橫置導(dǎo)葉，可以降低低壓進(jìn)汽損失，提高通流效率。采用鑄鐵材料，決定了鑄造內(nèi)缸剛性好，變形小。通過(guò)加載試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)撓度測(cè)量，壓損較原結(jié)構(gòu)也降低1%，也證明了內(nèi)缸的剛度。

1.5 新型聯(lián)通管

通過(guò)改造裝置了90°熱壓彎頭連接在聯(lián)通管水平與垂直的管段，解決了導(dǎo)流葉柵易脫落的問(wèn)題，避免流體內(nèi)產(chǎn)生湍流、振動(dòng)、噪聲等問(wèn)題，更加可靠，優(yōu)化型焊接大隔板套，進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)等結(jié)構(gòu)。

2 ?結(jié)論

本次通過(guò)以上措施改造了機(jī)組高、中和低壓通流，改造后機(jī)組THA工況下保證熱耗為7600kJ/kW.h。機(jī)組THA工況下高壓缸保證效率不小于85%，中壓缸保證效率不小于90%，低壓缸保證效率不小于88%。（表1）

該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，保證精度。依據(jù)表顯示，整個(gè)機(jī)組系統(tǒng)熱耗有顯著下降，并提高了缸效率。改造后機(jī)組每發(fā)一度電，可以節(jié)省煤炭約7.26克。希望這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)降低機(jī)組熱耗率和電廠控制發(fā)電成本有一定幫助，對(duì)提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有一定意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]柏燕.百萬(wàn)乙烯裝置用汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)熱力性能分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（08）：35-36.

[2]劉鈺林.汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（13）：70-71.

[3]張星，楊紅霞，朱奇.垃圾焚燒發(fā)電汽輪機(jī)熱力性能優(yōu)化[J].熱力透平，2019，48（04）：265-268，293.