600MW汽輪機優化改造設計

王德文

摘要：某公司1號汽輪機為東方汽輪機廠設計制造的超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，型號為N600-24.2/566/566，于2008年1月投入運行。1號汽輪機組自投運以來，一直存在機組熱耗率比設計值偏高的問題。通過調整運行參數，優化運行調節方式，熱耗率有所降低，但距離設計值的差距仍然較大。本文針對該類型汽輪機熱耗率偏高的原因如缸效率、調節級內效率等進行了分析，對提高汽輪機組經濟性的可行性進行了論述。

關鍵詞：超臨界;汽輪機組;節能;優化改造;

目前我國的經濟發展已經進入新常態，今后發展的必然趨勢：認識、適應、引領新常態。火力發電行業的發展也同樣呈現新常態，在當前激烈競爭的新形勢下，火電發電廠的新任務就是如何使火電機組能源利用率更高，以達到節能減排，促進環境保護的目的。

1.機組性能現狀

為了解機組的性能狀態，對某公司1號機組進行了性能診斷試驗。依據試驗數據，通過對試驗3vwo工況與設計THA工況數據進行對比，分析機組及熱力系統的狀態及其對機組經濟性的影響，為科學地制定節能優化改造方案提供依據。

試驗時機組低負荷工況均采取滑壓運行方式，未進行主蒸汽壓力修正隨電功率變化較設計值平均高約550kJ/kWh，熱耗率隨負荷降低而升高。機組熱耗率修正后熱耗率高負荷區域偏高的程度較大。3VW0工況下，經過系統修正及參數修正的熱耗率為8159.98kJ/kWh，比設計THA工況（7564kJ/kWh）高595.98kJ/kWh;經過參數修正后的熱耗率為8197.30kJ/kWh，比設計值（7564kJ/kWh）高633.3kJ/kWho根據對試驗數據的詳細分析，影響機組經濟性的主要因素依次為：汽輪機缸效率（287.3kJ/kWh）、軸封及汽缸漏汽（52.0kJ/kWh）、熱力系統泄漏（260kJ/kWh）、排汽壓力（93.2kJ/kWh）。

綜上所述，目前汽輪機組熱耗率偏低。影響機組經濟性的主要因素依次為：汽輪機缸效率（287.3kJ/kWh）、熱力系統泄漏（260kJ/kWh）、排汽壓力（93.2kJ/kWh）、軸封及汽缸漏汽（52.0kJ/kWh）。為提高機組經濟性可進行以下工作：

1、汽封系統改進。

2、控制汽輪機本體變形，加強密封面密封。

3、進行熱力系統優化，治理閥門泄漏。

2.影響熱耗率的因素分析

2.1汽輪機各缸相對內效率對熱耗率的影響

汽輪機組的熱耗率與設計值存在很大差距，額定工況三缸相對內效率普遍不高，以低壓缸最為突出，比設計值低14%。由相關理論公式可知，汽輪機的相對內效率直接影響機組經濟性。高、中、低壓缸內效率對機組熱耗率的影響不同，三缸相對內效率均變化1%，對熱耗率的影響，低壓缸是高壓缸的2.33倍，是中壓缸的3.5倍。由此可見，低壓缸相對內效率偏低是影響機組熱耗率的主要因素之一。

2.2熱力系統

熱力系統存在內漏大、冗余系統多、工質利用不合理。系統內漏一方面導致主蒸汽流量增加;另一方面凝汽器熱負荷增大，特別是熱力系統直接排入凝汽器的內漏蒸汽，使真空進一步下降，根據機組特性，真空每下降1kPa，功率下降4.8MW，發電煤耗率增加2.1g/kWh左右。結合不同電廠對熱力系統的治理經驗，及試驗中檢查的閥門泄漏情況分析，機組熱力系統閥門泄漏合計影響機組熱耗率約為180kJ/kWh左右。

3.節能優化改造方案研究

3.1汽輪機本體相關完善措施

從加工成本、基建成本考慮，要求汽輪機具有結構緊湊特點，為便于快速啟停與適應變負荷能力，并減少整個軸系長度，汽輪機設計上采用高壓缸、中壓缸內缸合缸，缸的兩端跨度較長，汽缸壁壁面設計較薄，如此在溫差的影響下，汽缸容易變形，從而導致結合面漏汽。吸收國外同類型機組設計思想，采用結構完善措施，減少泄漏，提高蒸汽利用效率和對真空的影響，可有效降低機組熱耗率。主要包括：

1、主機及小汽輪機通流部分玻璃珠噴丸（拋光、除垢等）

汽輪機經過一段時間的運行之后，由于蒸汽中雜質（如固體顆粒、蒸汽積鹽等）的影響，對汽輪機的通流部分如葉片、隔板等部位產生一定程度的沖蝕，從而對通流表面產生負面影響，對級內蒸汽做功及能量轉換是不利的。部分機組由于隔板和葉輪之間的軸向距離較小，無法對通流表面進行處理。為解決這些問題，部分企業采用玻璃珠噴丸除銹、除垢工藝，經過噴丸處理后，可以使汽輪機通流部分效率增加1-3，表面疲勞強度提高10%。玻璃珠噴丸除銹、除垢工藝一般采用氣動機械噴丸（壓縮空氣壓力控制在0.45-0.6MPa），材料專為噴丸用的粒徑為0.25mm-0.35mm的玻璃微珠。噴丸施工過程要求嚴格，一是環境要求密封，二是操作人員要求技術嫻熟。通流部分經過噴丸處理后，效果較好。

2、高中壓缸、低壓缸結合

為減小高壓內缸漏汽，尤其是汽缸上下結合面漏汽，可在結合面上加工密封槽，安裝密封鍵。

由于低壓缸排汽參數很低，故低壓缸效率不像高中壓缸效率容易且較準確的定量。機組試驗數據顯示，低壓缸5、6段抽汽量普遍較設計值高得多，密封面漏汽造成低壓缸工質損失增大。為防止機組低壓缸變形，低壓內缸加密封鍵。中分面增設耐高溫盤根僅需對低壓內缸下半中分面補充加工，低壓進汽室中分面法蘭也可增加盤根密封結構。

3、更換高、中壓缸進汽導管密封圈主蒸汽經過4根高壓導汽管進入汽輪機高壓缸，高壓進汽管位于缸體上半兩根、下半兩根。再熱蒸汽經過四根中壓導汽管由中部進入汽輪機中壓缸，中壓進汽管位于缸體上半兩根、下半兩根。進汽導管密封圈泄漏是造成抽汽溫度升高，缸效率下降的重要因素之一，漏汽量大的情況下也是造成汽缸溫差大的影響因素。1號汽輪機組目前1段抽汽溫度遠高于設計值，3段抽汽溫度由于夾層汽源冷卻，低于設計值，但參照同類型機組情況，密封圈泄漏是普遍現象。對有影響的密封圈進行更換，并嚴格注意安裝正確。

4.結論

當前中國正處于建設資源節約型的社會階段，節能降耗已成為電力生產企業的主要工作之一，節能降耗不僅是企業提高經濟效益的內在需求，也是節能調度爭取發電量的必要手段。通過汽封改造、熱力系統優化、汽輪機本體完善、真空系統優化等系列節能措施的實施，機組經濟性得到了較大幅度的提升，節能降耗的作用非常明顯，具有較好的經濟效益與社會效益。通過上述優化改進可提高降低機組熱耗率180kJ/kWh，相當于降低供電煤耗6g/kWh，取得了較好的效果。

參考文獻

[1]謝永慧，劉天源，張荻. 新能源形勢下的“智慧汽輪機”及其研究進展[J]. 中國電機工程學報，2021，41（02）：394-409.

[2]朱彥，方遠，李倩倩，張帆，有志偉，何健. 基于數據挖掘的汽輪機閥門流量特性優化應用[J]. 熱力透平，2021，50（01）：49-53.

[3]馬方磊. 燃氣輪機啟動過程中減少NO_x排放量的優化改造[J]. 發電設備，2021，35（02）：117-121+130.