汽輪機通流改造的實施及評估

代昱鵬

（山西西山熱電有限責任公司， 山西 太原 030022）

引言

電能是現代生產和生活必不可少的能源之一，目前我國可通過核能、煤炭、風力及水力等進行發電。其中，以煤電廠采用煤炭發電的量最大。對于煤電廠而言，其中核心設備有汽輪機。調研發現，煤電廠目前正在使用的汽輪機不僅熱耗率高，而且通流效率較低，導致以汽輪機為主的煤電廠存在能耗大、效率低的問題。同時，汽輪機在實際生產中有大多數部件暴露在外面，存在極大的安全隱患[1]。為積極響應國家綠色、安全生產的號召，應從根本入手對汽輪機進行改造，在充分發揮設備能力的同時，保證整個發電系統運行的安全性、經濟性等要求。本文重點對煤電廠汽輪機進行通流改造。

1 汽輪機運行現狀及性能試驗分析

本文所研究汽輪機的型號為N300-16.7/537/537，該型汽輪機額定出力為300 MW，設計熱耗值為7 902.6 kJ/kW·h。經對汽輪機結構分解后發現，該型汽輪機中的高壓缸和中壓缸為一體，并且所在位置與低壓缸對稱分布；高、中、低壓缸對應的轉子為整體轉子，且該轉子的剛性較好。該型汽輪機回熱系統包括三臺高壓加熱器、一臺除氧器和四臺低壓加熱器；采用逐級疏水的方式對各層的水進行疏散，其中，高壓加熱器中的水疏散至除氧器，低壓加熱器中的水疏散至凝汽器。

N300-16.7/537/537 型汽輪機給水系統包括有兩個容量為50%的汽動給水泵和一臺備用的容量為30%的電動給水泵[2]。在實際生產中，汽輪機運行所存在的問題歸納如下：

1）汽輪機調節效率偏低。鑒于制造工藝和選材的限制，噴嘴結構在長期運行過程中出現不同程度的磨損，而且調節級動葉和葉頂的間隙設計不合理且對應的汽封結構存在缺陷，導致整個系統的阻汽效果較差。

2）實際生產中，汽輪機高壓缸排汽的溫度為329℃，而設計值僅為319 ℃；上述現象導致后續的減溫水量增加，對應的軸封溢流量也增加，最終導致汽輪機的煤耗量增加。

3）在實際生產中，由于汽輪機的頻繁啟停導致高壓缸和中壓缸對應的平衡活塞汽封的磨損量增大，進而導致高壓缸和中壓缸的漏氣現象加重，導致整個系統的熱耗值增加。

4）鑒于低壓缸內缸是采用焊接工藝完成的，其剛度較差，導致其運行后出現較大的熱變形。

除此之外，在實際生產中汽輪機還出現低壓缸末級葉片腐蝕、發電機振動較大等問題。為解決汽輪機生產中漏汽損失嚴重、消除生產中的安全隱患，急需對其通流改造。

2 汽輪機通流改造方案

2.1 汽輪機通流改造原則

在對汽輪機運行現狀分析的基礎上，旨在通過對汽輪機通流改造后提升系統在缸效，降低汽輪機組在熱耗率驗收工況（THA）下的熱耗值，提升汽輪機機組在銘牌工況（TRL）下的出力，間接增加汽輪機組的使用壽命，最終提升整個系統的運行效率，降低運行成本。為保證最終改造的效果，需遵循如下原則：

1）采用最先進的技術對汽輪機通流進行改造，對其中存在問題的部件重新設計，從根本上提升汽輪機組實際生產中的經濟性和安全性。

2）在確保最終改造效果的基礎上，所采用的改造措施及方案的實施難度和工作量應較小。同時，改造后汽輪機組的供熱參數和供熱流量應滿足實際生產的需求。

3）采用長期可靠的金屬材料對汽輪機進行針對性改造[3]。

2.2 汽輪機兩種通流改造方案對比及分析

結合汽輪機當前運行存在的問題和改造原則，本節提出兩種不同的改造方案，并對兩種方案進行對比，最終優選得出最佳改造方案。

2.2.1 1 號改造方案

1 號改造方案的主旨為對高中壓缸和低壓缸分別進行改造。其中，對高、中壓缸通流進行部分改造；對低壓缸進行深入優化，并對其中存在問題的汽封、軸封形式進行優化更換。1 號改造方案的具體內容見表1。

表1 1 號改造方案具體內容

2.2.2 2 號改造方案

2 號改造方案是在1 號改造方案的基礎上增加對低壓缸改造的內容，所增加的改造內容見表2。

表2 2 號改造方案中低壓缸的具體內容

2.2.3 對比

1 號和2 號兩種改造方案的經濟性指標對比見表3。

表3 1 號與2 號改造方案對比

綜合對比1 號和2 號改造方案，從長遠累計效益，改造后的汽輪機機組的安全性和穩定性，從改造的徹底和節能減排效果，最終確定采用2 號改造方案對汽輪機通流改造。

3 汽輪機通流改造的實施及效果評價

3.1 汽輪機通流改造的實施

汽輪機通流改造的具體實施措施如下：

1）將高壓缸通流級從原來的I+11 級改造為I+13 級；對應的中壓缸通流級從9 級增加為10 級；低壓缸通流采用雙流形式，且每流的通流級數為7 級，對應末級葉片的尺寸為1 050 mm[4]。

2）基于子午面收縮技術對汽輪機機組調節級中的汽動載荷進行優化合理分配，從而保證二次流的損失減小。

3）將汽輪機通流涉及的動葉片和靜葉片替換為彎扭聯合成型葉片。

4）將汽輪機調節級動葉的葉頂汽封的數量增加至5 道，且汽封間隙由2.5 mm 減小為1 mm；將高中低壓缸端部的汽封形式更換為蜂窩形式，并將其徑向間隙由0.75 mm 減小為0.4 mm。

3.2 汽輪機通流改造效果評估

汽輪機通流改造效果見表4。

表4 汽輪機通流改造效果

4 結語

汽輪機為煤電廠的主要運行設備，其在實際生產中存在熱耗值偏大且出力值偏小的情況，導致煤炭轉換效率低、污染嚴重[5]。

基于上述情況，本文重點針對汽輪機通流進行改造，并從高壓缸、中壓缸及低壓缸三個維度進行改造，改造后汽輪機組的熱耗值降低49.7 kJ/（kW·h），六閥全開工況下的出力值增加700 kW，最大連續出力增加501 kW。