煤電廠超臨界汽輪機的節能改造

郭小龍

（山西西山熱電有限責任公司， 山西 太原 030022）

引言

目前，隨著經濟的高速發展，對能源的需求越來越大，電能對國民經濟發展具有重要的支撐作用。雖然當前我國煤炭消耗量較之前已經下降2.9%，但是經分析可知，煤炭消耗量下降的空間仍然很大。尤其在火力發電行業，盡管發電機組已經朝著高參數、高效能的方向發展，但是在實際生產中煤炭轉換效率低的問題仍然存在。與國外相比，我國煤電廠標準煤消耗量是國外的1.25 倍[1]。因此，在當前節能減排、綠色生產的號召下對煤電廠設備及工藝的改造勢在必行，因此，本文重點對煤電廠超臨界汽輪機進行節能改造。

1 超臨界汽輪機現狀及性能試驗研究

本節重點對超臨界汽輪機的性能參數及性能試驗進行研究。具體闡述如下：

1.1 超臨界汽輪機工作現狀

本文所研究超臨界汽輪機的具體型號為CCLN600-25/600/600 型，該汽輪機的裝機容量為2×600 MW，當閥門全開時出力為645.3 MW，額定轉速為3 000 r/min，額定進氣量為1 632.81 t/h，額定給水溫度為286.2℃，回熱系統由3 臺高壓加熱器、1臺除氧器和4 臺低壓加熱器組成。經對現場實際生產的各參數進行采集。

當汽輪機機組工作負荷低于70%時，系統的實際煤耗值高于設計值。當汽輪機機組工作負荷低于65%時，系統的實際熱耗值高于設計值。當汽輪機機組工作負荷低于60%時，系統高壓缸的實際內效率高于設計值；當工作負荷高于60%時系統高壓缸的實際內效率低于設計值[2]。綜合分析，為保證汽輪機機組的煤耗率，應將其對應的工作負荷控制在60%以上。

1.2 汽輪機機組的性能試驗研究

為保證汽輪機機組節能改造的效果，且實現改造前后汽輪機性能試驗對比，對改造前汽輪機機組的性能進行試驗研究。同時，針對汽輪機組性能試驗結果為后續的節能改造提供指導。試驗內容包括如下：

1）對汽輪機機組在THA 工況下的實際熱耗值與設計值進行對比。

2）通過對汽輪機機組在變負荷工況下的熱耗值進行測算得出汽輪機機組的實際運行參數，從而綜合評價汽輪機機組運行的經濟性[3]。

本次試驗采用ASME 的相關規范和標準對獲取的數據參數進行處理，根據相關計算公式得出試驗的熱耗值、發電煤耗以及供電煤耗。

針對THA 工況下汽輪機機組實際熱耗值與設計值的對比如表1 所示：

表1 THA 工況汽輪機機組實際熱耗值性能試驗kJ/kWh

如表1 所示，兩次試驗下THA 工況對應汽輪機機組的實際平均熱耗值為7 651.36 kJ/kWh。THA 工況下設計的汽輪機機組的熱耗值為7 465 kJ/kWh，參考值為7 560 kJ/kWh。也就是說，改造前THA 工況汽輪機機組的實際平均熱耗值高于設計值和參考值。因此，該汽輪機機組存在降低能耗的改造空間，且改造目標為7 651.36-7 560=91.36 kJ/kWh。

針對變負荷工況下汽輪機機組運行參數的測算，分別對負荷為額定負荷的100%、75%以及50%的情況進行對比，測算參數包括有熱耗值、鍋爐效率、煤電廠用電率、供電煤耗和和發電煤耗，具體測算結果如下頁表2 所示：

如下頁表2 所示，隨著工作負荷的減小汽輪機組熱耗值、發電煤耗、供電煤耗以及煤電廠的用電率均增加。同時，由于汽輪機機組對應的高壓缸、中壓缸以及低壓缸的絕對內效率低于設計值導致機組的熱耗值增加；低壓缸排汽壓力偏高時導致煤耗偏高的主要原因。進一步分析可知，中壓缸軸封漏氣率偏高是導致汽輪機機組高壓缸、中壓缸以及低壓缸絕對內效率低于設計值的主要原因[4]。因此，可通過對汽輪機機組的汽封效果進行改造。

表2 變負荷工況下汽輪機機組運行參數測算結果對比

2 汽輪機的節能改造

結合對汽輪機機組性能參數及試驗參數綜合分析的基礎上，得出需對汽輪機機組本體進行改造。因此，根據汽輪機缸體內不同壓力級處的蒸汽參數為其配置最佳的汽封形式。常規的汽封形式包括有梳齒式汽封、側齒式汽封、蜂窩式汽封、刷式汽封以及布萊登汽封[5]。

通過對汽輪機機組運行后的現場勘查，系統的某些汽封已經發生損害；而且，通過金相試驗分析汽封的使用壽命已經達到極限，容易導致后續使用中出現汽封齒脫落的情況，從而對下游部件造成沖擊。為了進一步提升汽輪機機組的熱力性能，保證系統的經濟性，需采用最佳且合理的汽封裝置對現有汽封裝置進行更換，并對汽封間隙進行調整。結合實際情況重點對高壓缸、中壓缸以及低壓缸進行改造。

2.1 高中壓缸的汽封改造

目前，高中壓缸隔板采用梳齒式汽封，其葉頂采用固定式阻氣片，在實際使用中存在如下問題：

1）當系統壓力達到一定程度時梳齒與轉子之間的間隙會增加，從而導致系統間的漏汽量增加，并降低汽輪機機組的熱經濟性。

2）固定式阻氣片是通過錨固的形式安裝與汽封環上，由于二者之間的間隙調整不合適，極易增加器件磨損的概率。

采用智能汽封對高中壓缸的汽封進行改造，改造情況如圖2 所示。

圖2 高中壓缸汽封改造

2.1.1 高壓缸的具體改造內容

1）將高壓缸2-11 級的隔板汽封改造為智能汽封；2）更換高壓缸2-11 級葉頂的阻氣片，并對其間隙進行調整；

3）將第四道調節級阻氣片進行跟換，并對其間隙進行調整；

4）將三道和五道的高壓排汽平衡環汽封更換為智能汽封。

2.1.2 中壓缸的具體改造內容

1）將中壓缸進汽平衡環更換為智能汽封；

2）將2-7 級中壓隔板汽封更換為智能汽封；

3）將2-7 級中壓缸葉頂阻氣片進行更換并對其間隙進行調整。

2.2 低壓缸的汽封改造

針對低壓缸的現狀，在保證汽輪機機組蒸汽參數的基礎上還需配置合力的汽封，具體改造內容如下：

1）將低壓缸兩側端部的汽封改造為刷式汽封，并將汽封數量由2 圈增加為4 圈；

2）將低壓葉頂的汽封改造為刷式汽封，并將汽封數量由3 圈減少為2 圈；

3）將低壓缸隔板的汽封改造為刷式汽封，并將汽封數量由3 圈增加為4 圈；

4）將低壓缸端部的汽封改造為蜂窩套汽封，并對其間隙進行調整。

2.3 改造效果

將上述改造措施實施后對額定工況下改造前后的煤耗率進行對比，對比結果如表3 所示。

表3 汽輪機機組改造效果對比

如表3 所示，經對汽輪機機組進行汽封改造后，鍋爐效率得到提升，對應的汽輪機熱耗值、煤電廠用電率以及供電煤耗均降低。

3 結語

汽輪機機組為煤電廠的關鍵系統，在當前國家大力號召綠色生產、節能減排的背景下，提升汽輪機機組的效率，降低其能耗具有重要意義。針對煤電廠效率低且能耗嚴重的問題，本文對汽輪機機組的高中壓缸和低壓缸的汽封進行改造。經實踐表明，改造后鍋爐效率得到提升，對應的汽輪機熱耗值、煤電廠用電率以及供電煤耗均得到了降低。