史嘯曦，顧 敏

（1.上海外高橋發(fā)電有限責任公司，上海 200137；2.上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200090）

0 引言

外高橋電廠1號、2號機組是上汽廠引進型300MW，屬于第二批改進型（C156），3號、4號機組是上汽廠引進型300MW，屬于第三批改進型（F156）。經(jīng)過十多年的運行，出現(xiàn)機組老化、葉片損壞等問題，對電廠的經(jīng)濟性和可靠性帶來很大影響。目前機組主要存在以下問題：高壓噴嘴組損壞；低壓缸次末級葉片斷裂；高壓缸效率偏低；低壓缸中分面漏汽。

外高橋發(fā)電有限責任公司于2008年10月到2011年6月，對國產(chǎn)引進型300MW機組進行整體通流部分改造，其中1號、2號機組采用西屋公司的改造技術(shù)，3號、4號機組采用西門子公司百萬級大容量機組的改造技術(shù)。這次改造使機組的經(jīng)濟性、可靠性及運行靈活性均達到國際先進水平。改造后的汽輪發(fā)電機組銘牌（額定）出力為的320MW，降低煤耗達10g／kWh以上，設(shè)備運行安全可靠，達到了改造目標。

1 兩種汽輪機通流部分整體改造技術(shù)的異同

1.1 改造目標的異同

1）改造目標的相同之處：

（1）改造后汽輪機銘牌（額定）出力不低于320MW。

（2）改造后機組在額定主蒸汽參數(shù)及再熱蒸汽參數(shù)、高加全部切除的條件下，額定背壓時能發(fā)出額定功率。

（3）改造后機組在熱耗率驗收工況（THA）下，在80%、60%、40%額定負荷運行時也能保持較低的熱耗率。

（4）改造后機組在閥門全開工況（VWO）出力運行時，各通流部分的部件滿足強度要求，調(diào)節(jié)級及各抽汽壓力不超過設(shè)計最大值。

（5）改造后機組具有良好的變負荷性能，能采用復(fù)合變壓運行方式，并且能在120MW負荷下長期安全、穩(wěn)定運行，50%～100%在額定工況下補水率為0的連續(xù)工況（T-MCR）增減負荷速率不小于5%／min；閥門管理功能滿足單閥、順序閥以及各種閥點的滑壓運行要求。

（6）改造后汽輪機在技術(shù)性能方面，能滿足電網(wǎng)調(diào)峰要求以及具有二班制運行功能要求。

（7）通過改造消除機組存在的高壓噴嘴組損壞、低壓缸次末級葉片斷裂、高壓缸效率偏低、低壓缸中分面漏汽等主要問題，以提高機組的安全性和經(jīng)濟性。

（8）改造后設(shè)備具有30年的使用壽命。

2）改造目標的不同之處，如表1所示。

表1 改造目標的不同之處

1.2 改造范圍

西屋技術(shù)、百萬級大容量技術(shù)的改造范圍全完相同，具體如下。

1）高、中、低壓缸通流部分。

2）高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子。

3）高中壓內(nèi)缸、低壓內(nèi)缸。

4）其他部件中低壓缸連通管、聯(lián)軸器護罩和蓋板、盤車大齒輪、差脹指示儀及支架。

1.3 改造后的差異

1）各典型工況下機組出力和熱耗率的差異，如表2所示。

2）不同額定出力時汽輪發(fā)電機組熱耗率的差異，如表3所示。

表2 各典型工況下機組出力和熱耗率的差異

表3 不同額定出力時汽輪發(fā)電機組熱耗率差異

3）不同額定出力時汽輪機缸效率差異，如表4所示。

表4 不同額定出力時汽輪機缸效率差異 %

在表4中，高、中壓缸效率包括蒸汽閥門的損失；低壓缸效率包括排汽缸損失。

4）汽輪機的零部件（不包括易損件）的設(shè)計使用壽命不少于30年，在其壽命期內(nèi)能承受下列工況：

（1）冷態(tài)起動（停機72h以上，且汽缸金屬壁溫已低于該測量點滿負荷時金屬壁溫值的40%以下）300次。

（2）溫態(tài)起動（停機10～72h，且壁溫為原值的40%～80%）1000次。

（3）熱態(tài)起動（停機10h以下，且壁溫為原值的80%以上）3000次。

（4）極熱態(tài)起動（停機小于1.5h，且壁溫接近原值）150次。

（5）負荷階躍（負荷變化大于10%）12000次。

這些總壽命消耗不大于汽輪機的零部件（不包括易損件）的設(shè)計使用壽命的75%。

1.4 主要改造措施的異同

1）高壓缸改進措施的異同，如表5所示。

表5 高壓缸改進措施的異同

2）中壓缸改進措施的異同，如表6所示。

表6 中壓缸改進措施的異同

3）低壓缸改進措施的異同，如表7所示。

表7 低壓缸改進措施的異同

4）其他改造措施的異同，如表8所示。

表8 其他改造措施的異同

2 兩種技術(shù)改造中主要新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 汽缸部分采用全三元流場設(shè)計

在改造過程中，高中壓汽缸部分和低壓汽缸部分都采用了最先進的全三元流場設(shè)計，是基于N-S全三元氣動計算技術(shù)設(shè)計，比原來兩元流場設(shè)計技術(shù)更能準確模擬不同工況之間的相對變化以及全場參數(shù)的分布規(guī)律，如圖1所示。

圖1 基于全三元氣動計算技術(shù)的流場設(shè)計

2.2 高效反動式全三維全馬刀動靜葉片

此新型葉片的設(shè)計也是基于全三元理論，減少了靜葉葉根部轉(zhuǎn)折角，沿葉高等反動度分布，如圖2所示。

圖2 全三維全馬刀動靜葉片

2.3 無中心孔轉(zhuǎn)子

隨著轉(zhuǎn)子材質(zhì)和鍛造手段的改進，改造使用了無中心孔轉(zhuǎn)子，使最大應(yīng)力下降50%，并且加快了冷態(tài)啟動時間，可縮短約3h，提高了高壓缸通流效率，如圖3所示。

圖3 無中心孔轉(zhuǎn)子

2.4 強化的樅樹形葉根型線

本次使用強化的樅樹形葉根型線，可以使應(yīng)力集中下降50%，動應(yīng)力下降10%～30%，提高了抗低周疲勞性能，滿足1號機組調(diào)峰運行的需要，如圖4所示。

圖4 強化的樅樹形葉根型線

2.5 自帶圍帶動葉

在高中壓缸部分的改造中使用了自帶圍帶動葉設(shè)計，與無圍帶動葉相比，具有降低振動應(yīng)力、降低圍帶連接部分離心應(yīng)力、抗蠕變破壞，抗腐蝕坑等優(yōu)點，如圖5所示。

圖5 自帶圍帶動葉

2.6 采用了高性能的材料

在改造中，高壓及中壓第一級動葉和566～593℃的超臨界機組采用了具有600℃更高疲勞強度的新材料10705Z2。低壓末二級葉片采用比12Cr鋼具有更高抗腐蝕性的材料17-4PH。

2.7 應(yīng)用了布萊登汽封

在改造中，1號機組在高壓側(cè)平衡活塞汽封、高壓排汽側(cè)平衡活塞汽封、中壓側(cè)平衡活塞汽封中使用布萊登汽封（見圖6），以達到減少汽封磨損，保持機組效率的作用。

圖6 布萊登汽封

2.8 汽缸端汽封應(yīng)用了蜂窩汽封

在高中壓缸端汽封和低壓缸端汽封處使用了蜂窩汽封，蜂窩式密封在結(jié)構(gòu)上是由厚為0.05～0.10mm的海斯特（Hasttelloy-X）高溫合金制成正六邊形的蜂窩狀，以取代梳齒式密封的梳齒，具有耐磨損、不傷軸、壽命長、密封效果好等優(yōu)點。其密封機理使這種蜂窩狀結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生很強的渦流和屏障，從而形成很大的阻尼而達到阻止工質(zhì)泄漏的密封效果。蜂窩式密封在最小的材料質(zhì)量下能保證密封具有最大的強度；允許在高壓降下應(yīng)用且不增加密封的尺寸；簡化了渦輪機組安裝和修理時的裝配工作，比梳齒密封具有更好的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性。

蜂窩狀密封比梳齒式密封減少泄漏量，節(jié)能效果顯著，如圖7所示。

圖7 蜂窩汽封結(jié)構(gòu)

3 改進后的效果比較

3.1 改造前后熱耗比較

1）西屋技術(shù)改造前后的熱耗率比較，如表9所示。汽輪機通流部件改造后熱耗率平均下降約3.5%（相應(yīng)降低機組煤耗率約3.5%）。需要指出的是，改造前熱耗率試驗是在汽輪機運行6年后（一個大修周期）進行，此時性能最差；改造后熱耗率試驗是在汽輪機為全新狀態(tài)下進行，此時性能最好。因此，表9中顯示的改造前后熱耗率差值為最大值。較為科學(xué)的比較方法為，采用汽輪機改造前和改造后運行6年（一個大修周期）的熱耗率平均水平進行比較，能較合理地反映汽輪機改造后的實際效果。依據(jù)汽輪機隨運行時間的老化規(guī)律，此方法確定的汽輪機改造前后的熱耗率差值比上述最大值減小0.5%～0.8%。

表9 西屋技術(shù)改造前后的熱耗率比較

2）百萬級大容量技術(shù)改造前后的熱耗率比較，如表10所示。

表10 百萬級大容量技術(shù)改造前后的熱耗率比較

3.2 改造后的煤耗比較

改造后的性能試驗表明，在300MW擴容到320MW的基礎(chǔ)上，改造后在負荷300MW時煤耗降低約11g／kWh，在負荷320MW時煤耗可降低約12g／kWh。達到改造的目標，提高了機組運行的經(jīng)濟性和效率，取得了較好的效果。

1）西屋技術(shù)改造前后的煤率比較，如表11所示。

表11 西屋技術(shù)改造前后的煤率比較

由表11可知，在額定工況下，機組改造（大修）后的供電煤耗率約為309.5g／kWh，比改造（大修）前的供電煤耗率（324.4g／kWh）約降低了14.9g／kWh，下降了約4.6%。

2）百萬級大容量技術(shù)改造前后的煤率比較，如表12所示。

表12 百萬級大容量技術(shù)改造前后的煤率比較

由表12可知，機組改造（大修）前的供電煤耗率對機組負荷加權(quán)平均值為328.3g／kWh；而機組改造（大修）后的供電煤耗率對機組負荷加權(quán)平均值為316.1g／kWh，比改造（大修）前降低了12.2g／kWh，下降了約3.7%。

4 結(jié)語

1）從實際效果看，改造項目總體達到了降低煤耗、提高效率、消除安全隱患的良好效果，尤其是在目前節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，對于一些老機組如何能煥發(fā)出新的生命力，具有一定的推廣價值和借鑒作用。

2）從1號、2號機組采用的西屋改造技術(shù)與3號、4號機組采用的百萬級大容量改造技術(shù)相比，百萬級大容量改造技術(shù)更具有潛力并且代表了新的改造技術(shù)方向。

3）通過運用目前最先進的汽輪機通流部分改造技術(shù)手段，使得機組的煤耗降低了10g／kWh以上，設(shè)備運行安全可靠，達到了改造的目標。