徐國(guó)君

華能黑龍江發(fā)電有限公司

前言

近年來(lái)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源需求不斷大幅度地增加，特別是電煤價(jià)格不斷上漲，嚴(yán)重制約了各發(fā)電廠的盈利空間。同時(shí)，國(guó)家“十一五”規(guī)劃中明確提出，到2010年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2005年降低20%，并陸續(xù)出臺(tái)了一系列強(qiáng)化節(jié)約能源的政策措施，大力提倡節(jié)能減排項(xiàng)目的技術(shù)改造，對(duì)節(jié)能量較大的節(jié)能改造項(xiàng)目給予財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)。鶴崗電廠根據(jù)兩臺(tái)哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的73型300MW汽輪機(jī)的實(shí)際情況，進(jìn)行了節(jié)能改造的研究和實(shí)施。

一、設(shè)備概況

哈爾濱汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)生產(chǎn)制造的早期產(chǎn)品（老73型），型號(hào)為N300-16.7/537/537型、亞臨界一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽反動(dòng)式汽輪機(jī)，由于汽輪機(jī)屬于90年代國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型產(chǎn)品，汽輪機(jī)存在著各段抽汽壓力和溫度超標(biāo)，額定負(fù)荷時(shí)監(jiān)視段壓力均超過(guò)設(shè)計(jì)值的10-20%；中壓缸冷卻蒸汽量大于設(shè)計(jì)值；調(diào)節(jié)級(jí)噴咀靜葉片出汽邊經(jīng)常斷裂或吹損。由于受當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、技術(shù)特別是制造加工能力等諸多因素的影響，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，機(jī)組的汽缸效率與設(shè)計(jì)值相比存在較大差距，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組的煤耗升高。目前300MW機(jī)組供電煤耗率的行業(yè)先進(jìn)值為328g/kWh左右，行業(yè)標(biāo)桿值為312.89g/kWh，而鶴崗電廠的機(jī)組在前三年的平均供電煤耗率為342g/kWh，比先進(jìn)值高出14g/kWh，比標(biāo)桿值高出29.11g/kWh。主要原因是汽輪機(jī)汽缸效率嚴(yán)重偏低。改造前機(jī)組大修后由西安熱工院做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表，機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)修正后 的熱耗為8487.6 kJ/kWh（#1、#2機(jī)組水平基本一致）。

二、機(jī)組節(jié)能改造介紹

采用成熟的多級(jí)汽輪機(jī)全三維氣動(dòng)熱力設(shè)計(jì)體系，葉片三維成型設(shè)計(jì)采用世界上最先進(jìn)的三維曲面、實(shí)體造型軟件CATIA。對(duì)多級(jí)的匹配進(jìn)行準(zhǔn)三維（如圖1）、全三維流場(chǎng)計(jì)算進(jìn)行通流的設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化，開(kāi)發(fā)新型全三維彎扭靜、動(dòng)葉片，有非常好的葉片表面氣動(dòng)特性曲線，周向平行面視圖及子午面視圖。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明采用這一技術(shù)可改善參數(shù)沿葉高的分布，大幅度地減少?gòu)较蚨瘟?、橫向二次流和端部二次流損失，提高根部反動(dòng)度，從而更加有效地提高級(jí)效率,使葉柵總損失系數(shù)下降25%，級(jí)的效率提高1.5--2%。彎扭聯(lián)合全三維成型葉片的級(jí)效率與傳統(tǒng)葉片相比提高大約2%,機(jī)組效率提高1%以上。

圖1 多級(jí)葉片三維動(dòng)力場(chǎng)計(jì)算模型

2.1 壓力級(jí)改造情況：

采用可控渦方法設(shè)計(jì)通流部分，壓力級(jí)動(dòng)、靜葉全部更換，采用扭曲靜葉和變截面動(dòng)葉，噴嘴子午面收縮型線，午面收縮是一種全三維設(shè)計(jì)概念，其主要優(yōu)點(diǎn)是降低靜葉柵通道前段的負(fù)荷，減少葉柵的二次流損失。

2.2 低壓缸動(dòng)、靜葉改造情況：

低壓缸靜、動(dòng)葉全部更換，采用全三維方法進(jìn)行流場(chǎng)校核計(jì)算，動(dòng)葉采用變截面扭曲葉片，低壓首級(jí)、末三級(jí)采用彎扭靜葉，末級(jí)靜葉采用彎扭加前掠結(jié)構(gòu)，動(dòng)葉自帶圍帶成圈連接，減少產(chǎn)生共振的幾率,利于調(diào)頻降低動(dòng)應(yīng)力動(dòng)葉自帶冠成圈裝配取得了成功，安全性更好，保持了引進(jìn)型的優(yōu)勢(shì)，并使整機(jī)的負(fù)荷適應(yīng)性更強(qiáng)，調(diào)峰的范圍更大，效率比引進(jìn)型得到了明顯提高。

2.3 高壓進(jìn)汽插管密封結(jié)構(gòu)改造;六根高壓進(jìn)汽插管由彈性活塞環(huán)密封改造為鐘形罩密汽封.

2.4 調(diào)節(jié)級(jí)改造

2.4.1 采用新設(shè)計(jì)噴嘴，噴嘴組由73型的48個(gè)通道結(jié)構(gòu)改造為新型的126通道結(jié)構(gòu)。材料為1Cr12W1MoV；調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)、靜葉型線采用新的型線設(shè)計(jì)。動(dòng)葉葉頂連接由鉚接方式改為新型自帶冠結(jié)構(gòu)。

2.4.2 更換汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片，由73型葉型改為新型葉型

2.4.3 兩側(cè)噴嘴室（上半、下半）與內(nèi)缸之間增加撓性補(bǔ)償。

2.5 高、中壓缸的夾層冷卻蒸汽系統(tǒng)改造

改進(jìn)原夾層冷卻蒸汽的流程，在外缸上、下半打孔接管引向高排逆止門(mén)前。。

2.6 #1低壓內(nèi)缸螺栓改造

將低壓1#內(nèi)缸上法蘭螺栓孔處加工合理，工藝孔由現(xiàn)在的兩孔形式改為一孔形式。將中分面進(jìn)汽處螺栓變短、加粗為M64，材料更換為20Cr1Mo1VTiB.螺栓采用熱緊的形式，并消除中分面的變形，增加上下缸的緊力，消除法蘭泄漏。在#1內(nèi)缸水平中分面增加密封鍵。

2.7 低壓1、2號(hào)隔板套螺栓

改進(jìn)低壓1、2號(hào)隔板套螺栓，適當(dāng)縮短、加粗根據(jù)熱平衡計(jì)算增大螺栓直徑，并采用熱緊螺栓消除法蘭泄

三、改造效果及濟(jì)效益：

華能鶴崗發(fā)電有限公司，在2009年7月至11月，分別進(jìn)行了兩臺(tái)機(jī)組節(jié)能技術(shù)改造，改造后經(jīng)過(guò)運(yùn)行6個(gè)月，西安熱工院進(jìn)行了考核試驗(yàn)，兩臺(tái)機(jī)組在額定參數(shù)時(shí)出力均可達(dá)到315MW，機(jī)組熱耗#1機(jī)為7977.2 kJ/(kW.h)，#2機(jī)組為7959.1 kJ/(kW.h)，分別比改造前降低510.4 kJ/(kW.h)和528.5 kJ/(kW.h)。管道效率按0.98、鍋爐效率按0.9142、廠用電率按5%計(jì)算可降低供電煤耗分別是：#1機(jī)組供電煤耗 b=510.4÷（29.308×0.98×0.9142×0.95）=20.46g/kWh。#2機(jī)組供電煤耗b=528.5÷（29.308×0.98×0.9142×0.95）=21.19g/kWh。每臺(tái)機(jī)組年利用小時(shí)：按5000小時(shí)/年計(jì)算：#1機(jī)組每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：315000×5000×20.46/1000000=32224.5噸#2機(jī)組每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：315000×5000×21.19/1000000=33374.2噸，兩臺(tái)機(jī)組改造后每年節(jié)能標(biāo)煤65598.7噸。按當(dāng)時(shí)標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)500元/噸計(jì)算，每年節(jié)約燃料成本為500×65598.7=3279935元。

結(jié)束語(yǔ)

華能鶴崗發(fā)電有限公司通過(guò)對(duì)#1、#2機(jī)組進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，使機(jī)組能耗大幅度的降低，發(fā)電成本大幅度降低，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。