李紅

摘 要： 因東華電廠#1亞臨界300MW機組存在供電煤耗偏高問題，通過對機組的現(xiàn)狀進行準確的分析、評價，準確定位機組目前存在的問題主要是由于汽輪機本體汽封漏氣和調(diào)節(jié)級噴嘴組出口面積設計裕度較大造成，為進一步節(jié)能減排，針對上述問題提出優(yōu)化改造方案，最終實現(xiàn)能耗達到國內(nèi)先進水平。

關鍵詞： 東華電廠 汽輪機 優(yōu)化設計

為貫徹集團公司領導提出的開拓思路、大膽創(chuàng)新的方針，解決亞臨界300MW機組供電煤耗偏高問題，對華電內(nèi)蒙古東華發(fā)電有限公司（簡稱東華電廠）#1機組汽輪機本體實施優(yōu)化改造，使各項參數(shù)處于國內(nèi)同類型機組的標桿值，能耗達到國內(nèi)先進水平。為了全面了解和掌握機組熱力特性、鍋爐運行狀況及熱力系統(tǒng)各項技術(shù)指標，對機組的現(xiàn)狀進行準確的評價，為大修中實施改造項目提供技術(shù)依據(jù)，對#1機組進行全面性能診斷試驗，在對試驗結(jié)果分析的基礎上，通過現(xiàn)場摸查，準確定位機組目前存在的問題，針對這些問題，對國內(nèi)、外主機生產(chǎn)廠家和其他電廠的成功改造經(jīng)驗進行充分的調(diào)研，并在此基礎上提出合理的改造方案。

1.機組運行現(xiàn)狀

東華發(fā)電有限公司#1汽輪機組為國產(chǎn)引進型300MW汽輪機組，汽輪機由東方汽輪機有限公司制造，為亞臨界、中間一次再熱、雙缸雙排氣、單軸、抽氣凝汽式汽輪機，型號為C300/227.6-16.7/0.55/537/537，給水回熱系統(tǒng)由3臺高壓加熱器、4臺低壓加熱器和1臺除氧器組成，加熱器疏水均采用逐級自流方式，高、低壓加熱器為表面式加熱器，除氧器為混合式加熱器，給水系統(tǒng)配備三臺50%容量電動泵。

2.能耗普查發(fā)現(xiàn)問題

（1）3VWO工況下，機組出力300MW，此時主蒸汽流量與額定主氣流量有一定的差距，主要影響因素有：汽封漏汽量偏大；低壓缸末級和次末級處于濕蒸汽區(qū)，存在一定的濕汽損失；缸體可能存在變形，有部分蒸汽泄漏。

（2）調(diào)節(jié)級噴嘴組出口面積為245.572cm■，設計裕度較大。

3.調(diào)節(jié)級噴嘴改造

3.1改造依據(jù)

由于設計、制造、安裝等方面存在不合理因素和缺陷，國產(chǎn)引進型300MW汽輪機普遍存在調(diào)節(jié)級實際效率低于設計值的問題。調(diào)節(jié)級效率低于設計值，將導致高壓缸效率顯著降低，限制機組出力。

機組設計時，為了滿足機組出力和超負荷運行，機組設計裕度偏大，噴嘴組出口面積為245.572cm■，有必要優(yōu)化噴嘴出口面積。

3.2改造方案

隨著計算機技術(shù)和計算流體動力學技術(shù)的發(fā)展，三維黏性數(shù)值模擬在透平機械設計領域得到了廣泛應用，以準三維/全三維氣動熱力分析計算為核心的汽輪機通流部分設計方法已成熟。目前，國內(nèi)外已普遍采用先進成熟的三維氣動設計理論進行汽輪機通流部分設計，靜葉采用后加載葉型、復合彎扭葉片，動葉沿葉高反扭，改善參數(shù)沿葉高的分布，減少徑向和端部二次流損失，型線速度分布合理，末級根部反動度提高，利于變工況運行，提高了低負荷運行能力和安全性，改善了機組調(diào)峰性能，降低了汽封漏氣損失等。以彎扭聯(lián)合成型全三維葉片為代表的第三代通流設計已進入工業(yè)化實用階段，可在提高通流效率的同時提高出力。

（1）通過更換新設計的調(diào)節(jié)級噴嘴，優(yōu)化噴嘴組葉片型線，改善調(diào)節(jié)級動、靜葉片的氣動載荷分布，減少葉柵通道的二次流損失；優(yōu)化子午面收縮型線及通道收縮比，降低靜葉通道前段的負荷，減少葉柵的二次流損失。

（2）在保證機組出力的前提下，合理設計并適當減少噴嘴導葉數(shù)量、縮小噴嘴組出口面積，提高汽輪機的相對內(nèi)效率和機組的循環(huán)熱效率。

（3）在噴嘴組中分面處加裝門型鍵，以減少中分面漏氣。

（4）目前調(diào)節(jié)級4個噴嘴組之間的周向間隙較大，使未作功的高品質(zhì)蒸汽從相鄰噴嘴錯位搭接結(jié)構(gòu)二側(cè)分別漏到噴嘴組后面，經(jīng)高中壓間過橋汽封漏出，或經(jīng)高壓缸夾層和冷卻蒸汽管漏向高排區(qū)，導致高品質(zhì)蒸汽能量損失。新設計噴嘴采用新技術(shù)，縮小高壓噴嘴組周向間隙，減小能量損失。

3.3改造預期

汽輪機調(diào)節(jié)級噴嘴組進行改造后，調(diào)節(jié)級效率將顯著提高，汽輪機的性能將得到有效改善，達到機組降耗、增容的目的：改造后3VWO工況下，調(diào)節(jié)級效率達到65%以上。

4.主機汽封改造

4.1改造依據(jù)

目前，機組汽封采用傳統(tǒng)的梳齒式汽封，汽封型式比較落后，間隙比較大，為了減少汽封漏氣，提高缸效，特進行汽封優(yōu)化改造。

結(jié)合幾十臺機組的汽封改造經(jīng)驗，確定各種新型汽封在汽輪機各部位的優(yōu)點和劣勢，通過不同汽封的組合，達到最佳效果，保證機組的安全性的同時提高高中低壓缸效率，建議對集中檢修的各電廠的汽封改造組織打包招標，以在降低成本的同時采用最佳改造組合方案取得最佳效果。

目前，新型汽封主要有布萊登汽封、接觸式汽封、刷式汽封、側(cè)齒汽封和蜂窩汽封等。其中布萊登汽封、接觸式汽封和刷式汽封依靠減小汽封間隙，強化密封效果，減少漏氣損失；側(cè)齒汽封和蜂窩汽封通過改變汽封腔室結(jié)構(gòu)，強化密封效果，從而減少漏氣所造成的損失。

4.2改造方案

（1）機組于2008年進行了高中壓缸汽封改造，其中高中壓過橋汽封、高壓排汽側(cè)平衡環(huán)、高壓隔板、中壓隔板汽封改為布萊登汽封。本次機組大修期間，對布萊登汽封進行重點檢查，特別是過橋汽封，更換失效和損壞的彈簧；

（2）對于高中壓葉頂汽封等鑲嵌式汽封，本次大修以間隙調(diào)整為主，將間隙調(diào)整至設計下限；

（3）低壓缸隔板汽封改為蜂窩汽封；

（4）低壓缸前后軸封更換為鐵素體蜂窩汽封。

4.3汽封改造的工作量和技術(shù)要求

如組裝前轉(zhuǎn)子存在彎曲度（設為L），則該轉(zhuǎn)子的間隙控制標準根據(jù)彎曲度情況進行修正：軸彎曲最大點部位控制標準根據(jù)上述控制標準增加L，兩端不變，其他部位增加值酌情減小。

鐵素體蜂窩汽封的可退讓高齒的材料要求采用鐵素體材料，經(jīng)現(xiàn)場測繪后，加工毛坯送達現(xiàn)場進行精加工，以保證其同心度和間隙要求。

蜂窩汽封經(jīng)現(xiàn)場測繪后，加工毛坯送達現(xiàn)場進行精加工，以保證其同心度和間隙要求。

動葉葉頂和葉根梳齒式汽封重新鑲嵌后，應現(xiàn)場整圈加工，以保證其同心度和間隙要求。

4.4工序和工藝要求

設備解體后應采用全實缸壓鉛絲的方法測量修前間隙，如設備解體后發(fā)現(xiàn)汽缸存在張口，應采用冷緊或熱緊的方法，在消除汽缸張口的情況下測量各處實際間隙。高中低壓缸均應在隔板洼窩中心驗收合格后，采用全實缸驗收汽封間隙符合要求。

綜上分析看出，本體改造投資低，可降低煤耗較多，投資回收期不長，經(jīng)濟效益明顯。汽輪機改造目前已是成熟的技術(shù)，幾乎不存在技術(shù)上的風險，國內(nèi)不少同類型機組已經(jīng)改造成功，經(jīng)改造后，可以取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。