馮成凱

【摘要】本文通過樂清電廠通流改造后汽輪機結(jié)構(gòu)的改進，包括高中壓缸和低壓缸的缸體、轉(zhuǎn)子及通流部分的改造，以及改造前后的效益對比，分析通流改造后的效果。

【關(guān)鍵詞】汽輪機；通流改造；高中壓缸；低壓缸；熱耗；供電煤耗

樂清電廠2×600MW超臨界機組汽輪機原先為上海汽輪機有限公司引進美國西屋技術(shù)設(shè)計制造，分別于2008年9月9日、10日通過168小時滿負荷試運行，正式投入商業(yè)運行。隨著汽輪機技術(shù)的日新月益，當時引進的技術(shù)已不夠先進，且機組自投產(chǎn)以來一直存在著運行效率偏低等問題。

1、汽輪機系統(tǒng)概況

樂清電廠一期兩臺600MW機組采用超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、反動凝汽式汽輪機，型號為N600-24.2/566/566，機組銘牌功率600MW。鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的SG-1913/25.4-M956型超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊Π型結(jié)構(gòu)、露天布置燃煤鍋爐。發(fā)電機是上海汽輪發(fā)電機有限公司引進西門子技術(shù)制造的QFSN-600-2型發(fā)電機，為汽輪機直接拖動的隱極式、二極、三相同步發(fā)電機，采用水氫氫冷卻方式。

隨著汽輪機技術(shù)的日新月益，當時引進的技術(shù)已不夠先進，且機組自投產(chǎn)以來一直存在著運行效率偏低等問題。一期2臺機組投產(chǎn)后額定負荷THA工況修正后熱耗率平均值為7816.8kJ/kWh，與設(shè)計值7535kJ/kWh相比，偏高幅度達3.7%；額定負荷THA工況的高壓缸效率試驗平均值為85.3%，與設(shè)計值87.7%相比偏低2.4%；試驗中壓缸效率（未考慮合缸過橋汽封漏汽影響）為92.5%，與設(shè)計值92.5%一致；試驗低壓缸效率為86.3%，比設(shè)計值91.7%偏低5.4%。由此可知，導(dǎo)致機組汽輪機實際運行性能偏離設(shè)計值的主要原因是汽輪機高、低壓缸通流效率的偏低。另外，該機型與西門子、阿爾斯通等先進機組相比，在通流效率上有一定的差距。

機組經(jīng)濟性指標原設(shè)計及改造前值

2、改造主要內(nèi)容

為進一步挖掘機組節(jié)能潛力，提高機組經(jīng)濟性和環(huán)保性，樂電電廠于2014年1號機組A級檢修期間、2015年2號機組A級檢修期間均采用上海電氣集團股份有限公司（下稱上海電氣）的AIBT技術(shù)，分別對1號、2號汽輪機的高中低壓缸通流部分進行了優(yōu)化改造，并配套實施了鍋爐、發(fā)電機、主變等擴容改造項目，將機組的額定出力由600MW提高至660MW，且設(shè)定兩個熱耗率驗收工況，分別為，第一驗收工況100%THA，第二驗收工況75%THA。

AIBT技術(shù)是STP在多年通流設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)形成的一種先進的整體通流設(shè)計技術(shù)，與上一代的通流設(shè)計技術(shù)（應(yīng)用于超臨界600MW等級機組）相比，該技術(shù)在通流設(shè)計方面主要有以下優(yōu)勢：

（1）該技術(shù)包含了通流的整體流道布置、葉片優(yōu)化選型、差脹間隙設(shè)計、葉頂圍帶和葉根設(shè)計以整體方式進行，不需要象傳統(tǒng)方式那樣逐級匹配設(shè)計。

（2）程序功能完備而強大，能夠?qū)崿F(xiàn)通流的效率和強度的自動匹配，差脹安全性和效率的自動匹配，模塊跨距與級份的自動匹配。

（3）AIBT通流技術(shù)的設(shè)計從氣動力學(xué)角度提出了變反動度的設(shè)計原則，即每一葉片級的反動度是不相等的。反動度是與葉片的幾何尺寸、焓降、進出汽角特性對應(yīng)的，以最佳的氣流特性決定各級的反動度，而不是按統(tǒng)一的反動度去犧牲某些氣動性能，使各個全三維葉片級均處在最佳的氣動狀態(tài)，不同反動度葉片級的組合將提高整個缸的通流效率。

（4）整體圍帶葉片、全切削加工強度好、動應(yīng)力低、抗高溫蠕變性能好。

2.1總述

本次改造對原超臨界、單軸一次中間再熱臨界、三缸四排汽、凝汽式汽輪機采用AIBT技術(shù)及汽輪機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)進行通流改造，改造的主要原則為：1）汽輪機外缸不動；2）汽輪機基礎(chǔ)不動；3）內(nèi)缸的裝配和定位方式不變；4）汽輪機軸承不動；5）轉(zhuǎn)子跨度不變；6）與發(fā)電機聯(lián)接方式和位置不變；改造的范圍如下：1）高、中、低壓缸通流部分動、靜葉片；2）高、中、低壓轉(zhuǎn)子及附件；3）高中壓內(nèi)缸及組件；4）低壓內(nèi)缸及組件；5）其它改造前存在的問題；6）所有對輪螺栓更換改造。高壓通流級數(shù)從原來的I+11級增加至I+13級，中壓通流級數(shù)從原來的8級增加至9級，低壓通流級數(shù)從原來的 4×7級增加到 4×9級。

2.2高中壓內(nèi)缸

改造后的高中壓內(nèi)缸有別于原191機組的高中壓內(nèi)缸。它是一個嶄新的整體結(jié)構(gòu)，它包括了原高壓內(nèi)缸、中壓內(nèi)缸、高壓持環(huán)、中壓#1持環(huán)以及蒸汽室，它徹底解決了原蒸汽室漏汽問題，更簡化了現(xiàn)場的安裝工作量。

高中壓內(nèi)缸采用鉻鉬鋼鑄件（ZG15Cr1Mo1V），高、中壓部分反流布置，在中分面處分開，形成上半和下半，上、下半用法蘭螺栓連接固定，它們必須預(yù)緊以產(chǎn)生適當?shù)膽?yīng)力，以保證中分面的汽密性。內(nèi)缸下半在靠近高壓和中壓進汽口附近分別有四個與缸體鑄成一體的貓爪在水平中分面處支承在外缸上，頂部和底部用定位銷導(dǎo)向，以保持對汽輪機軸線的正確位置，同時允許隨溫度變化能自由地膨脹和收縮。內(nèi)、外缸的進汽口通過撓性進汽插管來連接，利于吸收內(nèi)外缸差脹及減小熱應(yīng)力，進汽插管與內(nèi)缸進汽口間配有密封環(huán)。

2.3高中壓轉(zhuǎn)子

高中壓轉(zhuǎn)子是由12Cr10Mo1W1NiVNbN整體鍛件加工而成的無中心孔轉(zhuǎn)子，高壓通流級數(shù)增加至I+13級，中壓通流級數(shù)增加至9級。

高中壓轉(zhuǎn)子的高壓與中壓的蒸汽流向為反流布置，高中壓轉(zhuǎn)子支承于兩個徑向軸承上，跨距為6140mm，裝好葉片的高中壓轉(zhuǎn)子重約36.5噸。高壓包括1級三叉三銷葉根的單列調(diào)節(jié)級及13級壓力級，壓力級全部為T型葉根。中壓共9級，前兩級為雙T型葉根，其余為T型葉根。各級間的轉(zhuǎn)子外圓有用于供安裝隔板汽封齒的齒槽。在各級動葉圍帶處，均裝有徑向汽封，在轉(zhuǎn)子兩端城墻齒與端部汽封配合，以防各級間漏汽及蒸汽外泄。

調(diào)節(jié)級動葉為三叉三銷三聯(lián)體葉片結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的葉片具有良好的強度性能。每組葉片由一塊單獨的材料通過電脈沖加工而成。葉片根部為三叉形，安裝時插入轉(zhuǎn)子上已加工好的與之配合的槽內(nèi)。再由三只軸向裝入的銷子加以固定。這種形式的葉片能夠承受最小的部分進汽運行工況而不會損壞。

2.4高中壓通流

本次改造，采用整體通流設(shè)計技術(shù)（AIBT），保證了機組的高效性和安全性；該技術(shù)主要有以下特點：

（1）小直徑、多級數(shù)：各級均有汽封，減少漏氣損失。

（2）變反動度：變反動度使得葉片級均處在最佳的氣動狀態(tài)，大大提高中壓缸的整體通流效率。

（3）采用彎扭馬刀型動、靜葉。

（4）采用T型（單、雙）葉根：有效降低葉根軸向漏汽量。

（5）采用整體圍帶葉片：全切削加工，強度好、振動應(yīng)力低、抗高溫蠕變性能好。

（6）隔板及徑向汽封采用鑲片式迷宮汽封：有效降低通流部分的漏氣損失。

2.5低壓內(nèi)缸

低壓內(nèi)缸為碳鋼焊接（鑄焊）結(jié)構(gòu)，除兩端半環(huán)為鑄件外，其余均為鋼板。采用側(cè)板將內(nèi)缸分成不同的抽汽腔室，左右腔室之間焊有撐桿，以此來保證結(jié)構(gòu)的剛性。低壓內(nèi)缸的設(shè)計是運用國際上最先進的有限元計算手段對機組進行三維模擬仿真分析后取得的最佳結(jié)構(gòu)，采用了一種新型平行四邊形的抽汽腔室結(jié)構(gòu)和新的螺栓法蘭布置方法，即將傳統(tǒng)的垂直徑向隔板向進汽中心線傾斜，通過一塊有孔的覆板連接徑向隔板的內(nèi)側(cè)端部，組成一個可以滿足抽汽要求的封閉平行四邊形腔室。通過中分面少量的法蘭和螺栓布置，利用汽缸的熱脹以達到其運行狀態(tài)自行密封的效果。從而解決傳統(tǒng)螺栓密封技術(shù)存在的問題，是一種先進的利用特殊結(jié)構(gòu)達到自密封的技術(shù)。內(nèi)缸兩端固定有排汽導(dǎo)流環(huán)，它與外缸的錐形端壁結(jié)合，形成排汽擴壓通道。

3、改造后效果

從改造后的情況看，除了高壓缸效率與設(shè)計值尚有一定偏差外，其它性能指標均達到了較為理想的結(jié)果。

（1）#1機組相比改造前，整機熱耗降低189.22kJ/kWh，供電煤耗降低了約7.2g/kWh。

（2）#2機組相比改造前，整機熱耗降低215.5kJ/kWh，供電煤耗降低了約8.26g/kWh。

4、結(jié)語

汽輪機通流改造的原則之一就是不改變汽輪機的熱力系統(tǒng)，各級回?zé)岢槠诘膮?shù)（包括抽汽壓力和溫度）基本不變，壓力和溫度變化范圍很小，可以完全保證各級加熱器不超壓、不超溫，加熱器的安全運行是完全可以保證的。

參考文獻

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