奚守譜

（華電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠，黑龍江齊齊哈爾 161041）

0 引言

隨著區(qū)域范圍內(nèi)供熱面積的不斷增大，通過新建電廠滿足供熱要求，不僅增加了電廠的投資，也是對環(huán)境保護的一個考驗。因此在現(xiàn)有設(shè)備上對汽輪機進行技術(shù)改造，以提高機組的供熱能力，參與深度調(diào)峰，既滿足供熱需要，又為企業(yè)創(chuàng)造效益。

華電能源股份公司富拉爾基發(fā)電廠（以下簡稱“富發(fā)電廠”）有6臺200 MW燃煤機組，總裝機容量1200 MW，分別于1982年至1989年投產(chǎn)。3大主機均為20世紀80年代產(chǎn)品，其中汽輪機為沖動式3缸3排汽凝汽式汽輪機。2016年，富發(fā)電廠完成對廠內(nèi)4#，5#，6#機組的供熱改造（其中4#機組光軸抽汽改造，5#，6#機組打孔抽汽改造）。改造后，富發(fā)電廠承擔富拉爾基區(qū)供熱面積約200萬m2，并為富熱電廠提供400萬m2熱負荷的備用熱源[1]。

本項目是在富拉爾基區(qū)供熱工程的基礎(chǔ)上進行的，擬對富發(fā)電廠1#機組進行光軸抽汽供熱改造，對2#，3#號機組進行背壓機升級改造，對已改的5#，6#打孔抽汽機組進行切缸供熱改造。項目投產(chǎn)后富發(fā)電廠將實現(xiàn)對齊齊哈爾市中心城區(qū)供熱，承擔的供熱面積為2000萬m2。因此，項目投產(chǎn)后富發(fā)電廠總承擔的供熱面積為2200萬m2。

1 機組改造技術(shù)分析

根據(jù)廠內(nèi)機組實際運行情況，結(jié)合國內(nèi)外供熱改造新技術(shù)，對機組改造方案進行優(yōu)化。

1.1 背壓改造機組從5#和6#機組變?yōu)?#和3#機組

2#和3#機組在1983—1984年投產(chǎn)，是哈汽廠最早一批34型200 MW機組，工藝水平相對落后，服役時間已超過30 a，從富發(fā)廠近年運行情況來看，發(fā)電效率較低，夏季運行時間較短。改為背壓后，機組只在采暖期運行，能有效提高機組效率。5#和6#機組在1988—1989年投產(chǎn)，屬于優(yōu)化后的55型200 MW機組，較34型機組發(fā)電效率高，夏季運行時間長。調(diào)整為光軸/切缸，機組能夠在冬夏季進行供熱/純凝切換，保障了發(fā)電廠的經(jīng)營利潤。因此綜合來看，將2#和3#機組改造為背壓機更為安全經(jīng)濟。

具體方案：2#和3#機組重新設(shè)計中壓缸中部，上部抽汽口為2個DN900 mm抽汽口，將2根DN900 mm管道連接到一根DN1400 mm的抽汽管道，在抽汽管道設(shè)置安全閥、調(diào)節(jié)閥、快關(guān)閥、逆止閥等；下部變?yōu)橐粋€DN900 mm的抽汽口，蒸汽由DN900 mm管道引出，并設(shè)置安全閥、調(diào)節(jié)閥、快關(guān)閥、逆止閥等。

此外，2#和3#機組末級葉片為彎制拱型圍帶鉚釘連接結(jié)構(gòu)，安全性較差，借改造機會拆除低壓部分葉片，有助于提高機組安全性。

1.2 將光軸改造技術(shù)更換為切缸改造技術(shù)

功率改造是近年新開發(fā)的機組供熱改造技術(shù)，一次性對機組低壓缸葉片及中低壓缸連通管（包含閥門）及進行改造。冬季供暖時，通過關(guān)閉蝶閥切斷通往2#和3#低壓缸蒸汽，直接從連通管抽出去供熱，對低壓缸僅通入約10 t/h的冷卻蒸汽；夏季時蝶閥開啟，恢復至純凝機組狀態(tài)，靈活性較高，在國外已有成功運行案例。

在1.1的方案基礎(chǔ)上，將5#和6#機組由光軸改造優(yōu)化為切缸改造（1#機組同時改為切缸作為供熱備用），可減少每年2次的機組低壓缸換軸工作，同時可在冬季調(diào)節(jié)機組靈活性，適應(yīng)電網(wǎng)/熱網(wǎng)的調(diào)峰需求。

切缸機組1#低壓缸流量還有150 t/h左右，冷源損失可觀，但對于目前以及近3 a供熱負荷的需求，暫時不需要回收此部分冷源損失。如果日后供熱負荷增加，可考慮回收此部分冷源損失。

1.3 將1#機組由打孔抽汽改造機組調(diào)整為光軸改造抽汽機組

原有1#機組打孔改造后，供熱能力未能完全釋放，但光軸改造后，能大幅提高全廠供熱能力。

經(jīng)過此次方案優(yōu)化后，富發(fā)電廠最終形成“2光軸+2背壓+2切缸”的全廠機組格局。

2 光軸改造與切缸技術(shù)應(yīng)用

機組改造方案優(yōu)化后，擬采用技術(shù)成熟的全背壓升級技術(shù)和光軸抽汽技術(shù)以及切缸技術(shù)的組合方案對機組供熱改造。

本項目光軸抽汽方案是將機組的2#低壓缸內(nèi)的雙分流的全部通流拆除，更換成光軸，并改造連通管，成為供熱機組。富發(fā)電廠2016年供熱改造工程4#機組采用光抽抽汽模式，現(xiàn)已在建設(shè)中。

2.1 光軸改造

新設(shè)計中壓轉(zhuǎn)子保留原中壓部分通流，低壓部分轉(zhuǎn)子為無葉片光軸轉(zhuǎn)子，只起到傳遞扭矩的作用。新設(shè)計中壓轉(zhuǎn)子的低壓5級葉輪由配重套筒代替，仍采用套裝結(jié)構(gòu)，這樣能夠保證套筒重量及位置與原葉輪基本相同，使得改造后的轉(zhuǎn)子重量、揚度和臨界轉(zhuǎn)速與原低壓轉(zhuǎn)子接近。主軸軸徑處尺寸與原中壓轉(zhuǎn)子軸徑尺寸相同，轉(zhuǎn)子動平衡槽及配重塊安裝位置維持原有結(jié)構(gòu)位置。由于取消1#低壓缸通流部分，機組正向推力減小，為維持機組推力不發(fā)生變化，需要對中壓缸前汽封改造。將機組的中壓轉(zhuǎn)子調(diào)端軸封直徑減小，即可增加正向推力，以平衡1#低壓缸停運減小的軸向推力。改造后機組軸向推力將維持與改造前基本相同，完全滿足機組安全運行需要。

2.2 切缸改造

切缸改造是近年來新開發(fā)的機組供熱改造技術(shù)，一次性對機組低壓缸葉片及中低壓缸連通管（包含閥門）及進行改造，更換末級葉輪級動葉片，轉(zhuǎn)子返廠，將原末級葉輪和末級葉片進行拆除，對低壓轉(zhuǎn)子進行檢測，安裝新的末級葉輪。冬季供暖時，通過關(guān)閉蝶閥切斷通往2#和3#低壓缸蒸汽，直接從連通管抽出去供熱，對低壓缸僅通入約10 t/h的冷卻蒸汽；夏季，蝶閥開啟，恢復至純凝機組狀態(tài)，靈活性較高。該改造技術(shù)可減少每年2次的機組低壓缸換軸工作，同時可在冬季更好的調(diào)節(jié)機組靈活性以適應(yīng)電網(wǎng)/熱網(wǎng)的調(diào)峰需求。

富發(fā)電廠5#和6#汽輪機組，是哈爾濱汽輪機廠有限責任生產(chǎn)的3缸3排汽200 MW超高壓一次再熱機組。根據(jù)業(yè)主要求，要對機組進行切缸改造，改造方案如下：

（1）利用舊轉(zhuǎn)子進行改造，拆除低壓正、反向末級葉輪和動葉片，安裝新的低壓正、反向末級葉輪，采用哈汽公司新型加強版600 mm末葉片。

（2）增加低壓末級、次末級測溫元件和葉片振動在線監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）連通管使用波紋膨脹節(jié)式連通管(曲管壓力平衡室)，加裝蝶閥、適當抬高連通管標高，并進行打孔抽汽。

（4）對控制系統(tǒng)進行相應(yīng)的優(yōu)化。

（5）極小流量運行工況，2#低壓加熱器停用，與1#低加的8抽管道需進行相關(guān)預防改造。

（6）增加低壓缸冷卻系統(tǒng)。由于2#和3#低壓缸中的轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)會產(chǎn)生一部分鼓風熱量，運行中需通入冷卻蒸汽（10 t/h），疏水引入凝汽器中。

（7）原機低壓缸噴水為3路，其中一路對中壓側(cè)低壓排汽缸進行冷卻。改造后，對中壓側(cè)低壓排汽缸的噴水與低壓部分排汽缸的兩路噴水分開，以滿足對2#低壓排汽缸超溫噴水需要。

3 切缸技術(shù)改造的關(guān)鍵點

3.1 低壓轉(zhuǎn)子

更換末級葉輪級動葉片，轉(zhuǎn)子返廠，將原末級葉輪和末級葉片進行拆除，對低壓轉(zhuǎn)子進行檢測，安裝新的末級葉輪。

3.2 低壓末級采用600 mm末葉片

600 mm葉片為哈汽公司針對空冷200 MW機組開發(fā)的低壓末級葉片。新型600 mm末葉片自帶圍帶、自帶凸臺拉筋結(jié)構(gòu)，葉根為叉型，安全性優(yōu)于拱形圍帶和穿孔松拉筋，且動應(yīng)力遠小于原葉片。并且在葉片出汽邊進行了噴涂加強處理，提高了葉片抗水蝕沖刷性能；葉片增加了噴丸處理，可以提高葉片耐振強度50%，提高葉片抵抗振動的能力。

600 mm葉片是為直接空冷開發(fā)的葉片，設(shè)計時充分考慮了空冷機組背壓變化大、高背壓小流量等情況。為防止小容積流量下的顫振，葉片設(shè)計強度留有足夠余量。裝有600 mm葉片的機組投運至今，未發(fā)生過葉片斷裂事故。如達賚湖電廠運行已經(jīng)超過11 a，該葉片經(jīng)歷了直接空冷機組背壓和負荷頻繁變化的考驗，運行穩(wěn)定。

3.3 連通管改造

新設(shè)計的連通管采用波紋膨脹節(jié)式連通管（曲管壓力平衡室），連通管與汽缸之間的脹差完全通過波紋膨脹節(jié)的柔性來吸收。連通管與汽缸相聯(lián)管段所受彎矩的大小，除連通管自重引起的固定量外，完全取決于膨脹節(jié)柔性的大?。号蛎浌?jié)柔性大，管段所受彎矩?。慌蛎浌?jié)柔性小，彎管所受彎矩大。為了減小波紋膨脹節(jié)承受的由內(nèi)壓引起的軸向力，通常在連通管上增加一組相同波數(shù)的膨脹節(jié)。這樣，內(nèi)壓引起的軸向力由管道及拉桿來承受，波形只需承受由內(nèi)壓及差脹引起的負荷。由于改造前采用的是蝦腰結(jié)構(gòu)，增加了在管道內(nèi)的流動阻力。

3.4 冷卻蒸汽系統(tǒng)

供熱系統(tǒng)非抽汽工況或允許排汽量較大時，連通管蝶閥處于開啟或半開啟狀態(tài)，蒸汽進入低壓缸；當機組供熱量大、需要減小排汽量時，連通管蝶閥關(guān)閉，蒸汽從連通管采暖抽汽管道全部引出進入熱網(wǎng)供熱，僅引部分冷卻蒸汽進入低壓缸冷卻低壓轉(zhuǎn)子，帶走鼓風產(chǎn)生的熱量，與中壓缸相連的低壓缸正常工作。進入“切缸”的冷卻蒸汽從中排引出，經(jīng)過一個調(diào)節(jié)特性好的閥門進入低壓缸。根據(jù)計算，10 t/h左右即可滿足冷卻需要。

3.5 低壓缸噴水系統(tǒng)優(yōu)化

對低壓缸噴水系統(tǒng)進行優(yōu)化，全部采用不銹鋼產(chǎn)品，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并保證噴水減溫效果。

原機低壓缸噴水為3路，其中一路對中壓側(cè)低壓排汽缸進行冷卻。供熱改造后，需要對中壓側(cè)低壓排汽缸的噴水與低壓部分排汽缸的2路噴水分開，以滿足對2#低壓排汽缸超溫噴水需要。

3.6 增加葉片振動在線監(jiān)測系統(tǒng)

葉片振動在線監(jiān)測系統(tǒng)是一款進行葉片振動數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析，可用于葉片裂紋識別和疲勞風險的評估軟件。

4 結(jié)束語

汽輪機光軸改造技術(shù)和切缸改造技術(shù)是機組供熱改造的關(guān)鍵技術(shù)，對熱電廠深度調(diào)峰和供熱能力有著積極意義。主要對這2種技術(shù)進行了對比分析，重點闡述了切缸改造的相關(guān)技術(shù)問題。