徐 星

(國電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，南京 210046)

當(dāng)前，燃煤發(fā)電企業(yè)面臨著經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變、市場競爭、資源約束、環(huán)境保護等多方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-2]。為實現(xiàn)節(jié)能減排約束性目標(biāo)，政府制定了相關(guān)的政策措施，鼓勵和支持發(fā)電企業(yè)進行節(jié)能減排的技術(shù)改造，采用節(jié)能環(huán)保的新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)[3]。為了適應(yīng)新形勢，確保機組效率高、經(jīng)濟效益好，進一步提高競爭力，某廠300 MW亞臨界機組計劃實施汽輪機通流改造項目。

我國300 MW亞臨界汽輪機主要是通過對早期引進機型進行逐步消化吸收和國產(chǎn)優(yōu)化改進等來不斷提升性能和效率。2014年以來，隨著技術(shù)不斷升級，汽輪機主要制造商結(jié)合當(dāng)前機組運行特點，采用最新技術(shù)對300 MW亞臨界汽輪機進行通流改造，改造后機組性能大幅提升，取得了良好效果[4]。筆者通過分析該廠300 MW亞臨界汽輪機存在的主要問題，比較全面通流改造與部分通流改造兩種方案的技術(shù)指標(biāo)，針對通流改造中存在的問題提出建議，為今后汽輪機通流改造工作提供參考。

1 機組概況

該廠裝機2臺300 MW機組，分別于2005年、2006年投入商業(yè)運營。汽輪機為亞臨界、中間一次再熱、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機，型號為N320-16.7-537/537。

目前，2臺機組(1號、2號機組)汽輪機高、中、低壓缸效率下降較大，已遠低于原設(shè)計值，通過常規(guī)大修難以恢復(fù)其經(jīng)濟性能，汽輪機中、低負荷經(jīng)濟性下降幅度更大，無法滿足當(dāng)前深度調(diào)峰的經(jīng)濟性要求。以1號機組汽輪機為例，最近一次大修后性能試驗結(jié)果見表1。

表1 1號機組汽輪機最近一次大修后性能狀況

THA工況時，修正后熱耗率比設(shè)計值7 905 kJ/(kW·h)高395 kJ/(kW·h)。機組熱耗率偏高，主要原因是汽輪機本體性能下降。中、低負荷熱耗率較設(shè)計值偏差較大，通流改造兼顧額定負荷經(jīng)濟性的同時要重點關(guān)注中、低負荷運行經(jīng)濟性。

經(jīng)測算，機組額定負荷工況修正后供電煤耗較國家要求的310 g/(kW·h)偏高約20 g/(kW·h)，機組供電煤耗指標(biāo)與國家要求差距較大，主要問題在于汽輪機本體經(jīng)濟性下降導(dǎo)致機組熱耗率偏高，迫切需要進行汽輪機通流改造。

2 通流改造調(diào)研

2.1 常規(guī)通流改造

目前，國內(nèi)制造廠家在通流改造方面技術(shù)日益先進、成熟。上海汽輪機廠(簡稱上汽)運用整體通流設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)了亞臨界汽輪機技術(shù)改造升級，如上海外高橋發(fā)電廠3號和4號機組、華能陽邏電廠1號和2號機組等。東方汽輪機廠(簡稱東汽)利用第三代優(yōu)化葉型、采用新結(jié)構(gòu)、優(yōu)化熱力系統(tǒng)等先進技術(shù)對已投運亞臨界300 MW及600 MW機組進行通流改造，實現(xiàn)了國內(nèi)汽輪機設(shè)計技術(shù)的飛躍，如國華三河電廠3號和4號機組等。哈爾濱汽輪機廠(簡稱哈汽)利用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)研發(fā)設(shè)計了新一代亞臨界300 MW、600 MW機組，并對在役亞臨界300 MW機組進行了技術(shù)改造升級，并于2015年底完成亞臨界600 MW大唐七臺河電廠4號機組的通流技術(shù)升級。ALSTOM由眾多公司不斷合并重組演變而來，其融合了ABB、TOSHIBA、GE等知名公司的先進技術(shù)，近幾年，ALSTOM改造的300 MW亞臨界機組為深圳媽灣電廠3號和4號機組等。

對同機型已改造的A廠、B廠汽輪機通流改造后的性能進行調(diào)研，結(jié)果見表2。

表2 部分汽輪機通流改造后性能狀況

從表2可以看出：經(jīng)過通流改造后，各臺機組熱耗率都有大幅下降，在THA工況下，熱耗率約為7 900 kJ/(kW·h)，較當(dāng)前300 MW亞臨界機組平均熱耗率(8 200～8 400 kJ/(kW·h))有了明顯改善，煤耗降低顯著；在75%THA工況下，各臺機組熱耗率可達 7 950～8 050 kJ/(kW·h)，較當(dāng)前300 MW亞臨界機組平均熱耗率(8 300～8 500 kJ/(kW·h))有了明顯改善，煤耗降低顯著。

2.2 提參數(shù)通流改造

目前，單提主蒸汽溫度或再熱蒸汽溫度的改造項目沒有實施案例。300 MW亞臨界雙提溫改造機組已投產(chǎn)的有東汽安陽改造項目。上汽300 MW亞臨界提參數(shù)改造機組已投產(chǎn)的有諫壁改造項目。ALSTOM目前沒有亞臨界提參數(shù)改造的工程案例。

除常規(guī)通流改造范圍外，汽輪機側(cè)改造涉及高壓進汽閥、中壓進汽閥、旁路系統(tǒng)，鍋爐側(cè)改造涉及高溫過熱器(簡稱高過)、高溫再熱器(簡稱高再)、頂棚受熱面以及相應(yīng)的集箱受熱面管夾等。與常規(guī)通流改造相比，提參數(shù)通流改造增加的成本主要來自鍋爐系統(tǒng)改造，總體改造成本大幅增加。目前，機組年運行時間不斷下降，延長了亞臨界機組提參數(shù)改造的投資回收期，進一步增加了投資風(fēng)險。

常規(guī)通流改造范圍不大，投資相對較小，因此目前絕大多數(shù)的改造都是常規(guī)通流改造。單提溫改造、雙提溫改造的改造范圍擴大到閥門、鍋爐受熱面、熱力系統(tǒng)等，收益比常規(guī)通流改造要好，但是投資也比較大。隨著機組年運行時間不斷降低，投資風(fēng)險增大。

當(dāng)前我國已經(jīng)具有了自主設(shè)計、制造大型發(fā)電機組的能力，國內(nèi)汽輪機制造廠以及ALSTOM具有豐富的通流改造經(jīng)驗，其通流改造技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、安全可靠。改造后，機組熱耗率降低、發(fā)電功率增加，具有明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。上汽、東汽、哈汽、ALSTOM等汽輪機改造廠家技術(shù)成熟、先進，各有特點。對于300 MW亞臨界機組通流改造，上汽、東汽有較多業(yè)績。

3 通流改造技術(shù)路線

研究對象機組運行時間已超過10 a，機組老化導(dǎo)致性能下滑明顯，雖經(jīng)過歷次大修和節(jié)能改造，機組熱耗率暫時有所降低，但持續(xù)時間不長且效果有限。由于原通流設(shè)計技術(shù)相比目前先進技術(shù)落后，而且經(jīng)過多年的發(fā)展，國際和國內(nèi)整體工業(yè)技術(shù)得到了提升，各設(shè)備制造商的技術(shù)也達到了新的水平，利用當(dāng)代的通流設(shè)計和機械制造水平，對現(xiàn)役機組進行通流改造是提高機組經(jīng)濟性的重要方法，通過通流改造可以大幅提高機組的經(jīng)濟性與安全性。通流改造技術(shù)路線有以下幾點：

(1) 先進的通流設(shè)計技術(shù)和體系，提高汽輪機通流效率和變負荷適應(yīng)性。

①采用先進的靜、動葉型線，降低葉型損失。

②優(yōu)化反動度沿葉高的分布，使靜、動葉間的能量轉(zhuǎn)換達到最優(yōu)。

③采用最佳速比設(shè)計提高通流級效率。

④采用優(yōu)化設(shè)計的末級葉片。

(2) 先進的本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，提升汽輪機經(jīng)濟性和安全性。

①優(yōu)化設(shè)計高、中、低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)缸變形帶來的內(nèi)漏問題。

②優(yōu)化進汽和排汽流道，降低進、排汽壓損。

(3) 采用先進汽封結(jié)構(gòu)，降低漏汽損失。

(4) 在工藝、采購、制造、檢驗等生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用先進的質(zhì)量改進措施和質(zhì)量管控體系，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(5) 改造后機組在THA工況應(yīng)該能達到高壓缸效率不低于87%，中壓缸效率不低于93%，低壓缸效率不低于88.5%的目標(biāo)。

4 方案分析

根據(jù)改造范圍差異，通流改造可以分為部分通流改造和全面通流改造，部分通流改造對機組的經(jīng)濟性提升有限，全面通流改造效果明顯。

4.1 技術(shù)方案對比

全面通流改造方案以機組安全可靠性為前提，采用先進通流改造技術(shù)，對高中壓缸及低壓缸進行全面優(yōu)化改造，利用汽輪機通流現(xiàn)代化改造的成熟技術(shù)，達到節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟性的目的。

部分通流改造方案，即根據(jù)全面通流改造中高中壓缸通流改造的技術(shù)和措施，僅對汽輪機高中壓缸進行通流改造，低壓缸不做通流改造。

對全面通流改造方案和部分改造方案進行技術(shù)對比，結(jié)果見表3。

4.2 性能指標(biāo)對比

對全面通流改造和部分通流改造方案的經(jīng)濟指標(biāo)進行比對，結(jié)果見表4。

表4 兩種改造方案經(jīng)濟指標(biāo)對比

由表4可以看出：全面通流改造方案的THA工況熱耗率和加權(quán)工況熱耗率均較部分通流改造方案的熱耗率低120～130 kJ/(kW·h)。以現(xiàn)有鍋爐效率93.5%、廠用電率5%計算，全面通流改造后預(yù)計供電煤耗率達310 g/(kW·h)，部分通流改造后預(yù)計供電煤耗率達315 g/(kW·h)。因此，全面通流改造方案更能滿足機組性能指標(biāo)要求。

5 結(jié)語

某廠300 MW亞臨界汽輪機存在較大的性能問題，有必要對其實施通流改造。通過研究機組現(xiàn)狀、分析主要問題、對比分析全面通流改造和部分通流改造兩種方案，提出全面通流改造方案的機組經(jīng)濟指標(biāo)先進，更能適應(yīng)未來發(fā)展形勢。