孔凡科 閻偉明

摘要：本文研究了如何進(jìn)行330MW汽輪機(jī)組改造的優(yōu)化設(shè)計，分析改造時的需求和目標(biāo)，研究具體的改造方法，幫助企業(yè)更好地改造汽輪機(jī)。

關(guān)鍵詞：330MW汽輪機(jī)組;通流改造;優(yōu)化設(shè)計

電力對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用十分重要，通過對汽輪機(jī)組通流改造，能夠降低汽輪機(jī)組的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。為此，就需要采用合理的方式，通過優(yōu)化設(shè)計，改善汽輪機(jī)組的性能。

1?通流改造的意義

電力是國家的重要資源，汽輪機(jī)技術(shù)的應(yīng)用水平提高和節(jié)能減排政策的背景下，330MW以上機(jī)組開始大量投入到運轉(zhuǎn)當(dāng)中。但是，很多機(jī)組都是在上個世紀(jì)七八十年代制造的，由于技術(shù)水平不成熟，導(dǎo)致通流效率比較低，存在熱耗高等方面的問題[1]。為了能夠符合時代的要求，就需要對這些汽輪機(jī)組進(jìn)行通流改造。改造之后的汽輪機(jī)有利于企業(yè)在電力市場中提高他們的競爭力，降低汽輪機(jī)的能耗、減少污染，并且推動社會向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變。

2?工程概況

某電廠的汽輪機(jī)是D42型亞臨界、凝汽式300MW汽輪機(jī)，由于汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)性非常差，并且又比較高的煤耗，而且機(jī)組的熱耗和設(shè)計的熱耗差距比較大，所以，企業(yè)決定對汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造，通過大修來對汽輪機(jī)三缸進(jìn)行徹底的改造，以便能夠進(jìn)一步降低汽輪機(jī)的能耗，并且實現(xiàn)企業(yè)減排目標(biāo)。

2.1?改造目標(biāo)

通過對汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造，提升機(jī)組各缸的效率，汽輪機(jī)的熱耗得降低，其中中壓缸的效率達(dá)到93%，低壓缸的效率達(dá)到90%。改造汽輪機(jī)的供熱，讓汽輪機(jī)組可以具備更長的供熱能力，讓中壓排汽壓力的供熱抽汽量達(dá)到每小時400噸。通過對汽輪機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，使汽輪機(jī)組的變負(fù)荷運行具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，并且能夠具有更強(qiáng)的調(diào)峰運行能力，保證汽輪機(jī)組可以在不同時期進(jìn)行基本負(fù)荷和帶調(diào)峰負(fù)荷的要求，保證運行的經(jīng)濟(jì)性，保證汽輪機(jī)組可以在40%到100%的額定負(fù)荷長期連續(xù)運行，以及讓鍋爐能夠長期協(xié)調(diào)穩(wěn)定[2]。通過改造汽輪機(jī)組，解決汽輪機(jī)出現(xiàn)的螺栓斷裂、內(nèi)缸裂紋等問題，避免軸封漏汽等問題，保證汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

2.2?通流改造的原則

為了保證汽輪機(jī)的正常運行，通流改造的過程中需要保證機(jī)組的外形尺寸和旋轉(zhuǎn)方向和原來相同，然后使用成熟的技術(shù)進(jìn)行改造，提升機(jī)組的安全性和可靠性。改造之后的主汽門、調(diào)門都保留原有的位置，軸承座安裝的位置不改變，并且也不改變和發(fā)電機(jī)的連接方式。改造后的汽輪機(jī)組的軸向推力方向不能大于原來的設(shè)計值，機(jī)組的基礎(chǔ)不動，改造之后的基礎(chǔ)負(fù)載不改變，從而滿足安裝的需求。

3?設(shè)計方案

3.1?汽輪機(jī)末級葉片的長度

汽輪機(jī)末級葉片的選擇要考慮到汽輪機(jī)的增容設(shè)計和背壓，以及機(jī)組的供熱情況。根據(jù)汽輪機(jī)的設(shè)計理念，葉片的長度降低能夠減少汽輪機(jī)組的熱耗，但是在選擇葉片時必須要分析全年的溫度變化，以及全年的平均背壓。

3.2?噴嘴的改造

根據(jù)汽輪機(jī)制造廠的設(shè)計，對汽輪機(jī)的通流改造調(diào)節(jié)級面積從原來減少3平方米左右，在調(diào)節(jié)級降低以后，有利于低負(fù)荷時調(diào)節(jié)級頻率的提升。噴嘴改造中，噴嘴室和噴嘴組是上下結(jié)構(gòu)，和內(nèi)缸軸向定位于高壓進(jìn)汽的重心向，上下沿軸向?qū)?，這樣能夠保證自由膨脹而且高壓進(jìn)氣管中心不變[3]。

3.3?機(jī)組冷端優(yōu)化

由于氣象條件已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，所以在改造的時候，設(shè)計參照了二期工程機(jī)組氣象條件和循環(huán)水，實際流量進(jìn)行了背壓的優(yōu)化。根據(jù)冷端優(yōu)化的計算，汽輪機(jī)組在凝汽器設(shè)計背壓應(yīng)該在5.1kPa左右。通過優(yōu)化設(shè)計，在循環(huán)倍率在55時，機(jī)組的循環(huán)背壓會在5.1kPa左右，背壓優(yōu)化之后，機(jī)組的熱耗明顯降低。

3.4?汽輪高中壓缸結(jié)構(gòu)形式的改良

在原本的設(shè)計當(dāng)中，機(jī)組的高壓外缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成高壓內(nèi)缸加上隔板套，利用內(nèi)缸和隔板套之間的腔室，對外抽氣加熱。抽腔室存在像高壓缸排氣漏汽的問題，造成高壓缸排汽溫度升高，汽缸的高壓缸效率降低。同時，高壓進(jìn)汽腔室沒有進(jìn)行單獨隔離，就導(dǎo)致高壓進(jìn)汽向中壓進(jìn)汽漏汽的問題，造成中壓進(jìn)汽的溫度明顯降低，甚至?xí)霈F(xiàn)蒸汽短路的情況。

通過對高、中壓內(nèi)缸進(jìn)行設(shè)計，高壓內(nèi)缸的結(jié)構(gòu)得到了改變。全新的設(shè)計下，高中壓氣室分別由高壓內(nèi)外缸和隔板套組成，抽氣腔室和高壓進(jìn)氣抽管經(jīng)過改造形成了進(jìn)汽腔室，蒸汽經(jīng)過噴嘴后，進(jìn)入調(diào)節(jié)級汽室中。中壓進(jìn)氣和中壓隔板重新是構(gòu)成了中壓進(jìn)汽腔室[4]。通過增加新的內(nèi)缸，讓軸向長度增加，高壓進(jìn)氣口和中壓進(jìn)氣口之間專門設(shè)計了定位突肩，能夠和外缸的凸緣相互配合。

3.5?供熱改造

根據(jù)機(jī)組的特點，是通流優(yōu)化的供熱改造中進(jìn)行了參數(shù)上的優(yōu)化，再不改變氣缸跨度的前提下，中壓增加了兩級。額定工況下的中排參數(shù)降低，具有很高的節(jié)能效益。中壓增加兩級所采用的措施，通過采用新型氣封降低了氣封的厚度;在滿足強(qiáng)度的情況下，減少了隔板的厚度。

3.6?軸承的設(shè)計

根據(jù)汽輪機(jī)純凝機(jī)組改造為供熱機(jī)組的需要，汽輪機(jī)的軸向推力在進(jìn)行大流量的抽氣時，推力可能會有很大的增加。為此，使用了塊式推力軸承代替了原來的軸承，這種軸承的擺動瓦是點支撐，能夠在杠桿均衡的系統(tǒng)上，在個別塊瓦高出其他塊瓦的時候，中間的墊塊可以圍繞中間擺動下降，并且向鄰近瓦塊分載。這種軸承的優(yōu)點在于能夠?qū)φ麄€瓦面進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，避免了瓦面高低不齊導(dǎo)致的載荷不均勻。

3.7?汽輪機(jī)抽氣設(shè)計

原機(jī)組的高壓進(jìn)汽密封活塞是封閉式活塞，拆卸和安裝比較復(fù)雜，而且封汽效果比較差，根據(jù)內(nèi)外缸的溫差來看，外缸內(nèi)壁和主蒸汽的溫度接近，所以存在一定的泄露問題。在新設(shè)計中，汽輪機(jī)的高、中進(jìn)氣和抽氣密封環(huán)的機(jī)構(gòu)都采用疊片式密封，斷面也能夠形成密封面，從而獲得了良好的密封效果。而且這種方式的調(diào)整性能也比較好，雖然結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但是裝配依然比較簡單。

4結(jié)束語

汽輪機(jī)的改造能夠改善汽輪機(jī)的性能，改造之后汽輪機(jī)的氣缸膨脹十分均勻，并且減少了漏氣的問題，而且也沒有保溫超溫的現(xiàn)象，軸系的振動情況良好，達(dá)到了預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]程源.?300MW汽輪機(jī)通流改造及性能試驗研究[D].蘇州大學(xué)，2014.

[2]陳建華.?國產(chǎn)引進(jìn)型300MW汽輪機(jī)通流改造的分析研究[D].華南理工大學(xué)，2012.

[3]張泉.?韶電300MW汽輪機(jī)組通流部分改造研究[D].華南理工大學(xué)，2012.

[4]蘇海濤.?張電300MW汽輪機(jī)通流改造節(jié)能效果分析[D].華北電力大學(xué)，2016.

（作者單位：國電懷安熱電有限公司）