上海電氣集團(tuán)股份有限公司/上海電氣電站服務(wù)公司 周 勇 陳鵬帥 李立偉

某電廠采用直流冷卻式機(jī)組，冷卻水來(lái)自周邊湖泊，為保護(hù)湖水資源、同時(shí)響應(yīng)國(guó)家能源局下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020）》通知，決定將發(fā)電機(jī)組從濕冷改造為空冷，同步進(jìn)行汽輪機(jī)本體通流改造以提高機(jī)組通流效率，將汽輪機(jī)的主再熱蒸汽參數(shù)由538℃/538℃提升至600℃/600℃，實(shí)現(xiàn)降低煤耗率的同時(shí)提高電廠的熱耗率。

1 汽輪機(jī)改造方案

某電廠的600MW 機(jī)組分別于2005年10月和2006年1月投入商業(yè)運(yùn)行，其型號(hào)為N600-16.67/538/538，屬于亞臨界、單軸、四缸、四排汽、中間再熱式汽輪機(jī)。機(jī)組的額定功率為600MW，最大連續(xù)功率為648.6MW，閥門(mén)全開(kāi)工況功率為673.8MW。汽輪機(jī)整體由高壓缸、中壓缸和兩個(gè)雙流低壓缸組成，高壓缸、中壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，低壓缸均采用三層缸結(jié)構(gòu)。汽輪機(jī)的通流部分共有58級(jí)葉片，高壓通流部分由1級(jí)單列調(diào)節(jié)級(jí)（沖動(dòng)式）和11級(jí)壓力級(jí)（反動(dòng)式）所組成。中壓缸采用對(duì)稱(chēng)雙流反動(dòng)式壓力級(jí)，低壓缸采用雙流反動(dòng)式壓力級(jí)。

限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)手段、制造工藝，亞臨界600MW 三缸四排汽機(jī)組效率相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)性水平距現(xiàn)階段國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平有較大的差距，此外機(jī)組老化使得效率低下。汽輪機(jī)組改造前高壓缸效率比設(shè)計(jì)低2.55%，中壓缸效率比設(shè)計(jì)值低1.69%，低壓缸效率比設(shè)計(jì)值低9.41%，最終熱耗比設(shè)計(jì)值高350.5kJ/kWh。因此為提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)性至國(guó)內(nèi)同等級(jí)先進(jìn)水平，同樣需要對(duì)機(jī)組各系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1.1 汽輪機(jī)本體通流提效改造

為進(jìn)一步提高機(jī)組的效率降低熱耗，使機(jī)組在允許的范圍內(nèi)最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，結(jié)合某電廠實(shí)際情況和降低煤耗指標(biāo)的要求，本改造采用汽機(jī)側(cè)主汽和再熱溫度都提升至600℃方案。由于改造中汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度大幅升高、濕冷改空冷，在高中壓缸基礎(chǔ)保持不變的前提下，汽輪機(jī)本體包括高、中、低壓模塊各大小部件、通流葉片及隔板、各軸承等均需進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。對(duì)于汽輪機(jī)的高中壓模塊改造如圖1所示。由于進(jìn)汽溫度、焓值的升高，主蒸汽攜帶的能量增強(qiáng)，為了減小容積時(shí)間常數(shù)，高、中壓模塊均采用了進(jìn)汽閥門(mén)與汽缸直連的結(jié)構(gòu)型式，取消了閥門(mén)與汽缸之間的導(dǎo)汽管。

圖2 汽輪機(jī)低壓模塊改造方案

低壓模塊由濕冷徹底更換為空冷模塊，汽缸與軸承座分離。低壓模塊在超超臨界機(jī)組體系下進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，低壓外缸與排汽裝置剛性連接，不參與滑銷(xiāo)系統(tǒng)膨脹；低壓內(nèi)缸軸向支撐于軸承座；通流采用2×6+2×2的方式，前五級(jí)為AIBT 整體通流平臺(tái)全新設(shè)計(jì)，后兩級(jí)為740mm 標(biāo)準(zhǔn)的末級(jí)級(jí)組（圖2）。

對(duì)于進(jìn)汽閥門(mén)，由于本項(xiàng)目中的進(jìn)汽參數(shù)有壓力低、溫度高的特點(diǎn)，進(jìn)汽的容積流量較改造前增加了1.5倍左右，進(jìn)汽閥門(mén)需按參數(shù)進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。同時(shí)考慮到超速工況、運(yùn)行靈活穩(wěn)定性的因素，主汽門(mén)采用帶補(bǔ)汽閥的一體式閥門(mén)、再熱汽門(mén)采用臥式提升式閥門(mén)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

1.2 汽輪機(jī)本體輔助系統(tǒng)改造

將汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)、抽汽逆止閥、高排逆止閥以及排通風(fēng)閥全部進(jìn)行更換。軸封供汽系統(tǒng)取消原有主蒸汽供汽一路，保留軸封供汽母管減溫器，軸封溢流增加一路至7號(hào)低加；保留原軸封供汽安全閥，但接口位置由改造前的減溫器前改為減溫器后；軸封加熱器經(jīng)核算后可以不更換，此外軸封系統(tǒng)閥門(mén)及其管路（包括軸封溢流）全部更換。低壓缸噴水、疏擴(kuò)噴水和三級(jí)減溫減壓器減溫水系統(tǒng)閥門(mén)和管道全部進(jìn)行更換。潤(rùn)滑油系統(tǒng)更換主油泵-油渦輪和油箱內(nèi)部油管路，此外更換機(jī)座運(yùn)轉(zhuǎn)層以上部分套裝油管道，頂軸油系統(tǒng)增加高中壓模塊軸承頂軸油管路。

1.3 熱力系統(tǒng)及其輔機(jī)改造

由于參數(shù)提高較多，主蒸汽和旁路蒸汽管道材料全部更換成A335P92合金。對(duì)于高壓加熱器疏水排汽系統(tǒng)，1號(hào)高加更換蒸汽接管，2號(hào)高加更換短筒身；考慮到改造前3號(hào)高加運(yùn)行情況較差，完全更換了3號(hào)高加。對(duì)于低壓加熱器疏水排汽系統(tǒng)，保留5號(hào)低壓加熱器，更換6、7、8號(hào)低壓加熱器。

汽輪機(jī)由濕冷改為空冷后，冷卻水系統(tǒng)由開(kāi)式循環(huán)改為閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，供水來(lái)自干濕聯(lián)合冷卻塔冷卻后循環(huán)使用的冷卻水。對(duì)于凝結(jié)水系統(tǒng)，更換了全部汽機(jī)廠供貨的疏水?dāng)U容器和三級(jí)減溫減壓器的減溫水以及低壓缸噴水系統(tǒng)；改造中新設(shè)置凝結(jié)水煙氣余熱利用系統(tǒng)，在6號(hào)低加進(jìn)、出口引出部分凝結(jié)水混溫后去煙氣余熱利用裝置回收部分煙氣熱量后再返回5號(hào)低加出口，減少回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽量，提高全廠的經(jīng)濟(jì)效率。抽真空系統(tǒng)作為直接空冷系統(tǒng)的主要組成部分，被用來(lái)建立和維持汽輪機(jī)組的低背壓和凝汽器的真空[1]。由于空冷機(jī)組真空系統(tǒng)容積較濕冷機(jī)組大、空氣泄漏量大，本次改造每臺(tái)機(jī)組新安裝2臺(tái)100%容量水環(huán)真空泵組，以滿(mǎn)足空冷機(jī)組抽真空的要求。

2 汽輪機(jī)組改造效果

改造后汽輪機(jī)組熱耗率第一驗(yàn)收工況性能指標(biāo)如表1，改造后#1、#2號(hào)機(jī)組性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值。改造后機(jī)組達(dá)到了預(yù)期效果，可實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)能效益，此外機(jī)組由水冷改為空冷后減緩了周邊湖泊水位降低的趨勢(shì)，對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)產(chǎn)生良好影響的同時(shí)促進(jìn)了地方旅游經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

表1 改造后汽輪機(jī)組100%THA 工況性能指標(biāo)

3 結(jié)語(yǔ)

兩臺(tái)汽輪機(jī)組實(shí)現(xiàn)了“跨代”升級(jí)改造，額定容量由600MW 增容5%至630MW，并將濕冷改為空冷以減少機(jī)組耗水量。改造中將超超臨界百萬(wàn)汽輪機(jī)技術(shù)應(yīng)用于亞臨界機(jī)組，完成了國(guó)內(nèi)首個(gè)濕冷到空冷的機(jī)組改造。改造后的機(jī)組主要性能均達(dá)到預(yù)期效果，高中低壓缸效率均高于設(shè)計(jì)值1～2%，此外濕冷改空冷使電廠年總耗水量從1200多萬(wàn)立方米減少至280萬(wàn)立方米，具有良好的節(jié)能效益和社會(huì)效益，并且對(duì)國(guó)內(nèi)外類(lèi)似電廠的升級(jí)改造起到了很好的示范作用。