李洪波，李 偉，管洪軍，張月雷，尹婷婷

（1.勝利石油管理局有限公司發(fā)展規(guī)劃部，山東 東營 257000；2.勝利石油管理局有限公司勝利發(fā)電廠，山東 東營 257087）

1.機組概況

勝利發(fā)電廠是勝利油田的自備電廠，二期為2臺300MW機組型號為C300/237-16.7/0.39/537/537，是亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽、采暖抽汽凝汽式汽輪機，由于汽輪機設(shè)計較早，限于當時的設(shè)計理念、設(shè)計技術(shù)以及制造加工能力等因素，機組通流部分效率較低，運行經(jīng)濟性差。

2015年11月委托西安熱工研究院對4號汽輪機進行性能試驗，結(jié)果顯示4號汽輪機在3VWO工況下，高壓缸效率81.58%，中壓缸效率為89.01%，試驗低壓缸效率計算值為84.36%，經(jīng)過一、二類修正后的熱耗率為8201kJ/(kW.h)。

經(jīng)過認真分析影響2臺300MW汽輪機經(jīng)濟性的主要因素有：調(diào)節(jié)級噴嘴面積偏大，焓降較大，效率偏低；高、中壓缸通流級數(shù)偏少，級平均焓降較大，焓降分配不合理，影響了機組通流效率；葉片型線設(shè)計技術(shù)落后，損失大，級效率低；部分動、靜間隙偏大，漏汽損失較大；缸體變形嚴重，導致泄漏量增大；部分回熱系統(tǒng)抽汽參數(shù)偏離設(shè)計值較大；末級葉片長度過短，排汽面積偏小，余速損失大；高、中壓缸通流級數(shù)偏少，一定程度上影響了機組通流效率；由于汽輪機缸體結(jié)構(gòu)上的問題，存在內(nèi)部漏汽現(xiàn)象。

2.新一代通流技術(shù)在機組改造上的應用

根據(jù)改造前機組的實際情況，綜合考慮安全性和經(jīng)濟性，二期3、4號機改造方案為：更換高中壓內(nèi)缸+低壓內(nèi)缸+高壓噴嘴組+高中壓轉(zhuǎn)子+低壓轉(zhuǎn)子+高、中、低壓各級動葉+高、中、低壓各級隔板及靜葉+汽封、軸封等。

2.1 配汽優(yōu)化技術(shù)

為適應自備電廠負荷要求，進一步挖掘部分負荷經(jīng)濟性，采用基于調(diào)節(jié)級靜葉角度分組差異化的新型噴嘴配汽方式。

圖 1 優(yōu)化前

圖 2 優(yōu)化后

2.2 高效調(diào)節(jié)級級段優(yōu)化技術(shù)

由于制造工藝的改進及機組轉(zhuǎn)自備后調(diào)峰要求的改變，調(diào)節(jié)級帶大負荷同時快速響應的設(shè)計成為自備電廠節(jié)能提效的阻礙。此次改造采用東汽先進的基礎(chǔ)葉型，對進汽腔室、汽封齒、靜葉數(shù)進行優(yōu)化，形成高效、安全可靠的調(diào)節(jié)級葉片，以適應變工況運行情況。

圖 3 調(diào)節(jié)級葉片

2.3 高壓進汽插管優(yōu)化

改前一端插入外缸，另一端穿過內(nèi)缸插入噴嘴室。

改后一端以法蘭結(jié)構(gòu)與內(nèi)缸把合，減少漏點；另一端插入外缸以密封環(huán)密封，精確計算冷態(tài)安裝間隙，保證熱態(tài)密封性。

圖 4

圖 5

2.4 汽缸優(yōu)化技術(shù)

2.4.1 高壓內(nèi)缸優(yōu)化

優(yōu)化高壓內(nèi)缸，設(shè)計為整體式內(nèi)缸，取消獨立噴嘴室，減少漏點；優(yōu)化進汽型線，減少效率損失；同時該結(jié)構(gòu)整體應力較小，減小機組長期運行后的汽缸變形。

圖 6 高壓內(nèi)缸模型

施工設(shè)計時在VWO（超壓5%）工況（蒸汽參數(shù)為537℃/17.5Mpa）下對高壓內(nèi)缸進行了建模分析。

汽缸三維模型如圖1所示；汽缸有限元模型如圖2所示，采用Ansys 4節(jié)點四面體及8節(jié)點六面體進行網(wǎng)格劃分，總單元數(shù)約為120萬。

對其進行受力分析，根據(jù)ASME準則，缸壁一次應力滿足要求；進汽室結(jié)構(gòu)及壁厚可滿足強度要求；長時間穩(wěn)態(tài)運行的中分面汽密性滿足要求。

圖 7 汽缸三維模型

圖 8 汽缸有限元模型

2.4.2 低壓內(nèi)缸優(yōu)化

改造前低壓進汽室與內(nèi)缸分離結(jié)構(gòu)，中分面整體法蘭，懸臂結(jié)構(gòu)。

改造后為整體式內(nèi)缸，無進汽室蒸汽泄漏；中分面分散式法蘭，減小熱應力及變形；密封板由懸臂結(jié)構(gòu)改為簡支結(jié)構(gòu)，減小變形，保證正常運行時隔板動靜間隙，該結(jié)構(gòu)具有自密封性，在蒸汽壓力下，其受力特點可使中分面被壓的更緊，輔助中分面密封。

2.5 進、排汽缸優(yōu)化技術(shù)

通過對高壓排氣缸進行優(yōu)化，總壓損失由0.9%下降到0.55%。

通過對高壓排氣缸進行優(yōu)化，總壓損失由1.2%下降到0.75%。

2.6 汽封優(yōu)化技術(shù)

改前為老式汽封圈。

改后高、中壓隔板汽封圈采用布萊登汽封圈（其中第高壓第2級隔板汽封帶防旋齒）；高、中壓軸封及過橋汽封采用錯齒汽封圈（其中過橋汽封第1列帶防旋齒），有效齒大幅增加；低壓軸封采用4列接觸式汽封+DAS汽封，第二、第五列為接觸式汽封（中間帶豁口，里面放復合密封材料），一、三、四列為DAS汽封。低壓隔板汽封采用DAS汽封，間隙更小，密封性更好。達到良好的汽封效果。具體汽封配置如表所示。

表 1 汽封配置優(yōu)化

2.7 隔板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高壓第2～12級及中壓1～8級隔板全部為高效拂配式導葉，高中壓隔板全部采用窄間隙焊接隔板，不易變形；低壓第1～2級隔板為高效拂配式導葉、窄間隙焊接；第3～4級為彎扭靜葉片、直焊式結(jié)構(gòu)；第5級靜葉片為后置前掠、直焊式結(jié)構(gòu)；隔板內(nèi)外環(huán)全部帶密封鍵，增加隔板剛性，減少中分面漏汽；內(nèi)、外環(huán)出汽側(cè)增加導流錐結(jié)構(gòu)，外環(huán)汽封處形成渦流，減少漏汽；內(nèi)環(huán)處有助于穩(wěn)流，減少汽流損失。

3.汽輪機通流改造效果分析

2020年4月，勝利發(fā)電廠委托西安熱工研究院有限公司對汽輪機進行通流改造后性能考核試驗。

3.1 高中壓缸效率明顯提升

100%THA工況（三閥全開）下，高壓缸效率為86.67%，相比改造前高壓缸效率81.5%，提高了5.1%；中壓缸效率92.66%，相比改造前中壓缸效率89.01%，提高了3.65%；證明了汽輪機的改造效果非常明顯。75%THA工況下，高壓缸效率為82.94%；中壓缸效率92.77%。50%THA工況下，高壓缸效率為82.76%；中壓缸效率92.77%。

3.2 汽輪機熱耗率大幅度降低

100%THA熱耗率降至7885.1 kJ/(kW.h)，與汽輪機改造前的熱耗率 8201 kJ/(kW.h)相比，下降約 315.9 kJ/(kW.h)。

3.3 高、中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的份額為3.55%，優(yōu)于設(shè)計值（3.86%）。

4.結(jié)語

綜上所述，勝利發(fā)電廠300MW汽輪機節(jié)能改造后，機組各項指標優(yōu)良，尤其是經(jīng)濟指標優(yōu)于設(shè)計值，汽輪機熱耗率降低至7885.1kJ/kWh，與汽輪機改造前的熱耗率8201 kJ/kWh相比，下降315.9 kJ/kWh，每年單臺機組可降低標煤消耗1.57萬噸。以每噸標煤703元計算，年可降低煤炭成本約1104萬元，經(jīng)濟效益可觀；同時滿足了自備電廠工業(yè)用汽和冬季采暖的需求，進一步增強企業(yè)的競爭能力。當前國家節(jié)能減排要求日益嚴峻的形勢下，燃煤電廠節(jié)能提效的改造需求越來越迫切，越來越多的電廠也認識到汽輪機節(jié)能提效應用技術(shù)研究的必要性，該項目改造成功經(jīng)驗可在全國其它燃煤電廠的同類型機組推廣應用。