喻浩

摘要：火電廠是一次能源消費(fèi)的大戶。節(jié)約能源、降低消耗與企業(yè)的生存與發(fā)展密不可分，減少發(fā)電成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)火力發(fā)電企業(yè)來說很重要。發(fā)電煤耗是制約火電廠成本的最關(guān)鍵因素之一，按照對(duì)火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性分析，電廠能耗比較高的一個(gè)重要因素是汽輪機(jī)通流部分的效率比較低。所以以汽輪機(jī)通流部分增容改造為主的大量節(jié)能降耗技術(shù)改造項(xiàng)目，已經(jīng)成為提高發(fā)電機(jī)組熱效率的重要措施。對(duì)汽輪機(jī)流通部分進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，有助于讓電廠的生產(chǎn)效率得到提高，實(shí)現(xiàn)科學(xué)節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：300MW;汽輪機(jī);流通部分

節(jié)能降耗是電廠設(shè)備改造的主線，早期服役的汽輪機(jī)不僅熱耗率高、通流效率低，而且主要部件長期運(yùn)行后逐漸暴露出各種安全隱患。為適應(yīng)新的形勢(shì)，確保電廠汽輪機(jī)技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行效率高、資源消耗少、經(jīng)濟(jì)效益好，應(yīng)積極采用先進(jìn)、成熟的技術(shù)進(jìn)行汽輪機(jī)升級(jí)改造，努力挖掘內(nèi)部潛力，提高運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，減輕污染物排放，并進(jìn)一步適應(yīng)電網(wǎng)深度調(diào)峰的要求。同時(shí)汽輪機(jī)流通性能的好壞又直接關(guān)系到電廠生產(chǎn)效率，所以需要對(duì)汽輪機(jī)流通性能進(jìn)行優(yōu)化，提高汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，確保其運(yùn)行過程中節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

一、慨述

國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣，將汽輪機(jī)通流部分現(xiàn)代化改造列入國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣適用范圍。由于電力行業(yè)的特點(diǎn)，發(fā)電廠技術(shù)改造項(xiàng)目的重點(diǎn)在于提高發(fā)電企業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟(jì)效益為中心，以優(yōu)質(zhì)服務(wù)為宗旨的方針，努力挖掘內(nèi)部潛力，加強(qiáng)技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造工作，在安全運(yùn)行的前提下，做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，穩(wěn)發(fā)、滿發(fā)、多供、降損以及改善電能質(zhì)量、減少環(huán)境污染，按照國務(wù)院和電力行業(yè)節(jié)能減排計(jì)劃，切實(shí)履行建設(shè)―資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)責(zé)任，從而提高電力企業(yè)乃至全社會(huì)的綜合效益。技術(shù)改造是電力企業(yè)發(fā)展的永恒主題，今后在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，發(fā)電廠的技術(shù)改造仍一項(xiàng)十分艱巨和復(fù)雜的任務(wù)。

二、汽輪機(jī)流通性能的改進(jìn)與優(yōu)化

目前，世界各國在汽輪機(jī)流通性能改進(jìn)與優(yōu)化的研究方向主要有：高效率新葉型的開發(fā)、彎扭聯(lián)合成型技術(shù)、子午通道優(yōu)化技術(shù)、新型汽封的開發(fā)以及高效進(jìn)氣室和排氣缸的研制等。

1、新葉型的開發(fā)。研究人員在高效率新葉型的開發(fā)和應(yīng)用上做了大量的工作，首先提出“后加載葉型”的概念，他們指出與傳統(tǒng)透平葉柵速度分布相比，后加載葉柵可以有效地推遲速度轉(zhuǎn)捩的發(fā)生、減小轉(zhuǎn)捩區(qū)范圍，降低葉型損失。孫奇等對(duì)后加載葉型和高負(fù)荷前加載葉型分別進(jìn)行了環(huán)形和平面葉柵吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，前加載葉型采用彎曲量大的設(shè)計(jì)方案可以減少端部二次流，后加載葉型具有很好的變工況氣動(dòng)性能。對(duì) 300MW 汽輪機(jī)進(jìn)行改造發(fā)現(xiàn)，采用高效后加載層流葉型后，高、中壓級(jí)型損相對(duì)值分別減小 25%、23%，級(jí)效率分別提高1%;低壓級(jí)型損減小 20%。

2、子午通道優(yōu)化技術(shù)。由于汽輪機(jī)高壓級(jí)靜葉柵前后壓差較大，為滿足其剛度和強(qiáng)度要求，高壓級(jí)靜葉設(shè)計(jì)地通常較厚，但厚葉片端部二次流損失嚴(yán)重。為解決這一問題，目前工程實(shí)際中多采用上端壁收縮的方法。氣流通道的減小使得葉柵尾部氣流速度增加，從而阻滯了附面層的加厚與分離，提高了汽輪機(jī)效率。擴(kuò)縮型動(dòng)葉與普通動(dòng)葉相比，僅葉型的內(nèi)弧有所改動(dòng)。使原來收縮形通道先擴(kuò)后縮，通道前端的漸擴(kuò)減小了葉柵表面的橫向壓力梯度;后半段的收縮使葉柵內(nèi)氣流加速，出口附面層減薄，減小端部二次流強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明，采用擴(kuò)縮型葉片的端部損失最大下降 9%，總損失減小 3%，采用子午擴(kuò)張及葉片傾斜的方式，使動(dòng)葉葉柵損失減少了 26%。

三、300MW機(jī)組汽輪機(jī)流通改造技術(shù)措施

1、高壓缸技術(shù)?；趩屋S沖動(dòng)式四缸四排汽機(jī)組進(jìn)行改造，在改變前該機(jī)組由一只單流高壓缸、一只單流中壓缸和二只雙流低壓缸組成。三級(jí)高壓加熱器、一級(jí)除氧器和四級(jí)低壓加熱器作為給水回流系統(tǒng)，改造前采用的是軸承座和中軸承座臺(tái)板滑動(dòng)面結(jié)構(gòu)。在對(duì)其進(jìn)行具體改造過程中，對(duì)單流高壓缸和二只雙流低壓缸的流通部分進(jìn)行了更換，利用一級(jí)沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級(jí)和13級(jí)反動(dòng)度為50%的反動(dòng)級(jí)作為改造后高壓缸的部件。利用內(nèi)置式疏水結(jié)構(gòu)作為改造后高壓的內(nèi)外缸，無論是調(diào)節(jié)級(jí)還是內(nèi)外缸疏水都需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)在缸內(nèi)的通道進(jìn)行流動(dòng)，全部流向高壓缸末端底部的排汽口處，然后排出時(shí)需要以過高壓缸排汽逆止門前疏水口來完成。這樣對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行改造后，不僅其系統(tǒng)得到了簡化，而且機(jī)組經(jīng)濟(jì)性得以大幅度提升，運(yùn)行操作進(jìn)一步減少。

2、低壓缸技術(shù)。低壓缸流通部分仍由4x6級(jí)組成。低壓轉(zhuǎn)子由原來焊接改為整鍛結(jié)構(gòu)。前5級(jí)動(dòng)葉片葉根采用四種不同規(guī)格尺寸的叉形葉根。為確保葉片有良好的振動(dòng)特性并減少泄漏汽損失，葉頂采用了鉚接圍帶的結(jié)構(gòu)。葉頂與隔板外環(huán)間采用蜂窩式汽封。末級(jí)動(dòng)葉片采用高扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，葉頂為鉸接式斜撐連續(xù)連接。主要用于控制葉片的振動(dòng)。末葉片的進(jìn)汽頂部焊有與葉型相吻合的成型史太立合金，保護(hù)葉片防止水蝕。改造后低壓流通部分所有低壓靜葉均為扭轉(zhuǎn)葉片，末級(jí)靜葉為馬刀型葉片。末級(jí)葉片由根部到頂部的葉型安裝角變化很大，初始安裝重心偏離徑向線。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)葉片在離心力的作用下向徑向線靠攏，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)恢復(fù)。其結(jié)果是在葉片進(jìn)、出氣邊上產(chǎn)生壓應(yīng)力，在中部產(chǎn)生拉應(yīng)力。改造后的末級(jí)葉片，每級(jí)104只。根部的反動(dòng)度+18%左右。為使反動(dòng)度沿徑向分御比較均勻，靜葉采用馬刀形的彎曲葉片設(shè)計(jì)，降低了反動(dòng)度沿徑向的梯度分布。

3、300MW汽輪機(jī)流通性能優(yōu)化效果。利用子午收縮靜葉柵可以有效的減小流通曲率最大地方的橫向壓力梯度，這對(duì)于葉柵二次流損失的減小具有極為重要的意義。同時(shí)在斜切部分處，可以對(duì)流道的收斂度進(jìn)行增加，這樣可以有效的確保薄出汽邊背弧的附面層厚度減少，從而將所有氣流都擠向葉片的根部。這樣可以有效的提高靜葉柵次流的損失率，確保調(diào)節(jié)級(jí)效率的提高。通過加載葉片型線后，有效的使轉(zhuǎn)捩的發(fā)生得以進(jìn)一步推遲，有利于葉型損失的降低，而且對(duì)三維通道的二次流損失及總損失大幅度的削弱，葉柵的總損失也有很大程度的下降。另外在來流攻角變化范圍內(nèi)，總損失不會(huì)發(fā)生變化，有效的確保了變工況性能能夠得以保障。利用分流葉柵，有效的確保了流動(dòng)損失的降低，有效的提高了壓力級(jí)隔板的相對(duì)內(nèi)效率。降低了漏汽損失。

改造后的機(jī)組運(yùn)行情況良好，在機(jī)組試驗(yàn)方面，都顯示了液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)越性，可合理分配供熱、發(fā)電能量，即時(shí)跟蹤熱電負(fù)荷，使機(jī)組調(diào)節(jié)到熱電聯(lián)產(chǎn)較佳工況，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;并具有在線檢修維護(hù)、調(diào)試方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了良好的預(yù)期效果，提升汽輪機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。

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