代昱鵬

（山西西山熱電有限責(zé)任公司， 山西 太原 030022）

引言

電能是現(xiàn)代生產(chǎn)和生活必不可少的能源之一，目前我國可通過核能、煤炭、風(fēng)力及水力等進行發(fā)電。其中，以煤電廠采用煤炭發(fā)電的量最大。對于煤電廠而言，其中核心設(shè)備有汽輪機。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，煤電廠目前正在使用的汽輪機不僅熱耗率高，而且通流效率較低，導(dǎo)致以汽輪機為主的煤電廠存在能耗大、效率低的問題。同時，汽輪機在實際生產(chǎn)中有大多數(shù)部件暴露在外面，存在極大的安全隱患[1]。為積極響應(yīng)國家綠色、安全生產(chǎn)的號召，應(yīng)從根本入手對汽輪機進行改造，在充分發(fā)揮設(shè)備能力的同時，保證整個發(fā)電系統(tǒng)運行的安全性、經(jīng)濟性等要求。本文重點對煤電廠汽輪機進行通流改造。

1 汽輪機運行現(xiàn)狀及性能試驗分析

本文所研究汽輪機的型號為N300-16.7/537/537，該型汽輪機額定出力為300 MW，設(shè)計熱耗值為7 902.6 kJ/kW·h。經(jīng)對汽輪機結(jié)構(gòu)分解后發(fā)現(xiàn)，該型汽輪機中的高壓缸和中壓缸為一體，并且所在位置與低壓缸對稱分布；高、中、低壓缸對應(yīng)的轉(zhuǎn)子為整體轉(zhuǎn)子，且該轉(zhuǎn)子的剛性較好。該型汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)包括三臺高壓加熱器、一臺除氧器和四臺低壓加熱器；采用逐級疏水的方式對各層的水進行疏散，其中，高壓加熱器中的水疏散至除氧器，低壓加熱器中的水疏散至凝汽器。

N300-16.7/537/537 型汽輪機給水系統(tǒng)包括有兩個容量為50%的汽動給水泵和一臺備用的容量為30%的電動給水泵[2]。在實際生產(chǎn)中，汽輪機運行所存在的問題歸納如下：

1）汽輪機調(diào)節(jié)效率偏低。鑒于制造工藝和選材的限制，噴嘴結(jié)構(gòu)在長期運行過程中出現(xiàn)不同程度的磨損，而且調(diào)節(jié)級動葉和葉頂?shù)拈g隙設(shè)計不合理且對應(yīng)的汽封結(jié)構(gòu)存在缺陷，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的阻汽效果較差。

2）實際生產(chǎn)中，汽輪機高壓缸排汽的溫度為329℃，而設(shè)計值僅為319 ℃；上述現(xiàn)象導(dǎo)致后續(xù)的減溫水量增加，對應(yīng)的軸封溢流量也增加，最終導(dǎo)致汽輪機的煤耗量增加。

3）在實際生產(chǎn)中，由于汽輪機的頻繁啟停導(dǎo)致高壓缸和中壓缸對應(yīng)的平衡活塞汽封的磨損量增大，進而導(dǎo)致高壓缸和中壓缸的漏氣現(xiàn)象加重，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的熱耗值增加。

4）鑒于低壓缸內(nèi)缸是采用焊接工藝完成的，其剛度較差，導(dǎo)致其運行后出現(xiàn)較大的熱變形。

除此之外，在實際生產(chǎn)中汽輪機還出現(xiàn)低壓缸末級葉片腐蝕、發(fā)電機振動較大等問題。為解決汽輪機生產(chǎn)中漏汽損失嚴重、消除生產(chǎn)中的安全隱患，急需對其通流改造。

2 汽輪機通流改造方案

2.1 汽輪機通流改造原則

在對汽輪機運行現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，旨在通過對汽輪機通流改造后提升系統(tǒng)在缸效，降低汽輪機組在熱耗率驗收工況（THA）下的熱耗值，提升汽輪機機組在銘牌工況（TRL）下的出力，間接增加汽輪機組的使用壽命，最終提升整個系統(tǒng)的運行效率，降低運行成本。為保證最終改造的效果，需遵循如下原則：

1）采用最先進的技術(shù)對汽輪機通流進行改造，對其中存在問題的部件重新設(shè)計，從根本上提升汽輪機組實際生產(chǎn)中的經(jīng)濟性和安全性。

2）在確保最終改造效果的基礎(chǔ)上，所采用的改造措施及方案的實施難度和工作量應(yīng)較小。同時，改造后汽輪機組的供熱參數(shù)和供熱流量應(yīng)滿足實際生產(chǎn)的需求。

3）采用長期可靠的金屬材料對汽輪機進行針對性改造[3]。

2.2 汽輪機兩種通流改造方案對比及分析

結(jié)合汽輪機當前運行存在的問題和改造原則，本節(jié)提出兩種不同的改造方案，并對兩種方案進行對比，最終優(yōu)選得出最佳改造方案。

2.2.1 1 號改造方案

1 號改造方案的主旨為對高中壓缸和低壓缸分別進行改造。其中，對高、中壓缸通流進行部分改造；對低壓缸進行深入優(yōu)化，并對其中存在問題的汽封、軸封形式進行優(yōu)化更換。1 號改造方案的具體內(nèi)容見表1。

表1 1 號改造方案具體內(nèi)容

2.2.2 2 號改造方案

2 號改造方案是在1 號改造方案的基礎(chǔ)上增加對低壓缸改造的內(nèi)容，所增加的改造內(nèi)容見表2。

表2 2 號改造方案中低壓缸的具體內(nèi)容

2.2.3 對比

1 號和2 號兩種改造方案的經(jīng)濟性指標對比見表3。

表3 1 號與2 號改造方案對比

綜合對比1 號和2 號改造方案，從長遠累計效益，改造后的汽輪機機組的安全性和穩(wěn)定性，從改造的徹底和節(jié)能減排效果，最終確定采用2 號改造方案對汽輪機通流改造。

3 汽輪機通流改造的實施及效果評價

3.1 汽輪機通流改造的實施

汽輪機通流改造的具體實施措施如下：

1）將高壓缸通流級從原來的I+11 級改造為I+13 級；對應(yīng)的中壓缸通流級從9 級增加為10 級；低壓缸通流采用雙流形式，且每流的通流級數(shù)為7 級，對應(yīng)末級葉片的尺寸為1 050 mm[4]。

2）基于子午面收縮技術(shù)對汽輪機機組調(diào)節(jié)級中的汽動載荷進行優(yōu)化合理分配，從而保證二次流的損失減小。

3）將汽輪機通流涉及的動葉片和靜葉片替換為彎扭聯(lián)合成型葉片。

4）將汽輪機調(diào)節(jié)級動葉的葉頂汽封的數(shù)量增加至5 道，且汽封間隙由2.5 mm 減小為1 mm；將高中低壓缸端部的汽封形式更換為蜂窩形式，并將其徑向間隙由0.75 mm 減小為0.4 mm。

3.2 汽輪機通流改造效果評估

汽輪機通流改造效果見表4。

表4 汽輪機通流改造效果

4 結(jié)語

汽輪機為煤電廠的主要運行設(shè)備，其在實際生產(chǎn)中存在熱耗值偏大且出力值偏小的情況，導(dǎo)致煤炭轉(zhuǎn)換效率低、污染嚴重[5]。

基于上述情況，本文重點針對汽輪機通流進行改造，并從高壓缸、中壓缸及低壓缸三個維度進行改造，改造后汽輪機組的熱耗值降低49.7 kJ/（kW·h），六閥全開工況下的出力值增加700 kW，最大連續(xù)出力增加501 kW。