电厂中汽轮机节能技术的应用

王　斌

摘要：文章结合实际案例，分析了电厂汽轮机机组存在的问题，并针对性地提出了节能改造方案并予以实施，实践证明节能改造效果良好，各项指标符合规范要求。

关键词：电厂；汽轮机；节能技术；节能改造

中图分类号：TK223

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0059-02

某电厂3号汽轮机由上海重型电机厂生产，型号为N100～90/535。机组于1985年10月投产由于机组设计技术落后及设备老化，致使机组经济性、可靠性较差。该机组设计热耗率9254.1kJ/(kW·h)，而实际热耗率已达9658.1kJ/(kW·h)。对此，采用北京重型电机厂的成熟改造技术对3号汽轮机进行改造，2005年11月26日改造竣工。机组投运后进行了改造后性能鉴定试验，试验参照《汽轮机性能试验规程1996》的有关规定执行。

一、改造前的经济性分析和机组存在的问题

在100Mw负荷下的汽轮机组内效率设计值为86.1％，试验值为81.2％，经分析认为通流部分效率低的主要原因是：

1.通流子午面不光滑，加工粗糙，通流损失加大；

2.叶片型线是前苏联20世纪四五十年代的老型线，空气动力学性能差，叶型损失较大；

3.级间焓降分配欠合理，级效率低；

4.动叶上下密封不好，间隙过大，造成级的漏汽流量增大；

5.部分级动叶顶部无围带或有拉筋，增加了蒸汽泄漏损失和流动损失。

二、改造目标

1.全部动静叶片采用全三维设计技术进行流道优化分析，采用数控工艺和设备进行加工，保证叶片的型线和气动性能符合设计要求，以提高机组出力和效率。

2.取消高压汽缸法兰螺栓加热装置，采用加厚窄法兰，既简化结构，又使机组起动时操作方便，充分适应调峰运行。前轴承座定中心凸肩由固定式改为可调整式结构。

3.高压导汽管以及各抽汽口的位置基本不变，原来的回热系统不变。

4.前轴承箱、轴承座安装位置以及汽缸与前后轴承座的联接方式不变。

5.机组的原有基础不动，制造厂提供改造后的动静负荷分配图。

6.改造后的机组额定功率110MW，最大连续功率113MW。

三、改造方案及其实施

(一)高压缸通流部分

1.转子由1个单列调节级和15个压力级(原设计为1个双列调节级和14个压力级)组成。改造后设计工况效率达到70％以上。动、静叶型采用新型高效叶型，光滑子午通道。第2级至13级为等根径，抬高根径至d 1000ram，第14级至第16级的动叶根径分别为d 1040mm、d 1080mm和d 1150mm。所有动叶片均采用整体围带，提高了叶片的动强度。

为了适当放宽机组起动过程中对差胀的要求，并能适应快速起动，增大高压隔板汽封轴向间隙值：第1级至第11级由原(1.0～1.5)mm放大到(2.0～2.5)mm；第12级至第19级由原(2.0～4.1)mn放大到(2.5～5.0)ram。

2.采用焊接隔板，隔板静叶取消了原有的加强筋，全部采用宽、窄叶片组合的分流叶栅结构。为了使整个流道光顺，末3级隔板顶部采用斜通道。

3.高压轴封和部分隔板汽封由弹簧片汽封改为自调整汽封(布莱登汽封)，其可有效地避免大轴与汽封碰磨，保证机组安全起停；减少检修工作量，节省检修费用；能维持较小的汽封径向间隙减少漏汽，达到长期保持机组正常运行时的安全性和经济性。高、低压缸共51道汽封改为自调整汽封。为了适应快速起动需要，汽封轴向间隙全部增大(1.0～1.5)mm。低压缸轴封、隔板汽封间隙不变。改造后的各汽封间隙值参照制造厂要求值进行控制，见表1：

(二)低压缸通流部分

采用200MW机组的低压缸优化改造方案，全部采用焊接钢隔板，并提高根径；低压转子前4级动叶片均没有拉筋，全部采用整体围带；叶顶各加装4道迷宫式汽封片，以减少动叶顶部的漏汽损失。末级动叶采用高强度的动叶材料，提高疲劳强度和耐水蚀性能。

(三)更换部件

1.高压缸，高压喷嘴组；

2.高压转子(整锻转子)和叶片、低压转子及其叶轮和叶片；

3.高压前轴封套及前轴封，高压后轴封套及后轴封和高压隔板汽封(全部采用自调整汽封)，低压缸前后轴封套及前后轴封，低压隔板汽封(采用自调整汽封)；

4.高压隔板套及高压隔板、低压隔板；

5.高压缸滑销系统各销子。

(四)轴承

3号机组在以往运行中存在油膜振荡。1号～49轴承运行中曾磨损过，大修中对其部分轴承进行过处理，但未能从根本上解决问题。本次改造，将1号～4号轴承由三油楔轴承更换为椭圆轴承。运行结果表明，该机组油膜振荡基本消除，而且未增加润滑油系统的负担，稳定性明显改善，至今运行情况良好。

(五)调节系统改造

该机组原有调节系统为机械液压式，工作介质为透平油，采用凸轮配汽执行机构的喷嘴调节方式对汽轮机进行转速控制和负荷调节。改造后采用DEH(数字电液调节)系统，可进行转速控制、负荷控制、主蒸汽压力调节、机炉协调控制系统(CCS)、数据采集、运行参数的显示报警和制表记录、超速保护(瞬间甩负荷快控(CVI)、超速控制(OPC)、(超速试验)。改造完成后，机组的控制及自动化水平得以很大地提高，系统的运行租维护十分方便。

四、改后热力性能试验及改造效果

3号机组热力性能试验结果见表2：

1.汽轮机冲转至临界转速为2060r/min时轴承最大振动为0.045mm。转速至3000r/min带负荷时，1号～4号轴承振动分别为0.009mm、0.013mm、0.0021mm、0.0022mm。可带额定负荷110MW长期运行。1号～3号轴瓦及推力瓦油温正常，轴向位移、总膨胀、胀差均正常。

2.汽封改造后，高，低压缸各轴封的漏汽量有了显著减少。也减少了汽缸内蒸汽的内漏损失。

3.3号汽轮机改造后，运行性能比原来有很大提高，起动速度大大加快。取消汽缸加热装置后，操作较简便。

4.改进后，机组在(90～110)MW间改变负荷能够稳定运行，无负荷波动和飘移现象。

5.为全面提高机组的可靠性、经济性和自动化控制水平，对3号汽轮机组进行通流部分改造的同时，合理进行了调节系统电调改造和控制系统改造。改造后机组整体性能有了大幅度提高。

6.汽轮机内效率达到了90.29/5，热耗率降低了453.6kJ/(kW·h)。改造后机组在原额定进汽量不变的情况下，出力增加10MW。见表3：

7.汽耗率由改造前的日平均约3.70kg/(kW·h)下降到改造后的日平均约3.55kg/(kW·h)，降低约4％。

8.3号汽轮机改造后机组煤耗率降低10g/(kW.h)。按年发电6500h计算，年节约标准煤7150t，可节约发电成本114.4万元。

五、结语

1.自调整汽封在3号汽轮机组上投用3年多来运行情况良好，在2002年8月机组改造后的第1次大修时，揭缸检查发现所有隔板汽封及汽缸轴封完好无损，仅发现高压隔板有一只弹簧断裂，进行了更换，至今运行情况良好，提高了经济性和安全性，也为检修带来方便。建议1号、2号、49汽轮机组各道汽封今后改造也采用自调整汽封。

2.针对1号、2号汽轮机组振动较大，可更换原有轴承，即原三油楔轴承磨损需更换时，采用椭圆轴承。以保证机组正常运行和提高机组设备的安全可靠性。