哈尔滨汽轮机厂73型300M汽轮机节能改造的研究

2015-04-10徐国君

科学中国人 2015年2期

徐国君

华能黑龙江发电有限公司

前言

近年来，由于我国经济的高速发展，能源需求不断大幅度地增加，特别是电煤价格不断上涨，严重制约了各发电厂的盈利空间。同时，国家“十一五”规划中明确提出，到2010年，单位国内生产总值能源消耗比2005年降低20%，并陆续出台了一系列强化节约能源的政策措施，大力提倡节能减排项目的技术改造，对节能量较大的节能改造项目给予财政奖励。鹤岗电厂根据两台哈尔滨汽轮机厂生产的73型300MW汽轮机的实际情况，进行了节能改造的研究和实施。

一、设备概况

哈尔滨汽轮机厂引进美国西屋公司技术生产制造的早期产品（老73型），型号为N300-16.7/537/537型、亚临界一次中间再热、单轴、双缸、双排汽反动式汽轮机，由于汽轮机属于90年代国产引进型产品，汽轮机存在着各段抽汽压力和温度超标，额定负荷时监视段压力均超过设计值的10-20%；中压缸冷却蒸汽量大于设计值；调节级喷咀静叶片出汽边经常断裂或吹损。由于受当时国内设计、技术特别是制造加工能力等诸多因素的影响，各项经济技术指标无法满足设计要求，机组的汽缸效率与设计值相比存在较大差距，进而导致机组的煤耗升高。目前300MW机组供电煤耗率的行业先进值为328g/kWh左右，行业标杆值为312.89g/kWh，而鹤岗电厂的机组在前三年的平均供电煤耗率为342g/kWh，比先进值高出14g/kWh，比标杆值高出29.11g/kWh。主要原因是汽轮机汽缸效率严重偏低。改造前机组大修后由西安热工院做的实验数据如下表，机组额定负荷时修正后的热耗为8487.6 kJ/kWh（#1、#2机组水平基本一致）。

二、机组节能改造介绍

采用成熟的多级汽轮机全三维气动热力设计体系，叶片三维成型设计采用世界上最先进的三维曲面、实体造型软件CATIA。对多级的匹配进行准三维（如图1）、全三维流场计算进行通流的设计分析与优化，开发新型全三维弯扭静、动叶片，有非常好的叶片表面气动特性曲线，周向平行面视图及子午面视图。计算和实验证明采用这一技术可改善参数沿叶高的分布，大幅度地减少径向二次流、横向二次流和端部二次流损失，提高根部反动度，从而更加有效地提高级效率,使叶栅总损失系数下降25%，级的效率提高1.5--2%。弯扭联合全三维成型叶片的级效率与传统叶片相比提高大约2%,机组效率提高1%以上。

图1 多级叶片三维动力场计算模型

2.1 压力级改造情况：

采用可控涡方法设计通流部分，压力级动、静叶全部更换，采用扭曲静叶和变截面动叶，喷嘴子午面收缩型线，午面收缩是一种全三维设计概念，其主要优点是降低静叶栅通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。

2.2 低压缸动、静叶改造情况：

低压缸静、动叶全部更换，采用全三维方法进行流场校核计算，动叶采用变截面扭曲叶片，低压首级、末三级采用弯扭静叶，末级静叶采用弯扭加前掠结构，动叶自带围带成圈连接，减少产生共振的几率,利于调频降低动应力动叶自带冠成圈装配取得了成功，安全性更好，保持了引进型的优势，并使整机的负荷适应性更强，调峰的范围更大，效率比引进型得到了明显提高。

2.3 高压进汽插管密封结构改造;六根高压进汽插管由弹性活塞环密封改造为钟形罩密汽封.

2.4 调节级改造

2.4.1 采用新设计喷嘴，喷嘴组由73型的48个通道结构改造为新型的126通道结构。材料为1Cr12W1MoV；调节级动、静叶型线采用新的型线设计。动叶叶顶连接由铆接方式改为新型自带冠结构。

2.4.2 更换汽轮机调节级动叶片，由73型叶型改为新型叶型

2.4.3 两侧喷嘴室（上半、下半）与内缸之间增加挠性补偿。

2.5 高、中压缸的夹层冷却蒸汽系统改造

改进原夹层冷却蒸汽的流程，在外缸上、下半打孔接管引向高排逆止门前。。

2.6 #1低压内缸螺栓改造

将低压1#内缸上法兰螺栓孔处加工合理，工艺孔由现在的两孔形式改为一孔形式。将中分面进汽处螺栓变短、加粗为M64，材料更换为20Cr1Mo1VTiB.螺栓采用热紧的形式，并消除中分面的变形，增加上下缸的紧力，消除法兰泄漏。在#1内缸水平中分面增加密封键。

2.7 低压1、2号隔板套螺栓

改进低压1、2号隔板套螺栓，适当缩短、加粗根据热平衡计算增大螺栓直径，并采用热紧螺栓消除法兰泄

三、改造效果及济效益：

华能鹤岗发电有限公司，在2009年7月至11月，分别进行了两台机组节能技术改造，改造后经过运行6个月，西安热工院进行了考核试验，两台机组在额定参数时出力均可达到315MW，机组热耗#1机为7977.2 kJ/(kW.h)，#2机组为7959.1 kJ/(kW.h)，分别比改造前降低510.4 kJ/(kW.h)和528.5 kJ/(kW.h)。管道效率按0.98、锅炉效率按0.9142、厂用电率按5%计算可降低供电煤耗分别是：#1机组供电煤耗 b=510.4÷（29.308×0.98×0.9142×0.95）=20.46g/kWh。#2机组供电煤耗b=528.5÷（29.308×0.98×0.9142×0.95）=21.19g/kWh。每台机组年利用小时：按5000小时/年计算：#1机组每年节约标准煤：315000×5000×20.46/1000000=32224.5吨#2机组每年节约标准煤：315000×5000×21.19/1000000=33374.2吨，两台机组改造后每年节能标煤65598.7吨。按当时标煤单价500元/吨计算，每年节约燃料成本为500×65598.7=3279935元。