300MW汽轮机扩容改造及经济效益研究

葛越

摘 要： 300MW汽轮机在发电厂使用十分普遍，长期以来汽轮机的效率以及容量都存较为明显的缺陷。对汽轮机组结构以及原理的分析，对影响汽轮机效率的方面进行了详细的阐述，并提出了具体的改进对策，对于改进后的经济效益进行了分析。

关键词：汽轮机 扩容 结构 建议

中图分类号：TK263 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）12-0273-01

引言

某电厂的#1、 #2 机组是引进型的美国西屋公司技术所生产的亚临界、高中压合缸、单轴、双缸双排汽中间再热凝汽式汽轮机，其机组型号是N 300-16. 7 /537 /537。#1、 #2 机组的额定功率是300MW，早在 1996 年 和1997 年分别开始运行发电。

汽轮机的通流部分由低压缸、中压缸、高压缸构成，其级别分别是2 × 7 级、9 级、1 + 11 级，总共为35 级。通流部分只有调节级是冲动级，剩下的都是反动级。低压缸末 3 级的动叶片是扭转叶片，其他都是等截面叶片。等截面叶片中是调频叶片的只有调节级和扭叶片，而扭叶片较多，分别是高压缸、中压缸、低压缸的隔板静叶。汽轮机的高中压合缸部分是双层缸组成，其通流部分成对称布置，即低压缸与1个外缸、 2个内缸和1个隔热罩对称。

自投运以来，#1、 #2 机组的汽轮机运行状态较好，然而也存在一些问题，例如机组的通流效率不佳，较高的热耗值、较大的轴封漏汽量，上下缸之间存在较大的温差，整体机组性能未能满足设计要求。综合这些汽轮机存在的问题使得#1、 #2 机组不具备良好的经济性、 安全性以及出力能力。但是#1、 #2 机组在设备资源配置和设计上具有较好的条件，若通过设备的完善和改进就会大大提高机组的经济性和安全性，使得机组提高出力能力。在电厂响应国家节能减排的号召下，该电厂对#1、 #2 机组进行了节能扩容改造，优化热力系统，将汽轮机通流部分的进汽流道进行改变，使得通流面积得到提高，而汽流损失得到了有效降低，从而改进了机组的性能，达到了机组运行的经济效益，为建设友好环境和资源节约型的发电企业发挥了重要作用。

一、机组结构及性能

该电厂一期的汽轮发电机组是上汽公司的第三步优化改进机组，是2×300MW，F156型号，第三步优化是将低压缸进行调整，由原来的869 mm 长叶片替换为905 mm 长叶片，使得机组的排汽面积得到了增大，并让汽轮机的通流能力得到了增强，具体的出力裕量提升了 5%，而连续运行能力的超压保留到5%。在分析机组设计和设备配置后，总体得出该机组的设备配置资源优良，具有较大的机组设计裕量，但是机组的铭牌出力定较小，导致了机组不能将能力充分发挥出来，同时也使得机组的节流损失增大，加剧了设备损耗和发电厂的用电率问题，将机组的安全性和经济性都降低了。在对机组进行扩容改造后，有效改善了这些问题。

二、扩容及改造建议

1.优化热力系统

对于热力系统进行优化，要对热力管道和输水设备进行改进和优化，减少不必要的部分，尤其要控制热力系统阀门的外泄问题；对于辅助配套的装置进行优化，主要针对的是冷却系统；根据完善后的设备和系统，建立各项规范的操作规章。对于汽轮机主体疏水方面的改造主要包括：进气导管与疏水导管之间的合并；左右两侧高压进气导管的取消；两侧再热导管疏水在疏水阀之前的合并；将调解疏水阀与高排通风管接口合并；取消高压外缸疏水处的阀门；将中压外缸疏水与中压缸排气区疏水取消；中压缸冷却导气管取消。对于汽轮机辅助系统的改进如下：将凝汽器抽空区传热管进行替换；凝汽器增加雾化装置；更换轴加，使得换热面积增加；对于冷油器进行改进，以增加冷却面积为原则。通过上述对热力系统的改进和优化，能够有效地增加机组的热力学经济性，有效的减少机组中的热损耗。

2.更换调节级喷嘴组

原机组的调节喷嘴在运行过程中主要存在的问题有以下两种：一种由于本身结构的原因，调节级效率较低，其设计的理论数值在71 %，而实际的效率却只有50%，这会对机组的功率产生一定程度的下降。此外在调节级喷嘴处还极容易出现损伤，这是由于喷嘴较薄造成的，由于其材质的性能较低，极容易受到激振因素所致。通过更换调节级喷嘴组可以增大喷流面积进而可以增加机组的安全性与经济性。对于调节级喷嘴组进行改进，可以不改变其外形以及用于禁锢的螺栓、和定位销以及叶片数不变。可以通过对喷嘴的流道进行优化、对喷嘴和叶片的盖度进行调节、改进喷嘴的材质、对叶顶汽轮的齿数进行修改、对汽轮的径向间隙进行调整，可以有效地提高机组和喷嘴的效率以及安全性。对喷嘴的材质进行改良，提高其材质增加其使用的寿命；高压喷嘴组原来的节径为1061.3mm、其流通名义的面积为201.69cm2、其中噴嘴的出气端高度为22.9mm；所设计的新喷嘴组按照原来的装配方式进行装配，在调节级喷嘴损坏的情况下需要对调节剂叶片进行修改，按照喷嘴实测调节结构进行修改，最大限度对叶片的最佳的盖度进行修改。此外还需要对高压喷嘴组的气封结构进行优化改进，比如将叶顶汽封齿数增加，将道数由1道改为后面的4道，切要有效的减小径向的间隙，减少漏气以提高效率。在对径向间隙进行调整的过程中，将中间两道的径向间隙改为 2mm左右，将外侧的两道调整为1.2mm。将叶根处的气封两道处的，径向间隙调整至1.2mm左右。对于新喷嘴采用先进的DEM生产工艺进行生产，最大限度的保证其精度和质量。

3.更换高压隔板汽封

将高压持环隔板处的气封的径向间隙的镶嵌方式进行调整。对于高压持环处的气封采用新的镶嵌方式，该处的原来的径向间隙为0.75mm。将气封齿轮一一拔出，并进行重新安装， 并且按照径向间隙为0.65来对其进行加工车削，在安装的时候需要对径向间隙进行测量，对于不符合要求的径向间隙还要进行修整。在加工的过程中，要采取人工与车削的方式将原来镶嵌的齿轮取出，在车削的过程中控制好原来槽道的尺寸；对于汽封齿、嵌条要按照原来的装配方式进行加工，采用与原来相同的材质。对于汽轮齿要按照实际的尺寸进行改造，要将气封片和嵌条牢牢的嵌入到齿轮当中。

4.在高压内缸夹层上、 下半空间安装镶嵌式汽封

在高压静叶持环的处增加镶嵌气封，实现要预留好阻汽片的径向尺寸，将阻汽片与外缸之间的间隙控制在5mm左右进行加工，所改造后气封的设计强度要至少与原来气封的设计强度一致。对于高压内外缸的夹层气流进行调整，有效地消除高压缸前部的温度差异较大的现象，有效地避免由于温差较大所造成的气缸的形变以及径向的磨损和螺栓的松懈。

5.合理调整通流部分间隙

对于通流气封进行拆装检查并对径向间隙进行调整，可以有效的提升汽轮机的效率。如果气封处存在漏风，那么通过叶珊处的蒸汽量就会显著的减少，也会对下一级的入口气流造成显著的影响，使得效率降低。在改造的过程中，主要是对于高压缸叶顶气封处进行调整，最大限度的提高汽缸的效率。

6.汽轮机通流部分喷砂处理

在汽轮机流通部分的叶珊的整洁和清洁度对于汽轮机的效率也会产生显著的影响，尤其是对于汽轮机的出力能力和缸效率，在汽轮机经过长时间的运行之后，难免会产生颗粒以及结垢。而由于通流部分隔板和叶轮之间的间隙十分狭小，难以采用有效的方法对表面的污垢进行处理，队伍沟进行处理的方法一般采用干喷砂的方式，或者是高压水冲洗的方式，但是清理污垢的实际效果却不是很好，目前在国外采用的是玻璃喷丸方法，可以有效地清除其表面的污垢，还可以是的叶珊表面的光洁度大大的增加，减小叶栅应力。

三、改造与扩容后经济效益评价

在计算该机组的发电煤耗率时，将锅炉效率和管道效率分别定为92%和99%，修正试验参数，采取同一基准比较，凝汽器压力取值11. 8 kPa，作为设计初和设计终的参数。

通过#1、#2机组的扩容改造对比，当处于5VWO 基准工况中，汽轮机具备了大致一样的主蒸汽流量和参数，此时#1 机组比改造前增加了12. 42 MW的平均功率，提高了4. 11%。通过改造，平均发电煤耗率达到了305. 70 g /（kWh），从而比优化前的平均发电煤耗率降低4. 13% ；在#2机组的改造后，整体的平均功率提高了5. 08%，平均功率达到了3120MW，而平均发电煤耗率则是 304. 42 g /（kWh），较未改进前有了11. 17 g /（kWh）的降低，降低幅度为 3. 54%。当对#1、#2两机组更换新型调节级喷嘴组之后，两机组的汽轮机调节級效率平均分别提高了19.2% 和24.5% ，体现了极佳的经济效果。

结语

通过对300MW汽轮机结构原理的分析，在此基础上提出汽轮机扩容的建议包括热力系统的优化、更换调节剂喷嘴组、更换高压隔板气封、安装镶嵌式汽封、调整通流部分间隙、通流部分喷砂处理等措施，实现了较好的经济效益。

参考文献

[1]宗振亚.浅谈提高300MW汽轮机机组经济性的措施[J]. 中国高新技术企业. 2016（21）

[2]马魁元.国产引进型330MW机组通流部分改造及经济性分析[J]. 汽轮机技术. 2016（03）