光轴和切缸改造技术在供热机组的应用

2018-03-28奚守谱

设备管理与维修 2018年17期

奚守谱

（华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂，黑龙江齐齐哈尔 161041）

0 引言

随着区域范围内供热面积的不断增大，通过新建电厂满足供热要求，不仅增加了电厂的投资，也是对环境保护的一个考验。因此在现有设备上对汽轮机进行技术改造，以提高机组的供热能力，参与深度调峰，既满足供热需要，又为企业创造效益。

华电能源股份公司富拉尔基发电厂（以下简称“富发电厂”）有6台200 MW燃煤机组，总装机容量1200 MW，分别于1982年至1989年投产。3大主机均为20世纪80年代产品，其中汽轮机为冲动式3缸3排汽凝汽式汽轮机。2016年，富发电厂完成对厂内4#，5#，6#机组的供热改造（其中4#机组光轴抽汽改造，5#，6#机组打孔抽汽改造）。改造后，富发电厂承担富拉尔基区供热面积约200万m2，并为富热电厂提供400万m2热负荷的备用热源[1]。

本项目是在富拉尔基区供热工程的基础上进行的，拟对富发电厂1#机组进行光轴抽汽供热改造，对2#，3#号机组进行背压机升级改造，对已改的5#，6#打孔抽汽机组进行切缸供热改造。项目投产后富发电厂将实现对齐齐哈尔市中心城区供热，承担的供热面积为2000万m2。因此，项目投产后富发电厂总承担的供热面积为2200万m2。

1 机组改造技术分析

根据厂内机组实际运行情况，结合国内外供热改造新技术，对机组改造方案进行优化。

1.1 背压改造机组从5#和6#机组变为2#和3#机组

2#和3#机组在1983—1984年投产，是哈汽厂最早一批34型200 MW机组，工艺水平相对落后，服役时间已超过30 a，从富发厂近年运行情况来看，发电效率较低，夏季运行时间较短。改为背压后，机组只在采暖期运行，能有效提高机组效率。5#和6#机组在1988—1989年投产，属于优化后的55型200 MW机组，较34型机组发电效率高，夏季运行时间长。调整为光轴/切缸，机组能够在冬夏季进行供热/纯凝切换，保障了发电厂的经营利润。因此综合来看，将2#和3#机组改造为背压机更为安全经济。

具体方案：2#和3#机组重新设计中压缸中部，上部抽汽口为2个DN900 mm抽汽口，将2根DN900 mm管道连接到一根DN1400 mm的抽汽管道，在抽汽管道设置安全阀、调节阀、快关阀、逆止阀等；下部变为一个DN900 mm的抽汽口，蒸汽由DN900 mm管道引出，并设置安全阀、调节阀、快关阀、逆止阀等。

此外，2#和3#机组末级叶片为弯制拱型围带铆钉连接结构，安全性较差，借改造机会拆除低压部分叶片，有助于提高机组安全性。

1.2 将光轴改造技术更换为切缸改造技术

功率改造是近年新开发的机组供热改造技术，一次性对机组低压缸叶片及中低压缸连通管（包含阀门）及进行改造。冬季供暖时，通过关闭蝶阀切断通往2#和3#低压缸蒸汽，直接从连通管抽出去供热，对低压缸仅通入约10 t/h的冷却蒸汽；夏季时蝶阀开启，恢复至纯凝机组状态，灵活性较高，在国外已有成功运行案例。

在1.1的方案基础上，将5#和6#机组由光轴改造优化为切缸改造（1#机组同时改为切缸作为供热备用），可减少每年2次的机组低压缸换轴工作，同时可在冬季调节机组灵活性，适应电网/热网的调峰需求。

切缸机组1#低压缸流量还有150 t/h左右，冷源损失可观，但对于目前以及近3 a供热负荷的需求，暂时不需要回收此部分冷源损失。如果日后供热负荷增加，可考虑回收此部分冷源损失。

1.3 将1#机组由打孔抽汽改造机组调整为光轴改造抽汽机组

原有1#机组打孔改造后，供热能力未能完全释放，但光轴改造后，能大幅提高全厂供热能力。

经过此次方案优化后，富发电厂最终形成“2光轴+2背压+2切缸”的全厂机组格局。

2 光轴改造与切缸技术应用

机组改造方案优化后，拟采用技术成熟的全背压升级技术和光轴抽汽技术以及切缸技术的组合方案对机组供热改造。

本项目光轴抽汽方案是将机组的2#低压缸内的双分流的全部通流拆除，更换成光轴，并改造连通管，成为供热机组。富发电厂2016年供热改造工程4#机组采用光抽抽汽模式，现已在建设中。

2.1 光轴改造

新设计中压转子保留原中压部分通流，低压部分转子为无叶片光轴转子，只起到传递扭矩的作用。新设计中压转子的低压5级叶轮由配重套筒代替，仍采用套装结构，这样能够保证套筒重量及位置与原叶轮基本相同，使得改造后的转子重量、扬度和临界转速与原低压转子接近。主轴轴径处尺寸与原中压转子轴径尺寸相同，转子动平衡槽及配重块安装位置维持原有结构位置。由于取消1#低压缸通流部分，机组正向推力减小，为维持机组推力不发生变化，需要对中压缸前汽封改造。将机组的中压转子调端轴封直径减小，即可增加正向推力，以平衡1#低压缸停运减小的轴向推力。改造后机组轴向推力将维持与改造前基本相同，完全满足机组安全运行需要。

2.2 切缸改造

切缸改造是近年来新开发的机组供热改造技术，一次性对机组低压缸叶片及中低压缸连通管（包含阀门）及进行改造，更换末级叶轮级动叶片，转子返厂，将原末级叶轮和末级叶片进行拆除，对低压转子进行检测，安装新的末级叶轮。冬季供暖时，通过关闭蝶阀切断通往2#和3#低压缸蒸汽，直接从连通管抽出去供热，对低压缸仅通入约10 t/h的冷却蒸汽；夏季，蝶阀开启，恢复至纯凝机组状态，灵活性较高。该改造技术可减少每年2次的机组低压缸换轴工作，同时可在冬季更好的调节机组灵活性以适应电网/热网的调峰需求。

富发电厂5#和6#汽轮机组，是哈尔滨汽轮机厂有限责任生产的3缸3排汽200 MW超高压一次再热机组。根据业主要求，要对机组进行切缸改造，改造方案如下：

（1）利用旧转子进行改造，拆除低压正、反向末级叶轮和动叶片，安装新的低压正、反向末级叶轮，采用哈汽公司新型加强版600 mm末叶片。

（2）增加低压末级、次末级测温元件和叶片振动在线监测系统。

（3）连通管使用波纹膨胀节式连通管(曲管压力平衡室)，加装蝶阀、适当抬高连通管标高，并进行打孔抽汽。

（4）对控制系统进行相应的优化。

（5）极小流量运行工况，2#低压加热器停用，与1#低加的8抽管道需进行相关预防改造。

（6）增加低压缸冷却系统。由于2#和3#低压缸中的转子空转会产生一部分鼓风热量，运行中需通入冷却蒸汽（10 t/h），疏水引入凝汽器中。

（7）原机低压缸喷水为3路，其中一路对中压侧低压排汽缸进行冷却。改造后，对中压侧低压排汽缸的喷水与低压部分排汽缸的两路喷水分开，以满足对2#低压排汽缸超温喷水需要。

3 切缸技术改造的关键点

3.1 低压转子

更换末级叶轮级动叶片，转子返厂，将原末级叶轮和末级叶片进行拆除，对低压转子进行检测，安装新的末级叶轮。

3.2 低压末级采用600 mm末叶片

600 mm叶片为哈汽公司针对空冷200 MW机组开发的低压末级叶片。新型600 mm末叶片自带围带、自带凸台拉筋结构，叶根为叉型，安全性优于拱形围带和穿孔松拉筋，且动应力远小于原叶片。并且在叶片出汽边进行了喷涂加强处理，提高了叶片抗水蚀冲刷性能；叶片增加了喷丸处理，可以提高叶片耐振强度50%，提高叶片抵抗振动的能力。

600 mm叶片是为直接空冷开发的叶片，设计时充分考虑了空冷机组背压变化大、高背压小流量等情况。为防止小容积流量下的颤振，叶片设计强度留有足够余量。装有600 mm叶片的机组投运至今，未发生过叶片断裂事故。如达赉湖电厂运行已经超过11 a，该叶片经历了直接空冷机组背压和负荷频繁变化的考验，运行稳定。

3.3 连通管改造

新设计的连通管采用波纹膨胀节式连通管（曲管压力平衡室），连通管与汽缸之间的胀差完全通过波纹膨胀节的柔性来吸收。连通管与汽缸相联管段所受弯矩的大小，除连通管自重引起的固定量外，完全取决于膨胀节柔性的大小：膨胀节柔性大，管段所受弯矩小；膨胀节柔性小，弯管所受弯矩大。为了减小波纹膨胀节承受的由内压引起的轴向力，通常在连通管上增加一组相同波数的膨胀节。这样，内压引起的轴向力由管道及拉杆来承受，波形只需承受由内压及差胀引起的负荷。由于改造前采用的是虾腰结构，增加了在管道内的流动阻力。

3.4 冷却蒸汽系统

供热系统非抽汽工况或允许排汽量较大时，连通管蝶阀处于开启或半开启状态，蒸汽进入低压缸；当机组供热量大、需要减小排汽量时，连通管蝶阀关闭，蒸汽从连通管采暖抽汽管道全部引出进入热网供热，仅引部分冷却蒸汽进入低压缸冷却低压转子，带走鼓风产生的热量，与中压缸相连的低压缸正常工作。进入“切缸”的冷却蒸汽从中排引出，经过一个调节特性好的阀门进入低压缸。根据计算，10 t/h左右即可满足冷却需要。