基于300MW火电机组通流与供热改造节能分析

刘学静

【摘 要】笔者在下文中主要针对某300MW火电机组通流与供热改造案例，对其机组存在的问题、改造规划设想、设计优化、改造施工等内容进行了详尽的论述，以期为广大从业者提供有价值的参考借鉴。

【关键词】火电机组；机组改造；节能改造

近年来，300MW等级火电机组的装机容量逐步提升，并且火电机组仍旧朝着大容量、高参数的方向发展，然而许多火電厂内的300MW等级火电机组都出现了热耗率较高的情况，直接提高了我国火电生产耗能水准。对此，我国《煤电节能减排升级与改造行动计划》（2014-2020）中明确了火电厂300MW等级火电机组的改造目标，这既是一个挑战，也是一个降低火电机组耗能的重要机遇。在这样的背景下，我们需要加强对300MW火电机组通流与供热改造分析，以为该项工作提供可靠的理论探究。

一、机组现状

某300MW火电机组正式投产于2006年11月下旬，截止2011年年底检修、备用停机累计8620h，该机组存在缺陷如下：①高压、中压转子变形；②通流部分各个部间的间距过大，机组的耗能水平较高。高压、中压转子变形、弯曲，幅度超过0.120mm，在B级检修的过程中，为保证机组运作稳定性、安全性，调整汽封间距，从而导致机组的运作效率无法达到初期设置需求；③机组在运作过程中，轴系的震动幅度偏大，在运作过程中时常出现震动超标现象，具体数值为1.120-0.155mm，集中表现在机组启动、停止、负载波动过程中；④高压、中压缸前后的漏气量较大；⑤高压、中压、低压缸体变形，大多集中在缸体喷嘴部分，最大变形达1.5mm；⑥机组叶片受严重腐蚀，并且在检查过程中发现出口区存在气蚀的情况；⑦机组在运作的过程中，调节级后部温度超过设计值，同时调节级喷嘴的通流较大，存在极为严重的节流损失；⑧机组设计中叶片选用斜围带，在运作过程中，机组部件受热膨胀之后，失去本身的密封效果，造成严重泄漏[1]。

二、改造方案

（一）性能要求

高压缸效率86%（THA）、中压缸效率92%（THA）、低压缸效率89%（THA）、发电机功率/MW（THA 317、TRL 317、VWO 338、T-MCR 333、75%额定功率237、50%额定功率158、停高压加热器工况317）、主汽压力/MPa（THA 16.5、TRL 16.5、VWO 16.5、T-MCR 16.5、75%额定功率14、50%额定功率9.3、停高压加热器工况16.7）、主汽温度（THA 535、TRL 535、VWO 535、T-MCR 535、75%额定功率535、50%额定功率535、停高压加热器工况535）、主汽流量（THA 945、TRL 1005、VWO 1025、T-MCR 1005、75%额定功率685、50%额定功率463、停高压加热器工况823）、真空背压/kPa（THA 5.2、TRL 11.9、VWO 5.2、T-MCR 5.2、75%额定功率5.2、50%额定功率5.2、停高压加热器工况5.2）[2]。其中，TRL为机组铭牌工况、VWO为机组调门全开工况、T-MCR为最大连续工况[3]。

（二）结构设计要求

①高压级数调整为9个压力级和一个调速级，达到优化反动度以及速比的作用，同时保留高压外缸、中压外缸，但是为了满足通流级数需求，需要更换高压缸；②汽轮机叶片改造需要采用高强度、高效率加载层叶型，同时叶片必须能够承担高负荷、高扭曲力；③选用装配式喷嘴设计方法，导叶也为装配式设计；④调节级采用三联页面来提高反动度、效率；⑤末级叶片改用909叶片，并且在叶片上设置有去湿槽，从而提高机组的抗气蚀、腐蚀能力；⑥为消除高压转子、中压转子、低压转子的在运作过程中的残余应力，所有转子必须经过试验；⑦汽轮机各个级间的汽封材料必须符合抗形变的需求，汽封材料必须具备一定的退让性，在机组运作的过程中，若是汽封和转子之间出现摩擦，避免对转子造成损害。机组隔板汽封采用铁素体蜂窝；高压、中压后轴端部汽封采用接触式汽封；低压前端以及低压后端采用接触式蜂窝汽封；⑧无论是在何种条件下，机组各个轴承的回油温度都必须控制在65摄氏度以内，运行过程中，轴承金属的温度需要控制在90摄氏度以内[4]。

三、方案实施

（一）设计优化

因为机组的喷嘴加大了一定程度，导致高压内缸的直径也增加了90mm，从而致使喷嘴4颗螺栓和外缸接触。经过优化设计核算之后，在保证强度需求的基础上，适当的车削螺母，同时适当打磨外缸的缸体，避免螺母和缸体接触，保证了安全性[5]。因为原机组外缸存在一定的变形问题，所以导致中压隔板套安装螺栓以及内缸的温度测点无法和外缸实现有效连接，从而导致安装困难，现场根据实际情况对其尺寸进行了有效调整。因为现场不具备对轴向尺寸进行测绘的条件，所以将原机型图纸作为基础，把所有汽封体制造留出了5mm余量，现场转子定位后经过二次加工，顺利安装。

（二）改造施工

在施工安装的过程中，考虑到低压转子返厂更改的时间相对比较长，隔板必然会提前到场，所以在揭缸的过程中，充分测量的半实缸、全实缸，综合考虑到了发电机空气间隙、转子扬度、转子中心等等因素，在低压转子到场之前对转子的中心进行了合理的调整，为隔板的安装创造了良好条件。低压转子在返厂的过程中，针对汽缸进行研磨，通过研磨来消除汽缸分面间隙过大的问题，并完成汽封体、低压隔板的有效配置，同时让中压隔板套、高压隔板套就位。

（三）改造效果

①机组在改造之后，机组运作热效率得到明显提升，在75%、60%额定功率下的供电煤耗下降了13.5g/（kW·h），并根据额定功率年利用6000小时计算，机组改造后供电煤耗大致可节约2.5万吨；②改造之后成功实现了无煤增容，在75%额定功率的情况下，机组的无煤增容可达5.39%，根据年利用6000小时计算，改造之后的机组在75%额定功率运作条件下，全年大致能够节省2.3万吨煤；③改造之后，机组的额定出力约为315MW，根据机组年满负荷运作5000小时计算，每年该机组约可多发电8000万kW·h

结束语：

综上所述，本文所举的案例，该机组改造从多个方面均取得了成功。机组在改造之后消除了原本存在的问题，各项运行指标达到初期要求；机组改造之后运作效率得到明显提升；机组改造之后在75%额定功率运作条件下，机组无煤增容、供电煤耗均有所改善，额定出力得到有效提高。值得注意的是在改造过程中出现的不同构件碰撞的问题，广大从业者在改造规划设计阶段就要考虑到不同部件之间的配合，留出一定的余量，以为后期改造施工奠定基础。

参考文献：

[1]黄士家.300MW火电机组通流及供热改造节能研究[J].设备管理与维修，2018.

[2]谭锐，徐星，邵峰，et al.300MW等级亚临界汽轮机通流改造综述[J].汽轮机技术，2017（4）.

[3]韩涛，徐亚涛，张磊，et al.330MW亚临界机组通流改造及供热抽汽系统优化研究[J].电站系统工程，2017（05）：40-43+46.

[4]王力，陈永辉，李波，et al.300MW供热机组高背压供热改造方案分析[J].节能技术，2018（05）：58-61.

[5]王巍.火电机组停机备用期间节能降耗措施[J].华电技术，2017（03）：72-73+84.

（作者单位：国电电力酒泉发电有限公司）