600MW亚临界湿冷机组空冷改造中的基座改造方案

陈鹏帅 李立伟 倪云泽

摘要：为提高机组效率，国内某电厂600 MW亚临界汽轮机进行了改造升级，将汽轮机原来的亚临界四缸四排汽湿冷机组改造为660 MW四缸四排汽空冷机组。为适应汽轮机的改造升级需求，汽轮机基座也同步进行了升级改造，局部凿除高、中压缸基础并增加钢梁，低压模块新增框架式基础，以满足汽轮机的空冷改造需求。

关键词：亚临界湿冷机组;汽轮机基座;空冷改造

0 引言

鉴于国家对电厂效率和环保指标提出了新的要求，国内许多亚临界机组陆续进行了提温提效的升级改造。相较于采用水冷技术的电站，采用空冷技术的大型电站可节水3/4以上[1]，且空冷机组不产生废水和蒸发物[2]。国内某电厂机组原为600 MW亚临界湿冷机组，为实现机组节能减排，在双提主、再热蒸汽温度至596 ℃、596 ℃的同时，将湿冷机组改造为直接空冷机组。汽轮机本身结构复杂且运行中存在振动，要求有较好的固定性，因此汽轮机基座的改造难度较大[3]。机组在空冷改造后，机身结构和基础负荷分布均有较大变化，需要对汽轮机基座进行相应的改造升级，以提供合适的定位和保护支撑。然而目前还没有湿冷机组直接改为直接空冷机组的先例可循，汽轮机基座的改造成为升级改造过程中的关键问题之一。

1 基座改造方案

汽轮机改造方案中，进汽参数由原来的16.7 MPa、538 ℃、538 ℃提高至16.7 MPa、596 ℃、596 ℃，对汽轮机高、中压模块的部件及其材料进行彻底更换，需要考虑进汽温度升高对各部件热膨胀的影响。机组由湿冷改为空冷，汽缸与轴承座分离，低压模块彻底更换，高、中压模块跨距需维持原有机型不变。因此，需利用现有汽轮机基础，对高、中压和低压部分进行改造，以适应汽轮机本体各部分的升级改造需求。

1.1    汽机基座低压缸部分改造

水冷机组改空冷机组后，低压缸处开孔尺寸和载荷发生变化，改造重点为支撑低压缸的基础及其相关内容。具体改造思路如下：

（1）使用现有汽轮发电机基座基础，外轮廓尺寸及柱网定位尺寸均不变化。

（2）机组低压部分基础台板负荷如图1所示，湿冷与空冷机组低压基础台板负荷对比如表1所示，低压部分的整体基础负荷有较大的改变，但需小于原有设备荷载。低压部分基础台板全部重新布置，可以加大梁、柱断面尺寸，用植筋、外包等方式将新旧梁柱连成一体。

（3）考虑水平管道的布置并充分利用原有基座梁上的穿出套管，避免新的开孔破坏原有梁的强度。

（4）充分考虑基座改造施工的复杂性和难度以及基座改造后带来的风险。

为实现低压模块的定位、支撑功能，低压缸内轴承采用轴向落地支撑，坐缸式轴承改为落地式轴承，低压外缸与排汽装置刚性连接。

空冷机组的负荷分布较湿冷机组有较大不同，B1、B2、B3位置的负荷明显高于原湿冷机组。为适应负荷变化，在原基座III轴柱左侧新增梁、柱门型框架;在原基座IV轴柱左右两侧分别新增梁、柱门型框架;在原基座V轴柱右侧新增梁、柱门型框架。

为保证新增框架与原有基座紧密结合，以共同承受汽轮机的重量及振动，采取如下措施：

（1）新增柱主筋与原基础底板结合面采用扩底自锁型机械锚栓进行连接，植入深度分别为1 030 mm和1 350 mm，锚栓为HRB400螺纹钢筋加工而成。扩底自锁型机械锚栓可有效实现新增结构与原有基础的紧密结合。

（2）在结合面区域，将原基础底板表层混凝土凿除70 mm，保留底板原有钢筋。浇筑前将原基座柱、梁表面凿毛后冲刷干净，凿除范围内双向植筋?10 mm@200 mm，植筋长度800 mm，插入底板400 mm，外露400 mm，外露部分与新增柱结合。

（3）对新旧柱的外立面全部采用外包钢进行包裹。外包钢与原柱混凝土结合面采用双向?20 mm@150 mm锚筋连接，锚筋植入深度200 mm;外包钢与新柱混凝土结合面采用双向?19 mm@150 mm栓钉连接，栓钉长度200 mm，钢板与钢板间均满焊。

（4）通过保温保湿养护，使混凝土内外温差小于25 ℃，可避免大体积混凝土表面出现降温温差裂缝。

1.2    汽机基座高中压缸部分改造

为了给主汽管道提供空间，给主汽门提供支撑且方便再热门安装，对高、中压部分基础进行局部凿除。此外，汽轮机高、中压缸混合部分混凝土梁侧新增钢梁，采用植筋增加埋件、钢梁与埋件焊接的方式。

1.3    汽机基座中间层及底板改造

汽轮机改造后，部分钢梁承载能力不满足新的荷载布置要求，需对钢结构进行结构加固。加固前将除楼板自重外的钢结构全部卸载，采用钢梁下翼缘焊接钢板的方式加固。将基座底板上原凝汽器设备基础及其他设备、管道基础根据新资料要求拆除并重做，新增设备基础采用植筋的方式与原底板连接。

2 低压模块基础改造施工细节

施工前，将III、IV、V軸基座柱周围约1.5 m内的设备、管道（阀门）、电气附件及防护设施全部拆除，以便开展基座改造施工。基座改造完毕后再进行恢复。对原III、V轴基座柱周围约3 m内进行土方开挖至-4.5 m，以满足柱包钢施工的空间需求。III、IV、V轴基座柱4个施工面，除1面为锚栓安装、钢筋绑扎外，其余3面均需打孔、植筋;新旧基柱采用钢板外包工艺，外包钢板与原基座柱采用植筋连接，与新增基座柱采用栓钉连接，钢板与钢板间均满焊。

3 结语

该电厂600 MW亚临界机组改造工程成功实现了将亚临界湿冷机组改造成直接空冷机组的目标。本次改造针对汽轮机各部分，尤其是低压模块的结构和负荷进行了明显调整，包括低压缸内轴承采用轴向落地支撑，坐缸式轴承改为落地式轴承，低压外缸与排汽装置刚性连接。

为适应汽轮机湿冷改空冷后的汽轮机基础负荷分布变化，汽轮机基座低压缸部分新增框架式基础，新增柱主筋与原基础底板结合面，采用先进的扩底自锁型机械锚栓进行连接，新旧柱的外立面全部采用外包钢进行包裹，实现了新旧基础的一体性结合。基座高、中压缸部分局部凿除并增加钢梁;中间层增加设备基础埋件、吊点，并对钢结构进行加固;底板原有设备基础拆除并重做。本次改造在有效利用原基础的前提下，为直接空冷机组提供了有效的支撑和保护，也为今后亚临界湿冷机组的空冷改造提供了指导。

[参考文献]

[1] 戴振会，孙奉仲，王宏国.国内外直接空冷系统的发展及现状[J].电站系统工程，2009，25（3）：1-4.

[2] 田小林，马晓丽.直接空冷系统研究现状与发展前景[J].节能，2019，38（5）：24-27.

[3] 王永斌.火电厂汽轮机基座施工工艺及注意事项简述[J].科技与企业，2016（6）：151.