电厂汽轮机通流改造项目节能量审核实例分析

2021-05-21韦媚媚王丰武汉市节能监察中心

节能与环保 2021年4期

文_韦媚媚王丰武汉市节能监察中心

为贯彻执行国家和地方有关节能法律法规、政策和标准，加强节能管理，落实各项节能措施，提高能源利用率，降低能源消耗量，鼓励企业进行节能技术改造，并由第三方节能量审核机构根据《节能项目节能量审核指南》(发改环资〔2008〕704号）、《用能单位节能量计算方法》（GB/T13234-2018）等政策及标准规范进行节能量审核。在实际工作中，电厂相关节能技术改造项目较复杂、资料收集困难，节能量审核报告编写有较多实际难点，现就电厂汽轮机通流改造项目节能量审核实例进行要点分析。

1 项目现状分析

武汉市某发电厂项目于1997年投产，使用的发电机为水-氢-氢发电机，额定容量为352.9MVA，由于使用多年，配置的汽轮机组已存在诸多不足之处。

在经济性方面，主要表现为通流效率偏低、经济性较差。汽轮机原额定工况下设计热耗为7889.2kJ/kWh，高压缸设计缸效率为85.48%，中压缸设计缸效率为92.08%，低压缸设计缸效率为89.19%。目前，国产亚临界300MW汽轮机高压缸、中压缸、低压缸效率设计值分别可达到 86%～87%、93%～94%、88%～90%。

在实际运行中，各缸通流效率均明显低于设计值，经济性已明显落后于国产同级别机组的水平。在安全可靠性方面，汽轮机组在运行过程中先后暴露出一些问题，威胁发电机组的安全生产。

汽轮机为亚临界、中间再热、高中压合缸、双缸双排汽、单轴凝汽式汽轮机，额定功率为300MW，最大主蒸汽流量1025t/h。从热力试验报告数据看，在实际运行中，汽轮机额定负荷下高压缸效率81.39%，比设计值85.48%低4.09%，中压缸效率90.03%，比设计值92.08%低2.05%，低压缸效率90.43%，比设计值89.19%高1.24%，汽机试验热耗8391.8KJ/kWh，修正后热耗8195.6kJ/kWh，比设计值7900 kJ/kWh高295.6kJ/kWh，如表1所示。

表1 改造前汽机能效指标实际值与设计值对比表

汽轮机通流性能不佳、结构强度设计不完善，通流效率低下，影响了整个机组性能，使得供电标准煤耗等能耗指标偏高。因此对其实施技术改造，以期提高机组的可靠性和经济性，降低发电成本，提高发电厂技术装备水平，势在必行。

2 节能量审核要点

2.1 节能技术措施

经综合分析后，需着重解决喷嘴组实际通流能力偏大、高中压通流级数偏少、高压返流损失及汽封泄漏损失大、高压调节级喷嘴及中压第一级静叶出汽边冲蚀、中压内缸及低压内缸变形严重、高中低压静叶及动叶气动性能不佳、低压末段去湿及防水蚀措施不尽完善等问题。

结合国内同类汽轮机通流改造工程实施情况及该电厂自身经验，并考虑机组技术特点及现状、项目的投资、改造工作量等因素，汽轮机通流部分改造采用高、中、低压通流部分全改的节能技术方案。

2.1.1 主要更换部件

高中压通流部分：高中压转子，高压内缸，中压内缸，高压喷嘴室、喷嘴组，高压各级动叶，中压各级动叶，高压静叶持环，高压隔板（含静叶），中压静叶持环，中压隔板（含静叶），高压持环汽封、围带汽封，中压持环汽封、围带汽封，高中压平衡活塞汽封，高中压过桥汽封，高压轴封体及轴封，中压轴封体及轴封等。

低压通流部分：低压内缸，低压转子，低压各级动叶片，低压各级隔板（含静叶），低压静叶持环，低压隔板汽封、围带汽封，低压轴封体及轴封等。

2.1.2 提高效率及出力

重新设计高压调节级喷嘴，调整调节级喷嘴面积，提高调节级效率；将原高压部分反流结构改为顺流结构，消除因反流造成的气动损失；适当增加高中压通流级数、分配各级焓降；同时更换转子、内缸、静叶持环有利于动静匹配及动静间隙的合理调整，对各级动、静叶型线进行气动优化设计来提高其气动效率，通过调整根径实现各级速比的优化，减小各级余速损失；重新设计新高中压内缸进汽接管结构及其密封形式，减小蒸汽泄漏；优化设计内缸、静叶持环结构，提高内缸及静叶持环（尤其是低压内缸）的刚度，合理选择中分面密封措施，解决缸体变形导致漏汽量大、级间窜汽等问题；优化低压部分的去湿结构，合理选择低压末级、次末级叶片防水蚀措施；优化汽封、轴封的形式，调整其通流间隙，增加叶顶汽封齿数，以减小汽封漏汽损失。

项目改造后可使汽轮机高、中、低压缸效率分别达到87%、93%、89%，热耗率可降至7850kJ/kWh。结合汽轮机通流部分改造，对机组热力系统及冷端系统进行优化，并对锅炉、发电机系统进行消缺和匹配性完善，机组额定出力可提高至约320MW，机组最大出力会超过330MW。

2.3 改造方案优点

①经济性：进行汽轮机通流改造后，汽轮机热耗降低，使得供电标准煤耗降低，机组效率提高，出力增大，从而获得节能效果。因而汽轮机运行经济性得到提高。

②安全性：重新设计调节级喷嘴及调节级动叶、减小调节级单级焓降，可显著改善调节级的安全可靠性；更换新的高强度焊接隔板，采用自带冠动叶、改善其成组特性、优化设计叶根强度，可大幅提高各压力级通流叶片的安全可靠性；高中压转子及低压转子均采用新的整锻无中心孔转子，较运行已久的旧转子，可明显提高其安全性及使用寿命；优化设计低压去湿结构、采用先进的防水蚀措施、提高低压末级叶片根部反动度，可有效防止低压末两级叶片水蚀问题，并有利于机组低负荷运行时末级叶片的安全可靠性；通过通流优化设计、叶片选材及表面强化处理等措施，可明显提高调节级喷嘴、中压第一级静叶的防固体颗粒冲蚀性能；通过高、中、低压内缸及隔板套的结构优化设计，可提高其刚度、抑制变形，并防止水平中分面泄漏、冲蚀；更换1#、2#轴瓦，可彻底消除改造前存在的轴颈磨损、轴瓦乌金脱落等问题。

2.4 项目能耗状况

第三方节能量审核机构通过听取受审核单位的项目情况报告、咨询、现场考察、查阅台账、计算分析等方式，最终确定了该项目的节能量。

3 节能量核算

3.1 确定方法选用

按照《节能项目节能量审核指南》《用能单位节能量计算方法》要求，参考《燃煤电厂节能量计算方法》及企业提供的能耗计算相关数据，项目的节能量采用以下方法计算：

①基期能耗相关数据：收集项目改造前1年内机组的发电量Q1、厂用电率q1及其供电标准煤耗M1。

②报告期能耗相关数据：收集项目改造后1年内机组的发电量Q2、厂用电率q2及其供电标准煤耗M2。

③节能量计算：根据基准年发电量（即改造前1年内机组的发电量）Q1、厂用电率q1、供电标准煤耗M1和M2计算项目的节能量。即项目的节能量=基准年发电量Q1×（1-厂用电率q1）×（改造前供电标准煤耗M1-改造后供电标准煤耗M2）/100。

3.2 节能量确定

项目基期（改造前的1年）能耗相关数据如表2所示。基准能耗状况：项目实施前能源利用情况：全年机组发电量为127818万kWh，发电用厂用电率4.75%，供电标准煤耗327.32gce/kWh。

表2 基期能耗相关数据

项目报告期（改造后的1年）能耗相关数据如表3所示。

表3 报告期能耗相关数据

3.3 节能量计算

项目报告期的能耗状况：全年机组发电量为141540万kWh，发电用厂用电率为4.73%，供电标准煤耗318.98gce/kWh，如表4所示。

表 4 项目能耗指标

项目的节能量=基准年发电量Q1×（1-厂用电率q1）×（改造前供电标准煤耗M1-改造后供电标准煤耗M2）/100=127818×（1-4.75%）×（327.32-318.98）/100=10154tce。

受审核方提出的汽轮机通流改造项目基期年综合能耗为509726tce，报告期年综合能耗为488578tce，预期节能量为21148tce/a。

经审核，汽轮机通流改造项目基期年综合能耗为398501tce，报告期年综合能耗为388347tce，实际节能量为10154tce/a。

项目预期目标与实际效果之间产生差距的原因是：

①预期节能量计算中基准年发电量采用的是通过额定发电功率与5500个小时计算得到。审核中选择项目基期一年内机组实际发电量作为基准年发电量。

②预期节能量计算中采用的项目报告期一年内厂用电率，与基准年发电量时间不对应。审核中选择项目基期一年内机组厂用电率。

③预期节能量计算中采用的基期、报告期供电煤耗为在额定工况性能考核测试所获得的数据；审核中选择项目基期、报告期一年内机组实际供电标准煤耗。

4 能源管理和计量体系

4.1 能源计量器具配备与管理

项目中主要用能设备为汽轮机，额定功率为300MW。按照《用能单位能源计量器具配备和管理通则》的规定，加装能源计量器具。根据现场考察，该汽轮机已配备独立的电度表，用于其耗电量的计量。

4.2 能源统计与上报制度

为保证供电标准煤耗和年节约标准煤量两大技术经济指标的完成，加强对各机组技术经济指标的控制和监督，根据不同的季节、不同负荷科学合理地制定了各机组主汽和再热汽参数、各主要辅机厂用电率等40个二级指标，其中也包括汽轮机厂用电率，应实时监测，按时统计。汽轮机所用电度表具备远程传输、自动计量等功能，并接入电厂DCS系统，由运行人员每隔3～4min手抄或自动读取一次，每8h统计一次。