300MW汽轮机通流改造方案及其应用探究

卜 毅

内蒙古能源发电金山热电有限公司 内蒙古 呼和浩特 010106

1 引言

随着城市化进程的不断加深，城市的基础设施如供电、供水、供热等方面的标准也越来越高。在当前的环境中，城市基础设施的完备程度决定了城市化程度和城市化水平的高低，决定了城市居民生活水平的好坏。现阶段，某些地区的集中供暖虽然已经具备了相应的规模，但是其供热源规模小、供热能力不强，不能够充分的满足城市供热标准，城市供热仍存在一定的不足。目前，城市经济不断发展、城市地产开发速度不断加快、综合性住宅逐渐增加、供热市场需求不断加大，倒逼供热企业充分利用能源进行产热。为了保障居民生活水平，对电厂的装机容量为4*300MW机组进行技术改造为抽汽供热机组。改造后的机组运行后发现，机组的实际运行热耗值远高于当初设计的热耗值，并存在煤耗高等众多安全问题。为了保证机组的安全经济性，降低机组运行成本，促进发电厂技术装备水平的提升，保证企业的市场竞争力进行了通流优化改造。

2 国产四缸四排300 MW汽轮机的相关设计改善原则

对国产四缸四排300MW汽轮机通流结构优化改造需要遵循以下几个方面:(1)要达到汽轮机的抽汽供热标准，保障发电机运行的安全性及增容标准；(2)一方面要满足汽轮机的运行效率，另一方面要减少机组的热耗率。在满足汽轮机运行安全性的前提下还应该消除机组存在的不足提升机组的安全性，为保证机组具有良好的变负荷性能，可以采用复合变压运行方式。

对原有的汽轮机组进行优化改造时，必须要将机组现阶段的工作条件、工作环境、与其关联设备的运行情况等因素进行充分的了解，从而在后期的优化改造方案设计中可以减少麻烦。在具体的改造任务中，要保证以下几个方面不变化:机组基础不变、低压外缸不变、机组旋转方向不变、与发电机的连接方式和位置不变、热力系统不变、抽汽参数不变、管道接口不变等。进行定性分析，提升优化改造的实施可行性保障能力，突出改造水平。

在对汽轮机通流部分进行优化改造时可以有不同的改造技术，如高压通流改造、中压通流改造、低压通流改造，是否更换内缸、是否更换转子、是否更换叶片等，可以将其分别组合为不同的改造方案。因为这个型号的汽轮机的内部设计相对过时，假如只进行了简单的通流部分优化改造很难对机组的工作效率进行较大的提升，机组的经济性运行也难以得到满足。所以，在本次改造工作中对机组的高、中、低压缸都进行了通流部分的优化改造，也都更换了转子和叶片，同时对各级的静叶片和动叶片都进行了重新设计和更换，另外也将中低压内缸中的支撑系统进行了改造升级。具体改造过程如下:

对高压缸的改造内容:重新设计对存在的内部各种影响因素进行更换、特殊处理、封体处理，如进行高压转子更换；对高压隔板、高压各级汽封实施汽封处理等。

对中压缸的改造内容:对中压转子更换，同步做好必要的汽封处理。

对低压缸的改造内容:在符合改造运行要求下，对不良设备、元件更换，主要涉及低压转子更换。进行特定元件汽封处理，如低压各级隔板、低压内缸等。

通过优化改造工作，汽轮机的预期运行效率为:高压缸的运行效率达到86%，中压缸的运行效率达到93%，低压缸的运行效率达到88%；热耗率验收工况下机组的热耗率有所降低，额定出力和最大出力均得到提升。

3 300 MW汽轮机引进型方案改造问题和解决措施优化

现阶段，汽轮机机组的高压缸和中压缸面临下列问题:(1)高压缸中的热力参数存在不合理匹配的情况，对高压缸的高效率运行造成了一定的影响；(2)套接如果较多，很多的内漏风险会加大，不利于控制汽体损失；(3)缸内部压损大、缸效低的情况可能是因为反向布置了高压调节级；(4)高中压进排气损失偏大，对缸效的影响较大；(5)焊接隔板容易出现变形的情况，对通流尺寸的控制不能够非常精确；(6)高压缸、中压缸的分缸压力存在有压力偏高的情况，对汽缸的密封性产生一定程度的影响；(7)因为汽封间隙控制不够严密而造成了漏汽损失的情况。

低压缸模块面临下列问题:(1)低压内缸存在变形、漏汽的情况，对缸效造成了一定程度的影响，另外还造成了5号、6号回热抽汽温度偏高；(2)汽缸进汽通道存在有较多的支撑件，对进汽流动的效率产生影响，出现扰流从而造成进汽损失；(3)低压缸进汽、排汽结构设置不合理，从而造成较大的压力损失；(4)中低压缸的连接处会对低压缸的进汽效率产生一定的程度的影响，从而造成进汽效率偏低；(5)焊接隔板容易出现变形的情况，对通流尺寸的控制不能够非常精确；(6)因为汽封间隙控制不够严密而造成了漏汽损失的情况。

3.1 通流结构优化原则 在对机组进行通流改造，优化机组配置的过程中，也要遵循相应的结构优化原则:(1)保证改造前后机组的主蒸汽、再蒸汽的压力、温度以及加热器接口的参数要和改造之前设计的结构参数保持一致；(2)保证机组的基础设施不变化，轴承座、轴承跨距不变，汽缸和阀门的布置情况不改造；(3)确保对机组进行改造后，机组的安全可靠性运行得到保障，同时改善之前存在的薄弱点；(4)优化改良机组运行模式，根据实际情况来对机组进行通流优化改造；(5)对机组高中低压通流部分进行改造时，要保证改造后的经济适用性；(6)改造后的机组，要符合国际、国家以及行业标准；(7)在保证不影响机组正常运行的情况下，尽可能的减少改造成本。

3.2 采取的技术和措施 对汽轮机的通流改造可采用的技术和措施如下:(1)为了提升缸效率，可以充分发挥多级反动式技术优势；(2)对通流级数和各级焓降进行合理的调整，从而提高级效率；(3)对节级焓降、压力级根径、叶片高度全面优化调节；(4)实施内缸结构的调节控制，做好套接实施控制，突出管理水平，重点做好易渗漏位置的控制，如环形位置、轴向定位面的汽体损失；(5)高压调节级反流改为正流布置，减少压力级前损失；(6)优化结构模式，主要是在蒸汽室型线、排汽端型线上创新，以提升能量传递效果。

3.3 高中压部分改造设计方案 (1)对进汽流道的设计要保证进汽的圆滑和顺畅，可以通过更换喷嘴，来减少因为紊流而造成的进汽损失；(2)对高压缸和中压缸进行适当的增加通流级数来减少各级的焓降，从而保证级效率不会下降；(3)将高压调节级反流改为正流布置；(4)高中压选用新型的内钢结构，来减少部套接配处的环形漏汽损失，避免轴向定位面漏汽；(5)更换中压隔板套；(6)降低高中压分缸压力；(7)对进气结构模式管控，做好结构改善，控制损失问题。

3.4 低压部分改造设计方案 a)低压通流优化；b)更换低压动静叶；c)更换低压转子主轴；d)优化创新设置，打造全新蜗壳式内缸，控制存在的气体损失问题；e)第一级横置静叶布置；f)合理优化低压排汽导流环。

4 通流改造后的技术经济评估

通流改造完成之后经济实用性得到极大的提升，具体的改造措施实施过程为:将汽轮机的高压转子和喷嘴，以及高压、中压、低压各级动叶、隔板套、隔板、静叶等进行改造，将机组的工作效率进行提升，同时减少热耗率。在对机组进行通流改造完成后，高压缸的、中压缸、低压缸的工作效率可以分别提升至86%，93%，88%，机组的热耗率可以减少到8000kJ/(k W·h)左右。经实测，通流改造前后的热耗率可以减少约800kJ/(k W·h)，发电耗煤可以减少约30g/(k W·h)，若按照年发电量为1.5×109k W·h计算，每年可以减少使用的标煤量约在4.48×104t。

5 结语

综上所述，在对国产四缸四排300 MW汽轮机进行通流改造后，工作效率和热耗值得到了明显的改善。

国产四缸四排300 MW汽轮机存在有热耗值高、发电煤耗高等经济安全隐患。在对汽轮机进行了更换转子等改造措施后，其高压缸、中压缸、低压缸的效率得到了明显的改善，分别能够提升至86%、93%和88%。

300 MW汽轮机，很多问题的存在，导致进、漏汽隐患，在通过对其进行调整级数、更换内缸等改造工作后，其机组的运行情况得到了明显的改善。

由此可知，经过改造后，能控制风险，提升经济效益。