煤电厂超临界汽轮机的节能改造

郭小龙

（山西西山热电有限责任公司， 山西 太原 030022）

引言

目前，随着经济的高速发展，对能源的需求越来越大，电能对国民经济发展具有重要的支撑作用。虽然当前我国煤炭消耗量较之前已经下降2.9%，但是经分析可知，煤炭消耗量下降的空间仍然很大。尤其在火力发电行业，尽管发电机组已经朝着高参数、高效能的方向发展，但是在实际生产中煤炭转换效率低的问题仍然存在。与国外相比，我国煤电厂标准煤消耗量是国外的1.25 倍[1]。因此，在当前节能减排、绿色生产的号召下对煤电厂设备及工艺的改造势在必行，因此，本文重点对煤电厂超临界汽轮机进行节能改造。

1 超临界汽轮机现状及性能试验研究

本节重点对超临界汽轮机的性能参数及性能试验进行研究。具体阐述如下：

1.1 超临界汽轮机工作现状

本文所研究超临界汽轮机的具体型号为CCLN600-25/600/600 型，该汽轮机的装机容量为2×600 MW，当阀门全开时出力为645.3 MW，额定转速为3 000 r/min，额定进气量为1 632.81 t/h，额定给水温度为286.2℃，回热系统由3 台高压加热器、1台除氧器和4 台低压加热器组成。经对现场实际生产的各参数进行采集。

当汽轮机机组工作负荷低于70%时，系统的实际煤耗值高于设计值。当汽轮机机组工作负荷低于65%时，系统的实际热耗值高于设计值。当汽轮机机组工作负荷低于60%时，系统高压缸的实际内效率高于设计值；当工作负荷高于60%时系统高压缸的实际内效率低于设计值[2]。综合分析，为保证汽轮机机组的煤耗率，应将其对应的工作负荷控制在60%以上。

1.2 汽轮机机组的性能试验研究

为保证汽轮机机组节能改造的效果，且实现改造前后汽轮机性能试验对比，对改造前汽轮机机组的性能进行试验研究。同时，针对汽轮机组性能试验结果为后续的节能改造提供指导。试验内容包括如下：

1）对汽轮机机组在THA 工况下的实际热耗值与设计值进行对比。

2）通过对汽轮机机组在变负荷工况下的热耗值进行测算得出汽轮机机组的实际运行参数，从而综合评价汽轮机机组运行的经济性[3]。

本次试验采用ASME 的相关规范和标准对获取的数据参数进行处理，根据相关计算公式得出试验的热耗值、发电煤耗以及供电煤耗。

针对THA 工况下汽轮机机组实际热耗值与设计值的对比如表1 所示：

表1 THA 工况汽轮机机组实际热耗值性能试验kJ/kWh

如表1 所示，两次试验下THA 工况对应汽轮机机组的实际平均热耗值为7 651.36 kJ/kWh。THA 工况下设计的汽轮机机组的热耗值为7 465 kJ/kWh，参考值为7 560 kJ/kWh。也就是说，改造前THA 工况汽轮机机组的实际平均热耗值高于设计值和参考值。因此，该汽轮机机组存在降低能耗的改造空间，且改造目标为7 651.36-7 560=91.36 kJ/kWh。

针对变负荷工况下汽轮机机组运行参数的测算，分别对负荷为额定负荷的100%、75%以及50%的情况进行对比，测算参数包括有热耗值、锅炉效率、煤电厂用电率、供电煤耗和和发电煤耗，具体测算结果如下页表2 所示：

如下页表2 所示，随着工作负荷的减小汽轮机组热耗值、发电煤耗、供电煤耗以及煤电厂的用电率均增加。同时，由于汽轮机机组对应的高压缸、中压缸以及低压缸的绝对内效率低于设计值导致机组的热耗值增加；低压缸排汽压力偏高时导致煤耗偏高的主要原因。进一步分析可知，中压缸轴封漏气率偏高是导致汽轮机机组高压缸、中压缸以及低压缸绝对内效率低于设计值的主要原因[4]。因此，可通过对汽轮机机组的汽封效果进行改造。

表2 变负荷工况下汽轮机机组运行参数测算结果对比

2 汽轮机的节能改造

结合对汽轮机机组性能参数及试验参数综合分析的基础上，得出需对汽轮机机组本体进行改造。因此，根据汽轮机缸体内不同压力级处的蒸汽参数为其配置最佳的汽封形式。常规的汽封形式包括有梳齿式汽封、侧齿式汽封、蜂窝式汽封、刷式汽封以及布莱登汽封[5]。

通过对汽轮机机组运行后的现场勘查，系统的某些汽封已经发生损害；而且，通过金相试验分析汽封的使用寿命已经达到极限，容易导致后续使用中出现汽封齿脱落的情况，从而对下游部件造成冲击。为了进一步提升汽轮机机组的热力性能，保证系统的经济性，需采用最佳且合理的汽封装置对现有汽封装置进行更换，并对汽封间隙进行调整。结合实际情况重点对高压缸、中压缸以及低压缸进行改造。

2.1 高中压缸的汽封改造

目前，高中压缸隔板采用梳齿式汽封，其叶顶采用固定式阻气片，在实际使用中存在如下问题：

1）当系统压力达到一定程度时梳齿与转子之间的间隙会增加，从而导致系统间的漏汽量增加，并降低汽轮机机组的热经济性。

2）固定式阻气片是通过锚固的形式安装与汽封环上，由于二者之间的间隙调整不合适，极易增加器件磨损的概率。

采用智能汽封对高中压缸的汽封进行改造，改造情况如图2 所示。

图2 高中压缸汽封改造

2.1.1 高压缸的具体改造内容

1）将高压缸2-11 级的隔板汽封改造为智能汽封；2）更换高压缸2-11 级叶顶的阻气片，并对其间隙进行调整；

3）将第四道调节级阻气片进行跟换，并对其间隙进行调整；

4）将三道和五道的高压排汽平衡环汽封更换为智能汽封。

2.1.2 中压缸的具体改造内容

1）将中压缸进汽平衡环更换为智能汽封；

2）将2-7 级中压隔板汽封更换为智能汽封；

3）将2-7 级中压缸叶顶阻气片进行更换并对其间隙进行调整。

2.2 低压缸的汽封改造

针对低压缸的现状，在保证汽轮机机组蒸汽参数的基础上还需配置合力的汽封，具体改造内容如下：

1）将低压缸两侧端部的汽封改造为刷式汽封，并将汽封数量由2 圈增加为4 圈；

2）将低压叶顶的汽封改造为刷式汽封，并将汽封数量由3 圈减少为2 圈；

3）将低压缸隔板的汽封改造为刷式汽封，并将汽封数量由3 圈增加为4 圈；

4）将低压缸端部的汽封改造为蜂窝套汽封，并对其间隙进行调整。

2.3 改造效果

将上述改造措施实施后对额定工况下改造前后的煤耗率进行对比，对比结果如表3 所示。

表3 汽轮机机组改造效果对比

如表3 所示，经对汽轮机机组进行汽封改造后，锅炉效率得到提升，对应的汽轮机热耗值、煤电厂用电率以及供电煤耗均降低。

3 结语

汽轮机机组为煤电厂的关键系统，在当前国家大力号召绿色生产、节能减排的背景下，提升汽轮机机组的效率，降低其能耗具有重要意义。针对煤电厂效率低且能耗严重的问题，本文对汽轮机机组的高中压缸和低压缸的汽封进行改造。经实践表明，改造后锅炉效率得到提升，对应的汽轮机热耗值、煤电厂用电率以及供电煤耗均得到了降低。