亞臨界300 MW機組改造的探討

李海龍，喬宏偉，馬曉峰

(1.哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司 ，黑龍江哈爾濱150046;2.國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031)

0 引言

首臺哈爾濱汽輪機廠有限公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、N300－16.7/537/537型純凝汽汽輪機于1993年投運，截至2009年初，共有90余臺該型機組在役。其中，從西屋公司引進的原型機未生產(chǎn)，生產(chǎn)了26臺引進型機組(73號)、8臺完善化型機組(73A)、56臺新一代機組(73B)，如圖1所示。

圖1 哈汽300 MW機組生產(chǎn)情況

在役的73號、73A型機組運行時間都超過了10 a。普遍反映的問題是機組經(jīng)濟性較差，熱耗率、缸效率等重要指標(biāo)嚴重偏離設(shè)計值。對此，結(jié)合部分電廠改造的經(jīng)驗，提出了亞臨界參數(shù)300 MW機組改造基本思路［1］。

1 增容增效改造的問題和對策

1.1 高中壓部分

由于設(shè)計年代較早，技術(shù)落后，導(dǎo)致機組的通流效率達不到設(shè)計值。表1中列出了部分機組高壓缸效率值(設(shè)計值和實測值)。

表1 部分機組高壓缸效率值

表1中8臺機組高壓缸效率實測平均值為80.28%，與設(shè)計值平均差6.28%。高壓缸效率偏低，必然使機組經(jīng)濟性下降。

影響高中壓缸效率下降的原因較多，如通流效率低、機組內(nèi)漏、系統(tǒng)漏汽等。因此，改造在更換新的通流之外，同時還要對機組結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)做適當(dāng)調(diào)整，減少機組內(nèi)漏和系統(tǒng)漏汽的發(fā)生。

高中壓缸部分改造主要采用如下辦法:

a.更換調(diào)節(jié)級噴嘴。調(diào)節(jié)級效率低是300 MW機組高壓缸效率低的原因之一。一方面調(diào)節(jié)級面積不合理;另一方面，老機組的調(diào)節(jié)級噴嘴結(jié)構(gòu)不合理，影響機組安全。根據(jù)增容增效的要求，調(diào)節(jié)級噴嘴面積重新確定;同時增加了汽道數(shù)，改變了噴嘴組后的汽流擾動頻率，在很大程度上降低了對噴嘴出汽側(cè)的損壞，保證了改造后機組安全運行。

b.更換壓力級葉片和汽封形式。根據(jù)新機組的設(shè)計運行經(jīng)驗，高中壓通流級采用高效率的全三維設(shè)計的反動式葉片，通過計算合理匹配動靜關(guān)系使損失最小化。高中壓反動式葉片與哈汽73B系列葉片設(shè)計相同。實踐表明，該系列葉片具有很好的氣動性能，葉片型線具有后加載特性，變工況性能好。高中壓動葉頂部汽封全部采用迷宮式汽封，級間漏汽達到最小。

c.改進高壓進汽插管和高壓隔板套結(jié)構(gòu)。高壓進汽管漏汽、汽缸中分面漏汽對高壓缸效率的影響較大。通過進汽管連接方式的改進，可以有效減少漏汽量，降低損失。同樣，改進后的高壓隔板套增強了密封性能，能夠有效減小漏汽損失。

1.2 低壓部分

末級、次末級葉片效率不高是影響低壓缸效率的主要原因。同時機組低壓內(nèi)缸中分面和低壓隔板套中分面密封不嚴，造成壓力高的區(qū)域向壓力低的抽汽段漏汽，導(dǎo)致抽汽溫度過高，表現(xiàn)為運行時5、6段抽汽溫度高于設(shè)計值，對低壓缸效率產(chǎn)生不利影響。中分面漏汽的主要原因如下:

a.汽缸中分面法蘭在熱態(tài)運行時變形導(dǎo)致漏汽。

b.螺栓材料抗松弛性能差，長時間運行導(dǎo)致螺松弛影響密封效果。

c.法蘭螺栓預(yù)緊力偏小造成密封力不夠。

d.隔板套中分面螺栓數(shù)量少導(dǎo)致密封力不夠。

e.機組現(xiàn)場安裝時沒有滿足設(shè)計要求的伸長量，導(dǎo)致密封效果差。

低壓缸改造主要采取如下措施:

a.將汽缸內(nèi)置法蘭螺栓和隔板套法蘭螺栓材料改為20Cr1Mo1VTiB，抗松弛性能提高，有利于增大剩余應(yīng)力，從而保證密封性。

b.增大螺栓預(yù)緊力和增加法蘭中分面密封鍵。

c.減少螺栓長度，減小螺栓伸長量，取消套筒更換成長罩螺母，減少螺栓自由長度和密封面，保證剩余應(yīng)力。

d.將工藝孔蓋板焊牢。

e.增大螺栓預(yù)緊力和增加法蘭中分面密封鍵。

f.分面增加隔板套中把緊螺栓和密封鍵。

1.3 改進后的結(jié)構(gòu)特點

改進后的高壓缸通流結(jié)構(gòu)如圖2所示。改進后的低壓通流結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 改進后的高壓缸通流結(jié)構(gòu)

圖3 改進后的低壓通流結(jié)構(gòu)

1.4 改進后的預(yù)期效果

改造效果和機組改前狀況密不可分，但是根據(jù)哈汽73B機組和已改造的300 MW機組運行數(shù)據(jù)可以做基本的效益預(yù)估。

由于低壓缸效率和系統(tǒng)狀況有關(guān)，高壓缸效率直接取自試驗數(shù)據(jù)，能準確反映通流情況。表2為新一代300 MW機組實測高壓缸效率值［2］。

表2 新一代300 MW機組高壓缸效率實測值

6臺機組高壓缸效率實測平均值為85.68%，比老機組實測值高5.4%。中壓缸更換新葉片后，實測效率通常在91.5%～92%，比老機組提高2%。假設(shè)低壓缸也是因為葉型損失大引起效率偏低，低壓缸效率也可以提高2% 。根據(jù)各缸效率對機組性能的影響比例，可以推斷，改造后汽輪機通流和結(jié)構(gòu)的改進，使機組經(jīng)濟性大約可以提高3% 。按300 MW機組實際煤耗在340 g/(kW·h)左右計算，改造預(yù)計可以使機組煤耗降低10 g/(kW·h)。由于效率的提高，在不改變機組系統(tǒng)配置的情況下，機組的銘牌出力可以達到315～320 MW左右。同時，改造還可以增加機組的安全性和使用壽命。

2 供熱改造的可行性分析

提高經(jīng)濟性的目的之一就是提高系統(tǒng)的熱效率。所以，在國家節(jié)能減排的大背景下，有條件的電廠可以實施熱電聯(lián)供改造，減少冷源損失，提高機組的熱利用率。

2.1 工業(yè)用汽改造

由于結(jié)構(gòu)原因，在汽缸抽汽口擴孔能提供的蒸汽量比較小;而再熱冷段又受鍋爐限制，不能大量供汽。因此，抽汽口只能布置在熱再管段上。

這種改造的汽輪機中壓調(diào)節(jié)閥需要參與供熱調(diào)節(jié)。在供熱運行時，根據(jù)調(diào)節(jié)級壓力來調(diào)整高排壓力不低于純凝運行時的數(shù)值，以保護機組的高排區(qū)域葉片。

改造主要要考慮供熱運行時對機組的影響，在各個工況都要確保安全。目前，這種方式的最大供熱流量為260 t/h，供熱參數(shù)為3.8 MPa左右。

2.2 采暖用汽改造

采暖用汽主要取自中低壓連通管。根據(jù)經(jīng)驗，蝶閥需要安裝在垂直管段上，同時，原有的連通管壓損大、運行時安全性差。因此，在改造中更換了新型連通管。改造后的連通管如圖5所示。

為保護中壓排汽區(qū)域葉片，需要在連通管上加裝蝶閥，以控制中壓缸排汽壓力。同時，在供熱管道上加裝安全閥、快關(guān)閥、逆止閥等以保護汽輪機。

改造后機組純凝運行時經(jīng)濟性不變，采暖期可以采用以熱定電的方式運行。采暖期可提供最大300 t/h的蒸汽，供熱參數(shù)為 0.8～1.0 MPa，345～355℃。每增加1 t/h抽汽量，大約損失200 kW電量。

改造后的供熱系統(tǒng)如圖4所示，改造后的連通管如圖5所示。

圖4 改造后的供熱系統(tǒng)

圖5 改造后的連通管

2.3 供熱改造效益分析

充分利用熱能做功或者獲得收益是設(shè)計者和設(shè)備運行企業(yè)的共同追求。無論是節(jié)能降耗還是節(jié)能減排，最終目的都是想盡可能的發(fā)揮能源的作用，減少中間損失。對汽輪機裝置來說，減少冷源損失，也就是減少進入低壓缸的乏汽量，是提高效率的最直接措施［3］。

亞臨界300 MW汽輪機純凝運行時，設(shè)計熱效率約為45.5%;當(dāng)采暖抽汽達到200 t/h時，汽輪機的熱效率約為50%。如果抽汽量繼續(xù)增加，裝置的熱效率就會進一步增大。

3 空冷機組供熱改造的可能性

目前運行的亞臨界300 MW空冷機組主要集中在山西、內(nèi)蒙地區(qū)。除考慮連通管供熱改造之外，可以考慮采用低真空供熱的方式進一步提高裝置熱效率。

由于汽輪機運行背壓可以達到35～40 kPa，完全具備加熱循環(huán)水的能力。在采暖期，如果能采用低真空供熱的方式運行，熱效率將大幅度提高。當(dāng)然，這要受到當(dāng)?shù)責(zé)峋W(wǎng)容量、電廠實際情況等條件的限制，還需要進一步研究。

4 結(jié)論

哈汽優(yōu)化型及完善化型亞臨界參數(shù)300 MW汽輪機運行時間已在10 a以上，經(jīng)濟性遠遠落后于新一代300 MW機組。制造廠可以應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)對老機組進行增容增效、供熱等多種形式的改造，以提高汽輪機組運行經(jīng)濟性，滿足城市快速發(fā)展的供熱需求。

［1］朱曉令，宋文希.國產(chǎn)引進型300 MW汽輪機存在的問題及解決辦法［J］.熱力發(fā)電，1999(4):12－15.

［2］李殿成，王仲奇.引進型300 MW汽輪機高壓缸改造及效果［J］.汽輪機技術(shù)，2003，6(3):145 －147.

［3］張久鋒.300 MW汽輪機擴容改造及經(jīng)濟效益分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2010，28(159):92－96.