600MW汽輪機(jī)優(yōu)化改造設(shè)計(jì)

王德文

摘要：某公司1號(hào)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N600-24.2/566/566，于2008年1月投入運(yùn)行。1號(hào)汽輪機(jī)組自投運(yùn)以來，一直存在機(jī)組熱耗率比設(shè)計(jì)值偏高的問題。通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，熱耗率有所降低，但距離設(shè)計(jì)值的差距仍然較大。本文針對(duì)該類型汽輪機(jī)熱耗率偏高的原因如缸效率、調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)效率等進(jìn)行了分析，對(duì)提高汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的可行性進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：超臨界;汽輪機(jī)組;節(jié)能;優(yōu)化改造;

目前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入新常態(tài)，今后發(fā)展的必然趨勢(shì)：認(rèn)識(shí)、適應(yīng)、引領(lǐng)新常態(tài)。火力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展也同樣呈現(xiàn)新常態(tài)，在當(dāng)前激烈競(jìng)爭(zhēng)的新形勢(shì)下，火電發(fā)電廠的新任務(wù)就是如何使火電機(jī)組能源利用率更高，以達(dá)到節(jié)能減排，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)的目的。

1.機(jī)組性能現(xiàn)狀

為了解機(jī)組的性能狀態(tài)，對(duì)某公司1號(hào)機(jī)組進(jìn)行了性能診斷試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)試驗(yàn)3vwo工況與設(shè)計(jì)THA工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析機(jī)組及熱力系統(tǒng)的狀態(tài)及其對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，為科學(xué)地制定節(jié)能優(yōu)化改造方案提供依據(jù)。

試驗(yàn)時(shí)機(jī)組低負(fù)荷工況均采取滑壓運(yùn)行方式，未進(jìn)行主蒸汽壓力修正隨電功率變化較設(shè)計(jì)值平均高約550kJ/kWh，熱耗率隨負(fù)荷降低而升高。機(jī)組熱耗率修正后熱耗率高負(fù)荷區(qū)域偏高的程度較大。3VW0工況下，經(jīng)過系統(tǒng)修正及參數(shù)修正的熱耗率為8159.98kJ/kWh，比設(shè)計(jì)THA工況（7564kJ/kWh）高595.98kJ/kWh;經(jīng)過參數(shù)修正后的熱耗率為8197.30kJ/kWh，比設(shè)計(jì)值（7564kJ/kWh）高633.3kJ/kWho根據(jù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的主要因素依次為：汽輪機(jī)缸效率（287.3kJ/kWh）、軸封及汽缸漏汽（52.0kJ/kWh）、熱力系統(tǒng)泄漏（260kJ/kWh）、排汽壓力（93.2kJ/kWh）。

綜上所述，目前汽輪機(jī)組熱耗率偏低。影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的主要因素依次為：汽輪機(jī)缸效率（287.3kJ/kWh）、熱力系統(tǒng)泄漏（260kJ/kWh）、排汽壓力（93.2kJ/kWh）、軸封及汽缸漏汽（52.0kJ/kWh）。為提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性可進(jìn)行以下工作：

1、汽封系統(tǒng)改進(jìn)。

2、控制汽輪機(jī)本體變形，加強(qiáng)密封面密封。

3、進(jìn)行熱力系統(tǒng)優(yōu)化，治理閥門泄漏。

2.影響熱耗率的因素分析

2.1汽輪機(jī)各缸相對(duì)內(nèi)效率對(duì)熱耗率的影響

汽輪機(jī)組的熱耗率與設(shè)計(jì)值存在很大差距，額定工況三缸相對(duì)內(nèi)效率普遍不高，以低壓缸最為突出，比設(shè)計(jì)值低14%。由相關(guān)理論公式可知，汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率直接影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。高、中、低壓缸內(nèi)效率對(duì)機(jī)組熱耗率的影響不同，三缸相對(duì)內(nèi)效率均變化1%，對(duì)熱耗率的影響，低壓缸是高壓缸的2.33倍，是中壓缸的3.5倍。由此可見，低壓缸相對(duì)內(nèi)效率偏低是影響機(jī)組熱耗率的主要因素之一。

2.2熱力系統(tǒng)

熱力系統(tǒng)存在內(nèi)漏大、冗余系統(tǒng)多、工質(zhì)利用不合理。系統(tǒng)內(nèi)漏一方面導(dǎo)致主蒸汽流量增加;另一方面凝汽器熱負(fù)荷增大，特別是熱力系統(tǒng)直接排入凝汽器的內(nèi)漏蒸汽，使真空進(jìn)一步下降，根據(jù)機(jī)組特性，真空每下降1kPa，功率下降4.8MW，發(fā)電煤耗率增加2.1g/kWh左右。結(jié)合不同電廠對(duì)熱力系統(tǒng)的治理經(jīng)驗(yàn)，及試驗(yàn)中檢查的閥門泄漏情況分析，機(jī)組熱力系統(tǒng)閥門泄漏合計(jì)影響機(jī)組熱耗率約為180kJ/kWh左右。

3.節(jié)能優(yōu)化改造方案研究

3.1汽輪機(jī)本體相關(guān)完善措施

從加工成本、基建成本考慮，要求汽輪機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊特點(diǎn)，為便于快速啟停與適應(yīng)變負(fù)荷能力，并減少整個(gè)軸系長(zhǎng)度，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)上采用高壓缸、中壓缸內(nèi)缸合缸，缸的兩端跨度較長(zhǎng)，汽缸壁壁面設(shè)計(jì)較薄，如此在溫差的影響下，汽缸容易變形，從而導(dǎo)致結(jié)合面漏汽。吸收國(guó)外同類型機(jī)組設(shè)計(jì)思想，采用結(jié)構(gòu)完善措施，減少泄漏，提高蒸汽利用效率和對(duì)真空的影響，可有效降低機(jī)組熱耗率。主要包括：

1、主機(jī)及小汽輪機(jī)通流部分玻璃珠噴丸（拋光、除垢等）

汽輪機(jī)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行之后，由于蒸汽中雜質(zhì)（如固體顆粒、蒸汽積鹽等）的影響，對(duì)汽輪機(jī)的通流部分如葉片、隔板等部位產(chǎn)生一定程度的沖蝕，從而對(duì)通流表面產(chǎn)生負(fù)面影響，對(duì)級(jí)內(nèi)蒸汽做功及能量轉(zhuǎn)換是不利的。部分機(jī)組由于隔板和葉輪之間的軸向距離較小，無法對(duì)通流表面進(jìn)行處理。為解決這些問題，部分企業(yè)采用玻璃珠噴丸除銹、除垢工藝，經(jīng)過噴丸處理后，可以使汽輪機(jī)通流部分效率增加1-3，表面疲勞強(qiáng)度提高10%。玻璃珠噴丸除銹、除垢工藝一般采用氣動(dòng)機(jī)械噴丸（壓縮空氣壓力控制在0.45-0.6MPa），材料專為噴丸用的粒徑為0.25mm-0.35mm的玻璃微珠。噴丸施工過程要求嚴(yán)格，一是環(huán)境要求密封，二是操作人員要求技術(shù)嫻熟。通流部分經(jīng)過噴丸處理后，效果較好。

2、高中壓缸、低壓缸結(jié)合

為減小高壓內(nèi)缸漏汽，尤其是汽缸上下結(jié)合面漏汽，可在結(jié)合面上加工密封槽，安裝密封鍵。

由于低壓缸排汽參數(shù)很低，故低壓缸效率不像高中壓缸效率容易且較準(zhǔn)確的定量。機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，低壓缸5、6段抽汽量普遍較設(shè)計(jì)值高得多，密封面漏汽造成低壓缸工質(zhì)損失增大。為防止機(jī)組低壓缸變形，低壓內(nèi)缸加密封鍵。中分面增設(shè)耐高溫盤根僅需對(duì)低壓內(nèi)缸下半中分面補(bǔ)充加工，低壓進(jìn)汽室中分面法蘭也可增加盤根密封結(jié)構(gòu)。

3、更換高、中壓缸進(jìn)汽導(dǎo)管密封圈主蒸汽經(jīng)過4根高壓導(dǎo)汽管進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸，高壓進(jìn)汽管位于缸體上半兩根、下半兩根。再熱蒸汽經(jīng)過四根中壓導(dǎo)汽管由中部進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸，中壓進(jìn)汽管位于缸體上半兩根、下半兩根。進(jìn)汽導(dǎo)管密封圈泄漏是造成抽汽溫度升高，缸效率下降的重要因素之一，漏汽量大的情況下也是造成汽缸溫差大的影響因素。1號(hào)汽輪機(jī)組目前1段抽汽溫度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，3段抽汽溫度由于夾層汽源冷卻，低于設(shè)計(jì)值，但參照同類型機(jī)組情況，密封圈泄漏是普遍現(xiàn)象。對(duì)有影響的密封圈進(jìn)行更換，并嚴(yán)格注意安裝正確。

4.結(jié)論

當(dāng)前中國(guó)正處于建設(shè)資源節(jié)約型的社會(huì)階段，節(jié)能降耗已成為電力生產(chǎn)企業(yè)的主要工作之一，節(jié)能降耗不僅是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的內(nèi)在需求，也是節(jié)能調(diào)度爭(zhēng)取發(fā)電量的必要手段。通過汽封改造、熱力系統(tǒng)優(yōu)化、汽輪機(jī)本體完善、真空系統(tǒng)優(yōu)化等系列節(jié)能措施的實(shí)施，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性得到了較大幅度的提升，節(jié)能降耗的作用非常明顯，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。通過上述優(yōu)化改進(jìn)可提高降低機(jī)組熱耗率180kJ/kWh，相當(dāng)于降低供電煤耗6g/kWh，取得了較好的效果。

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