汽轮机通流改造及优化研究范文

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《汽轮机技术杂志》2015年第五期

摘要:

对GE公司生产的350MW汽轮机通流改造的必要性和可行性进行了论证，通过对1号机组通流改造前、后试验数据对比分析，指出了其改造后存在的主要问题:机组通流能力偏大、高压缸效率、主蒸汽压力、最终给水温度偏低等。针对1号机组出现的问题，在2号机组上进一步优化通流改造方案并予以实施，取得了较好的效果，对同类型机组通流改造具有较好的借鉴意义。

关键词:

汽轮机;通流改造;缸效率;热耗率

对于国产引进型300MW等级机组通流改造，国内已经有较为成熟的改造业绩，而对GE公司生产的350MW汽轮机尚未有过进行通流改造的经验。某电厂一期2×350MW机组为美国GE公司生产的TC2F－33．5型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、凝汽式汽轮机，两台机组均为1990年正式投产，该机型为上世纪80年代设计生产的汽轮机，但受当时汽轮机机组设计水平及制造工艺的限制，存在叶片型线设计技术相对落后、各级焓降分配不合理、余速损失较大、高中压间汽封圈数偏少等问题，同时由于长期运行及老化的原因，造成高中压转子动叶固体颗粒冲蚀、高中压隔板静叶出汽边损伤和低压转子末级叶片水蚀严重等问题，导致汽缸效率偏低、机组经济性较差。为了解决机组存在的问题、提高机组运行的可靠性、经济性，业主委托哈尔滨汽轮机厂有限责任公司对两台汽轮机通流部分进行现代化技术改造，改造方案及改造效果，详见下文叙述。

1机组通流改造目标

根据该机组目前存在的问题及机组适应目前电网的需要，该机组的改造目标为:(1)消除机组原有缺陷及安全隐患，提高设备可靠性，确保机组能安全稳定运行。(2)提高汽轮机三缸效率，节能降耗。要求各缸效率达到如下水平:高压缸效率(阀点)≥84．52%、中压缸效率≥91．61%、低压缸效率≥88．27%。(3)稳定运行及满足调峰要求。正常运行及过临界转速时汽轮机轴振水平满足运行规程的要求，保证机组能迅速启动到满负荷，能采用复合变压运行方式，具有灵活的调峰运行能力。

2机组通流改造技术路线和方案

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司于2013年2月～4月期间，对该厂1号汽轮机通流部分进行现代化技术改造，主要工作如下:

2．1高、中压缸部分(1)除高中压外缸保持不变外，高、中压内缸、隔板、汽封(包括隔板汽封、轴封、通流汽封)、高中压转子等全部更换。(2)高、中压通流部分采用冲动式设计，高压缸部分通流级数由原来的1+8级改为1+7级，减少1级，中压缸部分通流级数维持7级不变。(3)高、中压缸汽封均采用传统梳齿式汽封，高、中压间汽封由原有4圈增加为8圈，高、中压间汽封体后部外侧设计3圈过盈密封圈，以减少高压内缸与中间汽封体之间的漏汽量。

2．2低压缸部分(1)除低压外缸及连通管保持不变外，低压内缸、低压转子、隔板、汽封(包括隔板汽封、轴封、通流汽封)等全部更换。(2)低压缸部分通流级数由2×5级改为2×6级，增加2级，其中前3级为反动式，末3级为冲动式，低压末级叶片长度由原来的851mm增加到1029mm，增大了排汽环形面积，降低了余速损失。(3)隔板及叶顶汽封采用传统梳齿汽封，低压轴封加装接触式汽封。

31号机组改造效果分析

从表1可以看出，1号汽轮机改造后的中、低缸效率较改造前有明显提升，但与设计值仍然存在一定的偏差;高、中压缸效率分别较设计值偏低2．35和1．71个百分点，低压缸效率较设计值高1．55个百分点。改造后热耗率较改造前降低260．4kJ/(kW•h)，比设计值高出39．3kJ/(kW•h)。1号汽轮机组在改造后存在以下问题:(1)高压缸效率偏低。高压缸效率较设计值低2．35个百分点，甚至比改造前试验值略低。(2)机组通流能力偏大，主蒸汽压力偏低。3VWO工况下的试验主蒸汽压力为16．74MPa，低于设计值17．48MPa，约4．23%;修正后的主蒸汽流量为1118．98t/h，较设计值1056．68t/h，偏大62．30t/h，约6．0%。主蒸汽压力偏低导致机组实际运行热耗率上升24．5kJ/(kW•h)，机组通流能力偏大，会导致机组在部分负荷下经济性变差。(3)四段抽汽无法满足给水泵汽轮机用汽需求。该给水泵汽轮机汽源比较特殊，一路低压汽源为四段抽汽，另外一路高压汽源为主蒸汽。四段抽汽(中压缸排汽)压力与设计值偏差不大，但较改造前有所下降，四段抽汽汽源不能满足汽动给水泵汽轮机在额定负荷下的工作要求(这主要是因为设计时未考虑到机组汽动给水泵组效率偏低)，需要主蒸汽提供高压汽源约1．5t/h，导致机组运行热耗率上升约9．1kJ/(kW•h)。在机组升降负荷时，主蒸汽供汽动给水泵汽轮机汽源控制阀门反复动作，导致机组汽动给水泵系统运行不稳定。(4)机组最终给水温度偏低。机组实测给水温度为269．3℃，较设计值低3．3℃，这主要是由于1号高加上端差偏大造成的。

42号机组通流改造优化与实施效果

鉴于1号机组通流部分改造后存在的一系列问题，哈尔滨汽轮机厂有限责任公司在原改造方案的基础上，重新优化设计，主要采取了以下措施:(1)适当调小高压缸调节级喷嘴和压力级的面积。为了减小机组通流面积，原方案调节级各组喷嘴数均为32只，现方案分别把前四组喷嘴数各减1只，改后均为31只。相应的通流面积减小约3．2%，减小调节级后压力级的通流面积，以降低新蒸汽在效率较低的调节级内的做功比例，最终达到提升高压缸效率的目的。(2)根据汽动给水泵组的效率，计算出给水泵汽轮机需要的蒸汽流量和进汽压力，通过减小低压缸第一级静叶通流面积，提高四段抽汽压力(中排)，满足给水泵汽轮机用汽需求。(3)减小高压缸一段抽汽级静叶通流面积，提高1号高加进汽压力，并对1号高加进行了清洗，从而提高最终给水温度。上述优化后的改造方案在2号汽轮机组上实施。根据表2所列的汽轮机性能试验数据，两台机组的性能对比分析如下:(1)2号汽轮机在三阀全开工况下的修正后主蒸汽流量较1号汽轮机小2．46%，主蒸汽压力接近设计值，这说明2号汽轮机调节级喷嘴面积基本减小至接近设计状态。(2)在出力和进汽流量接近的情况下，2号汽轮机调节级、一段抽汽和高压缸排汽压力较1号机组有所提高:①汽轮机在效率较低的调节级内做功比例减小，高压缸效率较1号汽轮机高出约1个百分点，汽轮机高压缸热力膨胀过程线见图1;②一段抽汽压力提高可使机组最终给水温度提高0．9℃;③高压缸排汽的压力提高在一定程度上减小了在汽轮机高压缸内的做功份额，有利于机组经济运行。(3)2号汽轮机中压缸排汽压力(小汽机进汽压力)有了明显提高，四段抽汽参数可以满足小机用汽需求。(4)2号汽轮机修正后的热耗率为7959．3kJ/(kW•h)，较1号汽轮机修正后的热耗率降低29．1kJ/(kW•h)。

5结论

(1)1号、2号汽轮机改造后的机组经济性有了明显的提升。汽轮机各缸效率有了明显的提升，热耗率下降约4%。(2)优化后的通流改造方案使汽轮机组(2号)运行更为经济，汽轮机内的蒸汽焓降分配更为合理，高压缸效率有所提高，低压汽源(四段抽汽)可以满足汽动给水泵组工作需求，相同调门开度下的主蒸汽压力有了一定的提高。(3)汽轮机改造过程中在提升缸效率的同时，应该兼顾汽轮机通流特性并结合辅机的性能，保证各抽汽段参数满足回热及汽动给水泵组等系统正常运行。

参考文献

［1］刘晓宏．华能上安电厂1号汽轮机通流部分改造后性能试验报告［R］．西安:西安热工研究院有限公司技术报告，2012(TPRI/TH－RB－039－2012)．

［2］裴东升．华能上安电厂2号汽轮机通流部分改造后性能试验报告［R］．西安:西安热工研究院有限公司技术报告，2013(TPRI/TH－RB－082－2013)．

作者：裴东升 刘晓宏 王伟锋 赫广讯 单位：西安热工研究院有限公司 哈尔滨汽轮机有限责任公司