1、汽轮机通流部分改造及效益分析,湖南省电力公司试验研究院 李明 2008年4月,前 言,火力发电厂是一次能源消耗的大户，降低火电厂的煤耗对于实现“十一五”节能减排目标有着十分重要的作用。 节能降耗与企业的生存与发展密切相关，降低发电成本、提高经济性是火力发电企业的迫切需要。发电煤耗是影响火电厂成本的最主要因素之一，根据对火力发电厂的热经济性分析，电厂能耗高的一个重要原因是汽轮机通流部分效率低。我国自20世纪80年代后期开始重视和研究汽轮机组技术改造工作。经过近20年的发展，围绕提高效率和效益、改善环境、降低成本，各汽轮机制造厂纷纷引进和消化了国外最先进的、成熟的三维气动热力设计技术，进行了有计划
2、、有规模的旧机组通流部分改造，以增加出力、降低能耗。,一 湖南省机组通流部分改造情况,自1998年以来，湖南省内火电厂完成通流部分现代化改造的机组共5台，并全部按照美国机械工程协会汽轮机性能试验规程（ASMEPTC61996）进行了性能考核试验。其中300MW 机组1台，200MW机组1台，125MW 机组2台，改造后的机组基本能达到或接近制造厂家的保证值，经济效益显著。在额定参数，额定背压下，机组可以增容5以上，达到了增容降耗的目标。证明汽轮机通流部分的改造是提高机组效率和安全性及合理延长寿命的重要手段。,1.1 机组通流部分改造的技术原则,湖南省内大部分机组改造采用的方案为通流部分全面更换
3、式的改造，根据机组当时的情况及改造的可靠、便利、可行性，通流部分改造的技术原则基本为：1.1.1 安全可靠性第一，消除原机组的薄弱环节及不安全因素，提高机组的可用率；1.1.2 采用先进的汽轮机通流部分改造技术（三元流技术、引进型叶型、结构、工艺），节能降耗，以提高汽缸效率，增加机组无煤耗出力为主要目标；1.1.3 现有的热力系统（包括汽水系统、回热系统、汽封系统、各抽汽口及高压缸排汽口位置）不变；,机组通流部分改造的技术原则,1.1.4 机组基础不动，基础负荷的变化不得超过基础原设计负荷；1.1.5 前轴承座、中轴承座、后轴承座位置不变，汽缸的支承方式不变；1.1.6 转子与发电机及主油泵的
4、联接方式和位置不变，与盘车装置的联接方式和位置不变；1.1.7 高压主汽门、调速汽门、中压主汽门、调门的安装位置不变；1.1.8 在额定工况下，各抽汽口的参数基本不变。,1.2.1 调节级改进：采用新设计的调节级静叶、动叶片。动叶采用高效平衡动叶，改进动叶围带结构，增加叶顶汽封齿数，减小漏汽损失；静叶采用子午端壁型线，减小端部二次损失；1.2.2 高效后加载层流静叶叶型：引进消化的日本日立600 MW 机组静叶叶型，薄叶片出汽边设计，使叶栅效率大幅度提高；1.2.3 分流叶栅技术：不仅满足了隔板刚度、强度要求，而且能获得较高的气动性能及动叶调频特性；总损失、型线损失、端部损失都比传统叶栅有较大
5、幅度的降低；1.2.4 平衡扭曲动叶：该项技术是引进技术，平衡动叶叶型是考虑了气体压缩性的层流叶型，具有更低的叶型损失。动叶根部型线损失为2.6%，顶部型线损失为1.9%，分别比传统动叶降低1.8%、1.2%。采用扭曲成型使流型沿叶高优化，进口攻角减小，级效率明显提高；,1.2 机组通流部分改造的技术特点,机组通流部分改造的技术特点,1.2.5 多齿汽封结构：取消凸头铆接围带，不但使叶顶漏汽产生的流动干 扰消失，而且为多齿汽封结构设计和光滑子午流道提供了条件；1.2.6 光滑子午道通流设计：高、中、低压各缸通流子午面采用光顺设计技术，大大减小了流动附加损失；1.2.7 斜置静叶技术：低压未级静
6、叶采用能大大减小根部二次流损失的斜置静叶技术，级效率提高1.5%；1.2.8 当代最先进的弯曲叶片设计技术：主要采用全三维粘性流设计思想，利用先进的计算机技术及实验流体力学技术进行设计，以大幅度地减低叶片根部和顶部的端损。,湖南省内火电厂汽轮机通流部分改造后均按照国际上最高技术要求和精度等级的试验规程美国机械工程师协会汽轮机性能试验规程ASME PTC6进行了机组性能考核试验。,二、 通流部分改造效果分析,表1 第一台125MW机组改造后试验结果,表2 第二台125MW机组改造后试验结果,2. 1 125MW机组通流部分改造效果从改造后考核试验结果看，两台125MW汽轮机改造后，机组按ASME
7、规程完成一、二类修正计算后的热耗率基本在83508415kJ/kW.h范围内。与改造以前的性能水平相比，125MW汽轮机全面改造后的运行效率提高幅度在5%以上。按实际锅炉效率、厂用电率计算，改造后机组供电煤耗比改造前降低约29g/kW.h，可见改造效益可观。125MW汽轮机改造后的热耗率与合同保证值尚有一些差距。两台机组试验时实测的中联门压损约为6.3%，超过设计要求的压损（2.5%）。根据制造厂提供的中联门压损修正曲线，对热耗的影响约80kJ/kWh。,表3 200MW机组改造后试验结果,2.2 200MW机组通流部分改造效果200MW汽轮机改造后的热力性能考核试验表明：改造后机组热耗率达到
8、了设计要求，热耗比保证值低13kJ/kWh。改造后机组热耗率比改造前下降了259.89kJ/kWh，折算供电煤耗为10.4g/kW.h。按照机组年发电量12亿kWh、标煤单价535元/吨计算，机组年改造后年节煤经济效益约667万元。通过通流部分改造，机组安全经济运行指标得到了极大提高，效益显著。,表4 300MW机组改造后试验结果,2.3 300MW机组通流部分改造效果300MW汽轮机改造后5阀全开工况下的热耗率为8071.5kJ/kW.h，比设计值7899.4kJ/kW.h高出172.1kJ/kW.h，高出设计值约为2.18%。 改造后机组在额定工况下的热耗率比改造前降低240kJ/kW.h
9、以上，供电煤耗比改造前降低10g/kW.h，节能效益明显。,3.1 实践证明，汽轮机通流部分改造节能效果显著，大幅度地降低了机组热耗率、供电煤耗率，提高了机组效率和出力，适应机组调峰要求，延长了机组寿命，有利于提高发电企业的技术创新能力和市场竞争力。因此，应进一步地推广汽轮机通流部分改造技术。3.2 机组改造后的考核试验中，轴封漏汽量等辅助流量均加装了标准孔板进行实际测量，从试验情况看，机组轴封漏汽量都不同程度的比设计值高，个别机组轴封漏汽量影响热耗高达80kJ/kW.h左右。所以采取有效的轴封对提高机组的效率和性能有着非常重要的意义，如表3的200MW汽轮机在通流部分改造的同时，将隔板汽封、
10、轴端汽封由原来的高低齿汽封全部更换成蜂窝汽封，取得了很好的效果。 另外，在大修过程中应在保证机组安全的基础上，尽量减少轴封间隙，避免单纯为了大修工期的提前和开机的顺利而人为放大轴封间隙，进而造成经济效益的长期损失。,三、结论及建议,3.3 汽轮机考核试验的目的是测定机组本体的经济性，按照ASME PTC61996的要求，试验时对热力系统进行隔离，系统不明泄漏量小于额定主蒸汽流量的0.1%0.3%，无补水，汽轮机在阀点运行。计算试验结果时要先进行一类修正，然后进行二类修正，而实际运行中由于热力系统、运行参数往往偏离设计值，导致机组热耗不同程度的升高，机组的一、二类修正量较大。所以考核试验结果是机组最理想的热耗水平，实际运行往往达不到这一水平。这就要求进行通流部分改造时充分考虑辅机和回热系统的实际情况，制定最优化的改造方案。电厂在实际运行中也应结合通流部分改造后高精度的考核试验发现问题、解决问题，根据主机、辅机、回热系统的实际情况进行运行调整或辅机改造，进一步提高机组的整体经济性，寻求机组的最佳运行方式。,
