汽輪機(jī)通流改造及效益分析

1、汽輪機(jī)通流改造及效益分析第1頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四前 言 火力發(fā)電廠是一次能源消耗的大戶，降低火電廠的煤耗對于實現(xiàn)“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)有著十分重要的作用。節(jié)能降耗與企業(yè)的生存與發(fā)展密切相關(guān)，降低發(fā)電成本、提高經(jīng)濟(jì)性是火力發(fā)電企業(yè)的迫切需要。發(fā)電煤耗是影響火電廠成本的最主要因素之一，根據(jù)對火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性分析，電廠能耗高的一個重要原因是汽輪機(jī)通流部分效率低。我國自20世紀(jì)80年代后期開始重視和研究汽輪機(jī)組技術(shù)改造工作。經(jīng)過近20年的發(fā)展，圍繞提高效率和效益、改善環(huán)境、降低成本，各汽輪機(jī)制造廠紛紛引進(jìn)和消化了國外最先進(jìn)的、成熟的三維氣動熱力設(shè)計技術(shù)，進(jìn)行了有

2、計劃、有規(guī)模的舊機(jī)組通流部分改造，以增加出力、降低能耗。第2頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四一 湖南省機(jī)組通流部分改造情況 自1998年以來，湖南省內(nèi)火電廠完成通流部分現(xiàn)代化改造的機(jī)組共5臺，并全部按照美國機(jī)械工程協(xié)會汽輪機(jī)性能試驗規(guī)程（ASMEPTC61996）進(jìn)行了性能考核試驗。其中300MW 機(jī)組1臺，200MW機(jī)組1臺，125MW 機(jī)組2臺，改造后的機(jī)組基本能達(dá)到或接近制造廠家的保證值，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在額定參數(shù)，額定背壓下，機(jī)組可以增容5以上，達(dá)到了增容降耗的目標(biāo)。證明汽輪機(jī)通流部分的改造是提高機(jī)組效率和安全性及合理延長壽命的重要手段。第3頁，共17頁，2022

3、年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四1.1 機(jī)組通流部分改造的技術(shù)原則 湖南省內(nèi)大部分機(jī)組改造采用的方案為通流部分全面更換式的改造，根據(jù)機(jī)組當(dāng)時的情況及改造的可靠、便利、可行性，通流部分改造的技術(shù)原則基本為：1.1.1 安全可靠性第一，消除原機(jī)組的薄弱環(huán)節(jié)及不安全因素，提高機(jī)組的可用率；1.1.2 采用先進(jìn)的汽輪機(jī)通流部分改造技術(shù)（三元流技術(shù)、引進(jìn)型葉型、結(jié)構(gòu)、工藝），節(jié)能降耗，以提高汽缸效率，增加機(jī)組無煤耗出力為主要目標(biāo)；1.1.3 現(xiàn)有的熱力系統(tǒng)（包括汽水系統(tǒng)、回?zé)嵯到y(tǒng)、汽封系統(tǒng)、各抽汽口及高壓缸排汽口位置）不變；第4頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四機(jī)組通流部分改造的

4、技術(shù)原則1.1.4 機(jī)組基礎(chǔ)不動，基礎(chǔ)負(fù)荷的變化不得超過基礎(chǔ)原設(shè)計負(fù)荷；1.1.5 前軸承座、中軸承座、后軸承座位置不變，汽缸的支承方式不變；1.1.6 轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)及主油泵的聯(lián)接方式和位置不變，與盤車裝置的聯(lián)接方式和位置不變；1.1.7 高壓主汽門、調(diào)速汽門、中壓主汽門、調(diào)門的安裝位置不變；1.1.8 在額定工況下，各抽汽口的參數(shù)基本不變。第5頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四1.2.1 調(diào)節(jié)級改進(jìn)：采用新設(shè)計的調(diào)節(jié)級靜葉、動葉片。動葉采用高效平衡動葉，改進(jìn)動葉圍帶結(jié)構(gòu)，增加葉頂汽封齒數(shù)，減小漏汽損失；靜葉采用子午端壁型線，減小端部二次損失；1.2.2 高效后加載層流靜

5、葉葉型：引進(jìn)消化的日本日立600 MW 機(jī)組靜葉葉型，薄葉片出汽邊設(shè)計，使葉柵效率大幅度提高；1.2.3 分流葉柵技術(shù)：不僅滿足了隔板剛度、強(qiáng)度要求，而且能獲得較高的氣動性能及動葉調(diào)頻特性；總損失、型線損失、端部損失都比傳統(tǒng)葉柵有較大幅度的降低；1.2.4 平衡扭曲動葉：該項技術(shù)是引進(jìn)技術(shù)，平衡動葉葉型是考慮了氣體壓縮性的層流葉型，具有更低的葉型損失。動葉根部型線損失為2.6%，頂部型線損失為1.9%，分別比傳統(tǒng)動葉降低1.8%、1.2%。采用扭曲成型使流型沿葉高優(yōu)化，進(jìn)口攻角減小，級效率明顯提高；1.2 機(jī)組通流部分改造的技術(shù)特點(diǎn)第6頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四機(jī)

6、組通流部分改造的技術(shù)特點(diǎn)1.2.5 多齒汽封結(jié)構(gòu)：取消凸頭鉚接圍帶，不但使葉頂漏汽產(chǎn)生的流動干 擾消失，而且為多齒汽封結(jié)構(gòu)設(shè)計和光滑子午流道提供了條件；1.2.6 光滑子午道通流設(shè)計：高、中、低壓各缸通流子午面采用光順設(shè)計技術(shù)，大大減小了流動附加損失；1.2.7 斜置靜葉技術(shù)：低壓未級靜葉采用能大大減小根部二次流損失的斜置靜葉技術(shù)，級效率提高1.5%；1.2.8 當(dāng)代最先進(jìn)的彎曲葉片設(shè)計技術(shù)：主要采用全三維粘性流設(shè)計思想，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)及實驗流體力學(xué)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，以大幅度地減低葉片根部和頂部的端損。 第7頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四湖南省內(nèi)火電廠汽輪機(jī)通流部分

7、改造后均按照國際上最高技術(shù)要求和精度等級的試驗規(guī)程美國機(jī)械工程師協(xié)會汽輪機(jī)性能試驗規(guī)程ASME PTC6進(jìn)行了機(jī)組性能考核試驗。二、 通流部分改造效果分析第8頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四表1 第一臺125MW機(jī)組改造后試驗結(jié)果項目單位設(shè)計值3VWO13VWO2試驗電功率MW/134.149136.035試驗主蒸汽流量t/h/419.269427.863試驗熱耗率kJ/kW.h/8733.938749.4修正后電功率MW135145.601145.74修正后主汽流量t/h396.7454.964454.97修正后熱耗率kJ/kW.h81838350.628358.38

8、高壓缸效率%81.9178.6478.35中壓缸效率%90.1690.290.3低壓缸效率%86.7682.3783.33經(jīng)中聯(lián)門壓損修正后熱耗率kJ/kW.h/8262.888271.68第9頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四表2 第二臺125MW機(jī)組改造后試驗結(jié)果項目單位設(shè)計值3VWO13VWO2試驗電功率MW/134.374134.87試驗主蒸汽流量t/h/425.724426.805試驗熱耗率kJ/kW.h/8629.878620.63修正后電功率MW135138.017138.161修正后主汽流量t/h390.15424.021423.629修正后熱耗率kJ/k

9、W.h81118423.1528408.135高壓缸效率%82.2979.86379.321中壓缸效率%92.8389.34189.277低壓缸效率%88.2581.62482.455經(jīng)中聯(lián)門壓損修正后熱耗率/8339.888324.86第10頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四2. 1 125MW機(jī)組通流部分改造效果 從改造后考核試驗結(jié)果看，兩臺125MW汽輪機(jī)改造后，機(jī)組按ASME規(guī)程完成一、二類修正計算后的熱耗率基本在83508415kJ/kW.h范圍內(nèi)。與改造以前的性能水平相比，125MW汽輪機(jī)全面改造后的運(yùn)行效率提高幅度在5%以上。按實際鍋爐效率、廠用電率計算，改

10、造后機(jī)組供電煤耗比改造前降低約29g/kW.h，可見改造效益可觀。 125MW汽輪機(jī)改造后的熱耗率與合同保證值尚有一些差距。兩臺機(jī)組試驗時實測的中聯(lián)門壓損約為6.3%，超過設(shè)計要求的壓損（2.5%）。根據(jù)制造廠提供的中聯(lián)門壓損修正曲線，對熱耗的影響約80kJ/kWh。第11頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四表3 200MW機(jī)組改造后試驗結(jié)果 項目單位設(shè)計值3VWO13VWO2試驗電功率MW/210.833217.953試驗主蒸汽流量t/h/601.651626.746試驗熱耗率kJ/kW.h/8338.8598375.653修正后電功率MW219.03218.895230

11、.279修正后主汽流量t/h631.93631.104657.787修正后熱耗率kJ/kW.h8136.858135.6398107.801高壓缸效率%84.4784.40784.492中壓缸效率%91.7391.64691.851低壓缸效率%87.0186.57087.334第12頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四2.2 200MW機(jī)組通流部分改造效果 200MW汽輪機(jī)改造后的熱力性能考核試驗表明：改造后機(jī)組熱耗率達(dá)到了設(shè)計要求，熱耗比保證值低13kJ/kWh。改造后機(jī)組熱耗率比改造前下降了259.89kJ/kWh，折算供電煤耗為10.4g/kW.h。按照機(jī)組年發(fā)電量1

12、2億kWh、標(biāo)煤單價535元/噸計算，機(jī)組年改造后年節(jié)煤經(jīng)濟(jì)效益約667萬元。通過通流部分改造，機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)得到了極大提高，效益顯著。第13頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四表4 300MW機(jī)組改造后試驗結(jié)果項目單位設(shè)計值5VWO15VWO2試驗電功率MW/307.221307.231試驗主蒸汽流量t/h/1003.5851006.566試驗熱耗率kJ/kW.h/8431.58448.0修正后電功率MW300.004330.130330.624修正后主汽流量t/h902.131023.7921023.698修正后熱耗率kJ/kW.h7899.48072.78070

13、.3高壓缸效率%86.383.5683.57中壓缸效率%9289.1089.09低壓缸效率%89.888.7588.88第14頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四2.3 300MW機(jī)組通流部分改造效果 300MW汽輪機(jī)改造后5閥全開工況下的熱耗率為8071.5kJ/kW.h，比設(shè)計值7899.4kJ/kW.h高出172.1kJ/kW.h，高出設(shè)計值約為2.18%。改造后機(jī)組在額定工況下的熱耗率比改造前降低240kJ/kW.h以上，供電煤耗比改造前降低10g/kW.h，節(jié)能效益明顯。 第15頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四3.1 實踐證明，汽輪機(jī)通流部

14、分改造節(jié)能效果顯著，大幅度地降低了機(jī)組熱耗率、供電煤耗率，提高了機(jī)組效率和出力，適應(yīng)機(jī)組調(diào)峰要求，延長了機(jī)組壽命，有利于提高發(fā)電企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和市場競爭力。因此，應(yīng)進(jìn)一步地推廣汽輪機(jī)通流部分改造技術(shù)。3.2 機(jī)組改造后的考核試驗中，軸封漏汽量等輔助流量均加裝了標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行實際測量，從試驗情況看，機(jī)組軸封漏汽量都不同程度的比設(shè)計值高，個別機(jī)組軸封漏汽量影響熱耗高達(dá)80kJ/kW.h左右。所以采取有效的軸封對提高機(jī)組的效率和性能有著非常重要的意義，如表3的200MW汽輪機(jī)在通流部分改造的同時，將隔板汽封、軸端汽封由原來的高低齒汽封全部更換成蜂窩汽封，取得了很好的效果。 另外，在大修過程中應(yīng)在保證機(jī)組安全的基礎(chǔ)上，盡量減少軸封間隙，避免單純?yōu)榱舜笮薰て诘奶崆昂烷_機(jī)的順利而人為放大軸封間隙，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)效益的長期損失。三、結(jié)論及建議第16頁，共17頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)52分，星期四3.3 汽輪機(jī)考核試驗的目的是測定機(jī)組本體的經(jīng)濟(jì)性，按照ASME PTC61996的要求，試驗時對熱力系統(tǒng)進(jìn)行隔離，系統(tǒng)不明泄漏量小于額定主蒸汽流量的0.1%0.3%，無補(bǔ)水，汽輪機(jī)在閥點(diǎn)運(yùn)行。計算試驗結(jié)果時要先進(jìn)行一類修正，然后進(jìn)行二類修正，而實際運(yùn)行中由于熱力系統(tǒng)、運(yùn)行參數(shù)