汽輪機節(jié)能降耗講義

1西安熱工研究院朱小令充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新二00九年三月·江蘇太倉·2

概述：長期以來一直致力于提高發(fā)電廠設(shè)備安全、經(jīng)濟性技術(shù)研究工作，為不同電廠各類型機組解決了諸多提高設(shè)備安全、經(jīng)濟性等技術(shù)問題，積累了豐富的實踐經(jīng)驗，同時向國內(nèi)、外制造廠提出了許多技術(shù)改進建議和意見，并得已采納和付諸實施。

特別是1993年以來，應(yīng)各電廠邀請，針對提高機組性能，策劃和技術(shù)負責實施了由14個電力設(shè)計院設(shè)計，各制造廠設(shè)計制造的80余臺次不同型號及容量機組的節(jié)能降耗改造項目，每臺機組發(fā)電煤耗率平均下降10g/(kW·h)以上；其中17臺300MW機組，經(jīng)政府有關(guān)部門組織審查并批準，成功將銘牌出力提高至320MW。07至08年度，所承擔改造的6臺機組，均獲得政府萬噸節(jié)煤政策獎勵。在長期的生產(chǎn)實踐中，堅持探索，不斷創(chuàng)新，總結(jié)出了一整套系統(tǒng)的、切實可行的“提高機組性能技術(shù)”，為電力企業(yè)創(chuàng)造了數(shù)十億元的直接經(jīng)濟效益和顯著的社會效益。TPRI充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新3

應(yīng)用該技術(shù)所完成的項目分別獲得省、部級科學技術(shù)進步二等獎三次、三等獎一次。各電力公司一等獎十余次?！吨袊娏?006專輯》對“提高機組性能技術(shù)”進行了詳細介紹，多位中國工程院院士和國內(nèi)著名學者對該技術(shù)給予充分肯定和高度評價。對于當前發(fā)電企業(yè)所關(guān)注的問題，匯編了四篇技術(shù)文章，旨在將此應(yīng)用技術(shù)和科技成果展現(xiàn)給社會，使業(yè)內(nèi)對此關(guān)注的單位和相關(guān)人員對其有較全面地了解，加速成果的推廣應(yīng)用，使之轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，造福于人民。充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新TPRI4

交流以下五個方面問題(相互之間的邏輯關(guān)系)：1.提高機組性能技術(shù)分析(理論是根據(jù))2.機組的設(shè)計思想(設(shè)計是基礎(chǔ))3.提高機組經(jīng)濟性及出力能力的途徑(途徑是方向)4.存在的問題(問題是癥結(jié))4.1汽輪機本體

4.2設(shè)備檢修

4.3輔機及系統(tǒng)

4.4運行與維護

4.5設(shè)備狀態(tài)診斷5.自主創(chuàng)新(思想是保障)TPRI充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新51.提高機組性能技術(shù)分析目的:了解與掌握影響性能因素

相互之間的關(guān)系，明確提高機組性能的途徑，便于定性定量綜合全面地分析問題,提出改進措施。

1.1機組性能

1.2相互之間的關(guān)系

1.3蒸汽熱力循環(huán)過程

1.1機組性能

1）安全可靠性

2）經(jīng)濟性

3）出力能力TPRI61.提高機組性能技術(shù)分析TPRI71.提高機組性能技術(shù)分析2）熱耗率與效率之間的關(guān)系A(chǔ)==常數(shù)3）功率與流量、效率之間的關(guān)系TPRI4）發(fā)電煤耗率b與爐效、管效關(guān)系鍋爐效率（90%~94%）管道效率（99%）若鍋爐效率取92%,1g/(kW·h)=26.7kJ/(kW·h)81.提高機組性能技術(shù)分析1.3蒸汽熱力循環(huán)過程通過蒸汽循環(huán)在i-S圖與T-S圖上表示,直觀反映機組效率,可以概括為三個典型過程即：有溫差的熱交換、絕熱節(jié)流、有摩阻的熱膨脹（或壓縮）。盡可能減少實際熱力循環(huán)過程不可逆性（即ΔS的增加）,以提高循環(huán)效率。（見圖1、圖2）TPRI圖1提高初參數(shù)、降低終參數(shù)效果圖2朗肯蒸汽循環(huán)的T-S圖

91.提高機組性能技術(shù)分析提高可概括為以下主要方面：（1）提高蒸汽的初參數(shù)和再熱蒸汽溫度，以提高循環(huán)平均吸熱溫度；（2）保持最佳排汽壓力，盡可能減少冷源損失；（3）提高回熱循環(huán)效率，減少給水在鍋爐里的換熱溫差；（4）盡可能減少熱力過程、熱交換設(shè)備中的換熱溫度差；（5）減少汽、水在設(shè)備中工質(zhì)流動過程壓降和散熱損失；

(6)消除外漏、減少內(nèi)漏；（7）提高汽輪機相對內(nèi)效率。TPRI102.機組的設(shè)計思想目的:了解掌握機組設(shè)計思想和特性，便于準確認識設(shè)備狀況，科學利用現(xiàn)有資源，提高機組整體性能。2.1銘牌的設(shè)計與確定2.2主機設(shè)備配置2.3汽輪機設(shè)計2.4電廠設(shè)計TPRI112.1銘牌的設(shè)計與確定1)以額定設(shè)計參數(shù)，循環(huán)水溫20℃（4.9kPa）為條件，定銘牌功率；2)以額定設(shè)計參數(shù)，循環(huán)水溫33℃△（11.8kPa），補水率3%為條件，定銘牌功率：3)兩者的差別，以上汽廠H156型300MW汽輪機設(shè)計為例（見表1）：2.機組的設(shè)計思想TPRI12表1上汽廠H156型300MW汽輪機設(shè)計特性2.機組的設(shè)計思想TPRIABCDEFG序號項目單位額定工況THA銘牌工況TRL最大連續(xù)出力工況VWO工況1功率MW300.0303.9320.2330.92蒸汽流量t/h911.9985.7985.71025.03主汽壓力/溫度MPa/℃16.67/53716.67/53716.67/53716.67/5374冷卻水溫/背壓℃/kPa20/4.933/11.820/4.920/4.95補水率%03006熱耗率kJ/(kW·h)79028331.87893.17876.87蒸汽量相對%08.18.112.48功率相對%01.36.710.39熱耗率相對%05.4-0.11-0.32132.2主機設(shè)備配置以汽輪機為主，設(shè)計確定鍋爐參數(shù)和蒸發(fā)量，設(shè)計確定發(fā)電機容量。2.3汽輪機設(shè)計選型：初終參數(shù)；銘牌出力;沖動式、反動式;分缸、合缸。

1）熱力設(shè)計：分缸參數(shù)；葉柵氣動特性；級焓降分配；抽汽參數(shù)；通流面積（通流能力）設(shè)計等。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計：汽缸結(jié)構(gòu)；配汽方式；滑銷系統(tǒng)；各缸支撐方式；軸承結(jié)構(gòu)形式；轉(zhuǎn)子平衡推力設(shè)計；通流動靜葉汽封、軸封結(jié)構(gòu)設(shè)計；抽汽口設(shè)計；銜接件密封結(jié)構(gòu)；夾層汽流的流動方向；動、靜葉進、出口的蓋度等。2.機組的設(shè)計思想TPRI142.4電廠設(shè)計

1）輔助設(shè)備選型

2）輔助設(shè)備布置

3）熱力系統(tǒng)管道布置

綜上所述，機組的設(shè)計和輔機的配套以及系統(tǒng)設(shè)計具有充足的裕量，可以充分發(fā)揮和利用。2.機組的設(shè)計思想TPRI153.1汽輪機通流部分改造3.2應(yīng)用“提高機組性能技術(shù)”

3.3綜合分析，科學決策3.1汽輪機通流部分改造技術(shù)思想是：通過對汽輪機進行改造，以提高汽輪機各缸內(nèi)效率和擴大通流面積，增大進汽流量，實現(xiàn)提高經(jīng)濟性和銘牌出力。考核的標準是：實施后汽輪機各缸內(nèi)效率的實際值和出力能力。3.提高機組經(jīng)濟性及出力能力的途徑TPRI

節(jié)能減排，如何提高機組的性能，是發(fā)電企業(yè)面臨的一個現(xiàn)實問題。163.提高機組經(jīng)濟性及出力能力的途徑3.2應(yīng)用“提高機組性能技術(shù)”技術(shù)思想是：充分利用我國的體制資源、人力資源、自然資源、資本資源、技術(shù)資源以及國外資源等方面的有利條件和有利因素，將設(shè)備制造、電廠設(shè)計、輔機匹配、系統(tǒng)布置、檢修維護和運行方式等方面有機結(jié)合，進行綜合分析研究和系統(tǒng)優(yōu)化，采用一整套切實可行的技術(shù)措施，通過提高現(xiàn)有機組蒸汽動力循環(huán)的熱效率和汽輪機相對內(nèi)效率，實現(xiàn)提高機組經(jīng)濟性和出力能力?？己藰藴剩簷C組熱耗率的下降和相同流量下功率的增加與出力能力。TPRI173.3綜合分析，科學決策建議從以下六個方面進行分析（資料P5）：1）充分了解機組設(shè)計思想和同型號機組的實際運行性能；2）汽輪機的設(shè)計各缸相對內(nèi)效率，改造前、后理論設(shè)計值的差值是多少（資料P4表2）；3）原設(shè)計的汽輪機，各缸相對內(nèi)效率實際值分別是多少，是什么原因，針對存在問題有什么改進措施和有無重大技術(shù)突破；4）現(xiàn)機組實際運行熱耗率與設(shè)計值偏差多大，是否達到同型號最好機組運行水平，如若存在差距，引起的主要原因是什么；5）分析電廠設(shè)計，鍋爐、汽輪機、發(fā)電機和主要輔機配置以及當?shù)刈匀画h(huán)境條件下機組的安全保證出力；6）對機組改造進行技術(shù)經(jīng)濟可行性分析，不僅是以新改造后的設(shè)計性能為依據(jù)與原機組比，更為重要的是要結(jié)合本廠其他主、輔機設(shè)備及熱力系統(tǒng)實際性能，綜合分析改造后機組實際運行可能達到的經(jīng)濟性，到底是多少。3.提高機組經(jīng)濟性及出力能力的途徑TPRI18

目的:在充分了解和掌握機組設(shè)計思想和特點及提高性能方向的基礎(chǔ)上，將各環(huán)節(jié),能量轉(zhuǎn)換過程中影響效率的不

利因素降低到最小的程度。根據(jù)不同機組實際情況結(jié)合實施完善改造的經(jīng)驗和教訓，分析存在的問題，提出改進方案。分以下五個主要方面：4.1汽輪機本體4.2設(shè)備檢修4.3輔機及系統(tǒng)4.4運行與維護4.5設(shè)備狀態(tài)診斷4.存在的問題TPRI194.1汽輪機本體狀況：設(shè)計與實際不符，工藝不完善，內(nèi)效率低。

對于設(shè)計、加工制造完成，已投產(chǎn)的汽輪機，能否達到設(shè)計性能的關(guān)鍵：1）調(diào)節(jié)級或第一級和低壓缸末級的性能是否達到設(shè)計；2）進入汽輪機的蒸汽是否以最佳的方向，有序地進入葉柵汽道；3）進入汽輪機的蒸汽是否最大限度的通過葉柵汽道。4.存在的問題TPRI204.存在的問題TPRI4.1.1調(diào)節(jié)級和低壓缸末級的問題（見圖3、圖4）

圖3

調(diào)節(jié)級和低壓缸末級圖4

調(diào)節(jié)級和各缸效率曲線性能對機組性能的影響21(1）額定工況下,級內(nèi)效率設(shè)計值不高（300MW機組含汽門節(jié)流：哈汽、東汽為64%，上汽為71%）;（2）功率份額大(額定工況下，功率占高壓缸20.1%;占整機6.2%);（3）隨機組負荷下降，進汽度減小，效率降低，功率份額增大。某型號300MW汽輪機調(diào)節(jié)級設(shè)計特性序號項

目單

位工況1工況2工況3工況41全開閥門數(shù)/65432部分進汽度％95.4579.5463.6347.723名義噴嘴面積cm2201.69168.08134.46100.854流

量t/h975.8890.4773.3595.65調(diào)節(jié)級效率%77.771.867.160.46調(diào)節(jié)級功率MW16.91718.62520.36221.6801）調(diào)節(jié)級熱力特性4.存在的問題TPRI表2222）調(diào)節(jié)級存在問題（1）實際運行額定工況調(diào)節(jié)級級內(nèi)效率：哈汽、東汽約35%，上汽約50%，偏離設(shè)計值太大（相差20個百分點以上），影響整機功率1.7%以上；（2）噴嘴易損壞（使用1～2個大修周期）；（3）加工、裝配、檢修、安裝均存在問題，噴嘴出口的汽流不能以最佳的方向，有序地進入調(diào)節(jié)級動葉，嚴重影響調(diào)節(jié)級效率和整機功率；（4）噴嘴面積太大，造成機組高真空或低負荷工況時，若提高主汽壓力，調(diào)門開度變小，調(diào)節(jié)級內(nèi)效率下降，功率增大，影響高壓缸效率；若降低主汽壓力，開大調(diào)門，初參數(shù)降低，影響機組循環(huán)效率；3）調(diào)節(jié)級改進措施（1）優(yōu)化葉型、改進結(jié)構(gòu)、提高材質(zhì)等級；（2）合理設(shè)計面積；（3）改進加工、裝配、檢修安裝等工藝；通過以上措施，可大幅度提高調(diào)節(jié)級內(nèi)效率和功率,從而提高機組額定與低負荷工況運行經(jīng)濟性和機組出力能力。4.存在的問題TPRI234.存在的問題TPRIABCDEFGH序號項目單位N156F156H15673A73A1計設(shè)功率MW330302.3300.9300.0300.02主汽流量t/h1002.0975.9985.6971.4971.43主汽壓力/溫度MPa/℃16.67/5386.67/53816.67/53716.67/53716.67/5374凝汽器壓力kPa11.811.811.811.811.85噴嘴名義面積c㎡230.0201.7188.9(改)224.3195.1(改)6試驗日期年/月/日08/8/2707/2/506/6/1707/8/608/7/287試驗功率MW329.1327.3301.5299.7320.48主汽流量t/h1016.01020.1970.91010.11028.39主汽壓力/溫度MPa/℃16.07/538.716.21/537.016.66/542.616.12/540.316.65/535.610凝汽器壓力kPa8.46.77.412.111.711調(diào)門/噴嘴面積V/c㎡5V/1926V/201.74V+31.5%/157.45V/186.76V/195.1表3

調(diào)節(jié)級噴嘴面積對主汽壓力的影響24254.存在的問題TPRI4.1.2進入汽輪機的蒸汽不能以最佳的方向，有序地進入葉柵汽道

圖5

動靜葉軸向間隙及蓋度葉高與蓋度的分配動葉高Lmm≤50

51～9091～150＞150△tmm1.522～2.52.5～3.5△rmm0.511～1.51.5264.存在的問題TPRI圖6

反動式與沖動式結(jié)構(gòu)特點及漏汽的影響反動式?jīng)_動式4.1.3汽輪機動、靜葉汽封和平衡盤漏汽偏離設(shè)計274.存在的問題TPRI圖7

平衡盤漏汽和汽封效果判斷284.存在的問題TPRI4.1.4高壓缸上、下缸溫差大1）高壓缸夾層蒸汽流向與設(shè)計思想不符；2）汽缸缸溫的測點位置不合理，不能反映汽缸溫度的狀態(tài)。機組額定負荷運行，上下缸溫差可以達到-70℃以上，造成汽封磨損、汽缸變形、螺栓松弛與斷裂等危害。294.存在的問題TPRI4.2設(shè)備檢修目前狀況：大修周期延長，大修工期縮短，工藝不完善，大修質(zhì)量下降。1）中心調(diào)整問題2）汽缸跑偏、汽缸變形問題3）通流清潔問題4）低壓缸檢修問題5）汽封改進及調(diào)整問題(汽封間隙0.25~1.0mm,僅影響60kJ/(kW·h）左右。密封效果，關(guān)鍵是被密封處轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式。)6）螺栓緊力問題7）設(shè)備與管道表面保溫問題8）閥門檢修與調(diào)整問題(消除外漏、減少內(nèi)漏）304.存在的問題TPRI圖8

改進后的噴嘴組加工及裝配31324.存在的問題TPRI

經(jīng)處理過的葉片表面噴珠工藝處理過的葉片表面33這種汽封結(jié)構(gòu),嚴重威脅轉(zhuǎn)子安全和密封果效！344.存在的問題TPRI4.3輔機與系統(tǒng)目前狀況：設(shè)計配置裕量大，設(shè)備與系統(tǒng)不完善，工質(zhì)利用效率不高。1）冷端系統(tǒng)問題（凝汽器、循環(huán)水泵、水塔、給泵密封水回水等）2）疏水系統(tǒng)問題（防汽輪機進水、優(yōu)化改進問題）3）回熱系統(tǒng)問題（布置、加熱器水位、疏水、疏水泵）

4）熱力系統(tǒng)冗余

5）閥門與控制問題354.存在的問題TPRI圖9

回熱抽汽效果圖9

超臨界600MW機組凝結(jié)水調(diào)整門（DN200)節(jié)流損失大364.存在的問題TPRI374.存在的問題TPRI4.4運行與維護目前狀況：負荷率普遍偏低，機組固有特性已發(fā)生變化，運行與維護要提高科學性。1）功率與熱耗率的關(guān)系2）極限真空問題3）汽水品質(zhì)問題4）固體粒子對通流的沖蝕問題5）疏水控制問題6）運行方式及參數(shù)控制7）軸承振動和瓦溫問題8）故障判斷問題9）汽缸快冷10）熱控及儀表

384.存在的問題TPRI功率熱耗率MW%kJ/（kW·h）相對%600100788005108578870.09420