李海龍，喬宏偉，馬曉峰

(1.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司 ，黑龍江哈爾濱150046;2.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031)

0 引言

首臺(tái)哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、N300－16.7/537/537型純凝汽汽輪機(jī)于1993年投運(yùn)，截至2009年初，共有90余臺(tái)該型機(jī)組在役。其中，從西屋公司引進(jìn)的原型機(jī)未生產(chǎn)，生產(chǎn)了26臺(tái)引進(jìn)型機(jī)組(73號(hào))、8臺(tái)完善化型機(jī)組(73A)、56臺(tái)新一代機(jī)組(73B)，如圖1所示。

圖1 哈汽300 MW機(jī)組生產(chǎn)情況

在役的73號(hào)、73A型機(jī)組運(yùn)行時(shí)間都超過了10 a。普遍反映的問題是機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較差，熱耗率、缸效率等重要指標(biāo)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值。對(duì)此，結(jié)合部分電廠改造的經(jīng)驗(yàn)，提出了亞臨界參數(shù)300 MW機(jī)組改造基本思路［1］。

1 增容增效改造的問題和對(duì)策

1.1 高中壓部分

由于設(shè)計(jì)年代較早，技術(shù)落后，導(dǎo)致機(jī)組的通流效率達(dá)不到設(shè)計(jì)值。表1中列出了部分機(jī)組高壓缸效率值(設(shè)計(jì)值和實(shí)測(cè)值)。

表1 部分機(jī)組高壓缸效率值

表1中8臺(tái)機(jī)組高壓缸效率實(shí)測(cè)平均值為80.28%，與設(shè)計(jì)值平均差6.28%。高壓缸效率偏低，必然使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。

影響高中壓缸效率下降的原因較多，如通流效率低、機(jī)組內(nèi)漏、系統(tǒng)漏汽等。因此，改造在更換新的通流之外，同時(shí)還要對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)做適當(dāng)調(diào)整，減少機(jī)組內(nèi)漏和系統(tǒng)漏汽的發(fā)生。

高中壓缸部分改造主要采用如下辦法:

a.更換調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴。調(diào)節(jié)級(jí)效率低是300 MW機(jī)組高壓缸效率低的原因之一。一方面調(diào)節(jié)級(jí)面積不合理;另一方面，老機(jī)組的調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴結(jié)構(gòu)不合理，影響機(jī)組安全。根據(jù)增容增效的要求，調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積重新確定;同時(shí)增加了汽道數(shù)，改變了噴嘴組后的汽流擾動(dòng)頻率，在很大程度上降低了對(duì)噴嘴出汽側(cè)的損壞，保證了改造后機(jī)組安全運(yùn)行。

b.更換壓力級(jí)葉片和汽封形式。根據(jù)新機(jī)組的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，高中壓通流級(jí)采用高效率的全三維設(shè)計(jì)的反動(dòng)式葉片，通過計(jì)算合理匹配動(dòng)靜關(guān)系使損失最小化。高中壓反動(dòng)式葉片與哈汽73B系列葉片設(shè)計(jì)相同。實(shí)踐表明，該系列葉片具有很好的氣動(dòng)性能，葉片型線具有后加載特性，變工況性能好。高中壓動(dòng)葉頂部汽封全部采用迷宮式汽封，級(jí)間漏汽達(dá)到最小。

c.改進(jìn)高壓進(jìn)汽插管和高壓隔板套結(jié)構(gòu)。高壓進(jìn)汽管漏汽、汽缸中分面漏汽對(duì)高壓缸效率的影響較大。通過進(jìn)汽管連接方式的改進(jìn)，可以有效減少漏汽量，降低損失。同樣，改進(jìn)后的高壓隔板套增強(qiáng)了密封性能，能夠有效減小漏汽損失。

1.2 低壓部分

末級(jí)、次末級(jí)葉片效率不高是影響低壓缸效率的主要原因。同時(shí)機(jī)組低壓內(nèi)缸中分面和低壓隔板套中分面密封不嚴(yán)，造成壓力高的區(qū)域向壓力低的抽汽段漏汽，導(dǎo)致抽汽溫度過高，表現(xiàn)為運(yùn)行時(shí)5、6段抽汽溫度高于設(shè)計(jì)值，對(duì)低壓缸效率產(chǎn)生不利影響。中分面漏汽的主要原因如下:

a.汽缸中分面法蘭在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)變形導(dǎo)致漏汽。

b.螺栓材料抗松弛性能差，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致螺松弛影響密封效果。

c.法蘭螺栓預(yù)緊力偏小造成密封力不夠。

d.隔板套中分面螺栓數(shù)量少導(dǎo)致密封力不夠。

e.機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)沒有滿足設(shè)計(jì)要求的伸長(zhǎng)量，導(dǎo)致密封效果差。

低壓缸改造主要采取如下措施:

a.將汽缸內(nèi)置法蘭螺栓和隔板套法蘭螺栓材料改為20Cr1Mo1VTiB，抗松弛性能提高，有利于增大剩余應(yīng)力，從而保證密封性。

b.增大螺栓預(yù)緊力和增加法蘭中分面密封鍵。

c.減少螺栓長(zhǎng)度，減小螺栓伸長(zhǎng)量，取消套筒更換成長(zhǎng)罩螺母，減少螺栓自由長(zhǎng)度和密封面，保證剩余應(yīng)力。

d.將工藝孔蓋板焊牢。

e.增大螺栓預(yù)緊力和增加法蘭中分面密封鍵。

f.分面增加隔板套中把緊螺栓和密封鍵。

1.3 改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

改進(jìn)后的高壓缸通流結(jié)構(gòu)如圖2所示。改進(jìn)后的低壓通流結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 改進(jìn)后的高壓缸通流結(jié)構(gòu)

圖3 改進(jìn)后的低壓通流結(jié)構(gòu)

1.4 改進(jìn)后的預(yù)期效果

改造效果和機(jī)組改前狀況密不可分，但是根據(jù)哈汽73B機(jī)組和已改造的300 MW機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)可以做基本的效益預(yù)估。

由于低壓缸效率和系統(tǒng)狀況有關(guān)，高壓缸效率直接取自試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確反映通流情況。表2為新一代300 MW機(jī)組實(shí)測(cè)高壓缸效率值［2］。

表2 新一代300 MW機(jī)組高壓缸效率實(shí)測(cè)值

6臺(tái)機(jī)組高壓缸效率實(shí)測(cè)平均值為85.68%，比老機(jī)組實(shí)測(cè)值高5.4%。中壓缸更換新葉片后，實(shí)測(cè)效率通常在91.5%～92%，比老機(jī)組提高2%。假設(shè)低壓缸也是因?yàn)槿~型損失大引起效率偏低，低壓缸效率也可以提高2% 。根據(jù)各缸效率對(duì)機(jī)組性能的影響比例，可以推斷，改造后汽輪機(jī)通流和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性大約可以提高3% 。按300 MW機(jī)組實(shí)際煤耗在340 g/(kW·h)左右計(jì)算，改造預(yù)計(jì)可以使機(jī)組煤耗降低10 g/(kW·h)。由于效率的提高，在不改變機(jī)組系統(tǒng)配置的情況下，機(jī)組的銘牌出力可以達(dá)到315～320 MW左右。同時(shí)，改造還可以增加機(jī)組的安全性和使用壽命。

2 供熱改造的可行性分析

提高經(jīng)濟(jì)性的目的之一就是提高系統(tǒng)的熱效率。所以，在國(guó)家節(jié)能減排的大背景下，有條件的電廠可以實(shí)施熱電聯(lián)供改造，減少冷源損失，提高機(jī)組的熱利用率。

2.1 工業(yè)用汽改造

由于結(jié)構(gòu)原因，在汽缸抽汽口擴(kuò)孔能提供的蒸汽量比較小;而再熱冷段又受鍋爐限制，不能大量供汽。因此，抽汽口只能布置在熱再管段上。

這種改造的汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥需要參與供熱調(diào)節(jié)。在供熱運(yùn)行時(shí)，根據(jù)調(diào)節(jié)級(jí)壓力來調(diào)整高排壓力不低于純凝運(yùn)行時(shí)的數(shù)值，以保護(hù)機(jī)組的高排區(qū)域葉片。

改造主要要考慮供熱運(yùn)行時(shí)對(duì)機(jī)組的影響，在各個(gè)工況都要確保安全。目前，這種方式的最大供熱流量為260 t/h，供熱參數(shù)為3.8 MPa左右。

2.2 采暖用汽改造

采暖用汽主要取自中低壓連通管。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，蝶閥需要安裝在垂直管段上，同時(shí)，原有的連通管壓損大、運(yùn)行時(shí)安全性差。因此，在改造中更換了新型連通管。改造后的連通管如圖5所示。

為保護(hù)中壓排汽區(qū)域葉片，需要在連通管上加裝蝶閥，以控制中壓缸排汽壓力。同時(shí)，在供熱管道上加裝安全閥、快關(guān)閥、逆止閥等以保護(hù)汽輪機(jī)。

改造后機(jī)組純凝運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)性不變，采暖期可以采用以熱定電的方式運(yùn)行。采暖期可提供最大300 t/h的蒸汽，供熱參數(shù)為 0.8～1.0 MPa，345～355℃。每增加1 t/h抽汽量，大約損失200 kW電量。

改造后的供熱系統(tǒng)如圖4所示，改造后的連通管如圖5所示。

圖4 改造后的供熱系統(tǒng)

圖5 改造后的連通管

2.3 供熱改造效益分析

充分利用熱能做功或者獲得收益是設(shè)計(jì)者和設(shè)備運(yùn)行企業(yè)的共同追求。無論是節(jié)能降耗還是節(jié)能減排，最終目的都是想盡可能的發(fā)揮能源的作用，減少中間損失。對(duì)汽輪機(jī)裝置來說，減少冷源損失，也就是減少進(jìn)入低壓缸的乏汽量，是提高效率的最直接措施［3］。

亞臨界300 MW汽輪機(jī)純凝運(yùn)行時(shí)，設(shè)計(jì)熱效率約為45.5%;當(dāng)采暖抽汽達(dá)到200 t/h時(shí)，汽輪機(jī)的熱效率約為50%。如果抽汽量繼續(xù)增加，裝置的熱效率就會(huì)進(jìn)一步增大。

3 空冷機(jī)組供熱改造的可能性

目前運(yùn)行的亞臨界300 MW空冷機(jī)組主要集中在山西、內(nèi)蒙地區(qū)。除考慮連通管供熱改造之外，可以考慮采用低真空供熱的方式進(jìn)一步提高裝置熱效率。

由于汽輪機(jī)運(yùn)行背壓可以達(dá)到35～40 kPa，完全具備加熱循環(huán)水的能力。在采暖期，如果能采用低真空供熱的方式運(yùn)行，熱效率將大幅度提高。當(dāng)然，這要受到當(dāng)?shù)責(zé)峋W(wǎng)容量、電廠實(shí)際情況等條件的限制，還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

哈汽優(yōu)化型及完善化型亞臨界參數(shù)300 MW汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間已在10 a以上，經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于新一代300 MW機(jī)組。制造廠可以應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)老機(jī)組進(jìn)行增容增效、供熱等多種形式的改造，以提高汽輪機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，滿足城市快速發(fā)展的供熱需求。

［1］朱曉令，宋文希.國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型300 MW汽輪機(jī)存在的問題及解決辦法［J］.熱力發(fā)電，1999(4):12－15.

［2］李殿成，王仲奇.引進(jìn)型300 MW汽輪機(jī)高壓缸改造及效果［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2003，6(3):145 －147.

［3］張久鋒.300 MW汽輪機(jī)擴(kuò)容改造及經(jīng)濟(jì)效益分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2010，28(159):92－96.