机械与设备 300MW汽轮机组整体节能增容改造技术分析 莫 斯 茂名臻能热电有限公司，广东 茂名 525000 摘要：基于国家对现役汽轮机节能降耗的要求，本文介绍我厂300MW汽轮机组的整体节能增容改造，解决了该机组热耗高，高压轴封漏气以及安全性等问题。提高了机组效率，降低机组热耗和减少机组安全隐患，，可供同类型机组通流改造时参考。 关键词：汽轮机；通流改造；热耗 中图分类号：TK269 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）03-0285-02 引言 目前，随着全球及国内经济、能源和环保形势的发展，燃煤发电企业的发展进入了新的关键时期，面临着经济增长方式的转变、市场竞争、资源约束、环境保护等多方面的严峻挑战。为实现节能减排约束性目标，我国制定了相关的措施，鼓励和支持发电企业进行节能减排的技术改造，采用节能环保新设备、新工艺、新技术。. 随着现代科学技术日新月异的发展，特别是计算机设计能力的高速发展，三维设计和制造已经成为可能，该技术在汽轮机设计制造中也得到了广泛应用。国内制造厂通过对关键加工工艺的改进和引进大型精密加工设备，产品工艺和质量得以大大提高，为先进机组国产化生产制造提供了可能。利用原有热力系统的基础上，引入先进技术对汽轮机进行改造，提高现役机组的出力和经济可靠性，既节约时间，又节约费用。 1 机组概况及存在的主要问题 1.1 概况 我厂6号机组为东方汽轮机厂生产亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、单轴、凝汽式汽轮机，型号为N300-16.7/537/537-8型，于2007年5月投产发电。我厂6号汽轮机为东方汽轮机厂近几年制造的产品，但是仍为上世纪90年代末的设计型号，受设计水平、设计手段的，在经济性能方面和安全可靠性方面都存在较多问题。应用先进汽轮机设计技术对其通流部分进行现代化改造势在必行。汽轮机通流部件主要包括截流调节装置、汽轮机静叶栅和动叶片、汽封和轴封及其它辅助装置。通过对汽轮机组通流部件的改造，提高整个机组的效率，降低发电能。 1.2 改造前问题简述 经济性方面：#6号汽轮机组设计经济性与当前亚临界300MW汽轮机的先进设计水平相差很大，目前，先进的亚临界300MW汽轮机设计热耗率在7830kJ/kW.h左右，我厂6号汽轮机组的设计热耗率为7975kJ/kW.h，机组最近一次的热力性能试验结果表明：6号汽轮机组在100%额定工况下的热耗率为8574.0kJ/kW.h(根据2012年3月性能试验值)，高出THA工况热耗率设计值599kJ/kW.h。 由于6号汽轮机组投产后，随着机组服役年限的增加，机组的效率也逐年降低，尽管在历年的检修中消除了部分影响机组经济性和安全性的因素，机组经济性较修前也有不同程度改善，但与设计值相比仍有很大的差距，其存在的结构性缺陷非常突出，未从根本上解决机组效率低及可靠性低的问题。 安全性方面： （1）中压缸中分面进汽室外长约600 mm间隙外侧0.20mm，内侧0.30mm（2007年大修数据）。 （2）中压第一级隔板静叶受异物打击，静叶部分损坏。 （3）中压第一级动叶受异物冲击，四片叶片产生裂纹（已于2007年大修期间东汽厂技术人员已修复）。另有变形部分叶片未作处理。 2 改造目标、原则和方案 2.1 改造前主要设计参数 表1 改造前主要设计参数 制造厂家 东方汽轮机厂 型号 N300—16.7/537/537—8型(合缸) 型式 亚临界一次中间再热、单轴双缸双排汽、凝汽式 最大功率 329.5MW 新蒸汽 16.67 MPa（绝对压力）/ 537 ℃ 最大主蒸汽流量 1025 t/h 再热蒸汽 3.21 MPa（绝对压力）/ 537 ℃ 旋转方向 从汽轮机端向发电机端看为顺时针 转速 3000r/min 回热级数 3个高加＋1个除氧器＋4个低加 通流级数 调节级+8+6+2×6 给水泵驱动方式 2×50％BMCR汽泵，1×50％BMCR电泵 末级叶片高度 851 mm 2.2 改造的目标和原则 我厂6号汽轮机的技术改造，重点应针对汽轮机各缸效率偏低及安全可靠性较低的实际情况进行汽轮机通流部分节能增容改造，选择科学合理并且经济的改造方案，并应遵循如下改造目标和原则： 2.1.1 改造的目标 （1）通过对汽轮机通流部分的改造，节能降耗，使机组的热耗率、效率达到同类机组的先进水平，实现机组无煤耗增容至330MW； （2）通过对汽轮机进行技术改造，提高机组的安全可靠性，消除目前机组存在的影响安全可靠运行的缺陷； （3）考虑到目前及长期的负荷状况，通过改造，使汽轮机满足在不同时期带基本负荷及带调峰负荷的要求，并保证低负荷运行时的经济性； （4）满足节能调度的要求。 2.1.2 改造的原则 （1）汽机基础台板保持不变，各轴承座及其安装位置保持不变 （2）机组高中压、低压外缸保持不变，外形尺寸不变，旋转方向不变； （3）机组的热力系统不变，各抽汽参数基本不变； （4）主汽门、调门现有位置不变，各轴承座安装现有位置不变； （5）与发电机的连接方式和位置不变。 2.3 改造的方案 目前同类型300MW汽轮机通流部分改造的成功方案主要有两种： （1）整体改造：更换高中压转子、低压转子+高压喷嘴组+高、中、低压内缸+静叶持环+高、中、低压各级动叶+高、中、低压各级隔板及静叶+汽封、轴封的方案。对汽轮机动静部分，包括内缸、喷嘴组、静叶持环、动叶、汽封环、联通管、进汽插管等整体进行改造，达到提高汽轮机经济性和安全性的目的。 （2）部分改造（局部改造）：即对汽轮机部分部件进行改造，主要集中在喷嘴组更换和新型汽封改造2个方面，通过提高喷嘴组效率及新型汽封的应用，达到汽轮机提效的目的，此类改造既可以由制造厂与汽封生产厂家共同完成，也可由专业公司承担，汽封主要采用接触式汽封、布莱登汽封、蜂窝汽封、刷式汽封。 结合已有的汽轮机通流改造工程实施经验， 推荐6号汽轮机通流部分节能增容改造的总体方案为整体改造方案，即维持机组喷嘴调节方式不变，更换高中压转子、低压转子并重新设计更换高、中、低压各级静叶及动叶片，低压转子未级叶片由851型改为910型。同时更换高中压、低压内缸。 3 通流改造前后主要试验结果比较 通流改造前，三阀全开（3VWO）工况下，经过一、二类修正后的热耗率为8347.6kJ/(kW.h)，修正后发电机输出功率为318.5 MW；通流改造后，三阀全开（3VWO）工况下，经过一、二类修正后热耗率为8069.8kJ/(kW.h)，修正后发电机功率为345.211MW，通流2017年3期︱285︱ Machinery & Equipmemt 改造前后热耗率降低277.8 kJ/(kW.h)。 通流改造前，试验负荷300MW工况下，经过一、二类修正后的热耗率为8397.6kJ/(kW.h)，修正后发电机输出功率为296.974MW；通流改造后，试验负荷300MW工况下，经过一、二类修正后热耗率为8187.3kJ/(kW.h)，修正后电功率为301.772MW，通流改造前后热耗率降低210.3kJ/(kW.h)。 表2 通流改造后汽轮机主要设计参数 改造厂家 机组型号 机组型式 额定功率 额定主蒸汽流量 铭牌出力(TRL) 最大连续出力(TMCR) 最大出力工况（VWO） THA工况电功率 THA工况保证热耗率 额定主蒸汽压力 额定主蒸汽温度 额定再热蒸汽温度 设计背压：THA/TRL 额定给水温度 给水泵驱动方式 回热系统 末级叶片长度 项 目 设计值 试验修正值 相对设计值变化量 对热耗率影响量 合计 北京全四维动力科技有限公司 N300-16.67/537/537 亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、凝汽式 330MW 1010t/h 330 .466MW 340.334 MW 348.916 MW 330.452 MW 7998 kJ/(kW.h) 16.67 MPa 537.0 ℃ 537.0 ℃ 8.0kPa/11.8kPa 274.4℃ 2×50%BMCR汽泵，1×50%BMCR电泵 三高、四低、一除氧 851mm 中压缸效率 92.57% 92.35% 0.22个百分点 4.7kJ/(kWh) 81.0kJ/(kWh) 低压缸效率 91.50% 90.07% 1.43个百分点 50.1kJ/(kWh) 表3 三阀全开（3VWO）工况下各缸效率对机组热耗率的影响 高压缸效率 86.78% 84.78% 2.00个百分点 26.2kJ/(kWh) 4 通流改造后安全及经济性分析 4.1 安全效益 本工程中6号汽轮机通流部分改造的一个重要原则就是保持现有热力系统和热力参数基本不变，汽轮机各个接口位置基本不变，基础不变。采用汽轮机通流现代设计技术，如全三元流设计，更换通流部分高、中、低压转子，高、低压内缸，喷嘴组、各级动叶和静叶、汽封等；新型叶型的刚性将大大优于原设计叶片，隔板的刚性也增强；同时，末级和次末级动叶将采用先进的更为安全可靠的 （上接第 263 页） 碳纤维复合芯铝线（ACCC 复合芯铝线）是一种高容量低损耗的导线，其导线芯材主要使用碳纤维复合材料，外层包裹梯形铝绞线，导线的强度高、不易膨胀、质量较轻、耐高温、抗腐蚀能力强。由于具有这些优点，导线线损较低，同时导电性能好，载流量大，运行稳定受环境影响小，安装施工方便。 3.4 配电线路采用节能金具技术 在新建的配电线路中大量采用无磁金具或者低磁金具，通过大量使用铝合金、铜制金具，输配电线路能耗大大降低。由于无磁金具造价相对较高，不利于大面积推广，在实际应用中，采用低磁材料制成金具或者使用切断金具磁路的机理，尽量减小涡流损失，达到节能效果。 3.5 推广使用节能型配电变压器 在有条件时（造价允许时）优先选用非晶合金节能型配电变压器，其固定损耗比普通变压器节能约30%。这可以解决季节性负荷波动大的地区选择大容量配变带来的不经济问题，有效降低电能损 （上接第 269 页） 减小环境因素对配电设备及线路的影响，通过红外监测、在线监控等先进技术，时刻获取配电运行状态信息。另外，还需要对各种风险因素进行综合考虑，加强对设备和线路的监控，采取必要的预防措施。 4 结束语 确保配电运行环节的供电可靠性，既是充分发挥电网建设价值的首要条件，也是促进电力企业良好发展的重要途径，更是构建和谐、稳定社会的必要措施，必须给予足够的重视力度。影响配电运行中供电可靠性的因素众多，只有了解影响供电可靠性的根本原因，才能采取针对性的解决策略，通过对配电系统技术进行革新、优化配电网结构、减少非故障维修次数和时间、加强运维管理力度等方连接结构，保证叶片的振动与强度安全性，改造后机组的安全性较改造前大为提高。 4.2 经济效益 （1）出力增加：改造后机组最大连续出力330MW。 （2）热耗降低：汽轮机通流部分节能增容改造后，6号汽轮机的高压缸效率约可达到86%，中压缸效率约可达到93%，低压缸效率约可达到%，若结合改造对热力系统进行优化完善，并进行冷端优化后，THA工况下6号机组热耗率可达到8065kJ/kW.h左右（设计背压8kPa）。6号汽轮机组THA热耗率可降低约510kJ/kW.h。 （3）环保效益（在环保分析计算中，按1吨标煤排放2.6吨二氧化碳、3.9千克二氧化硫、0.995千克NOx 考虑）6号机组汽轮机实施通流部分节能增容改造后，按机组热耗率下降510kJ/kW.h计，改造后机组额定功率317MW，按年利用小时6000小时计算，机组年节约标准煤约3.31万吨，每年减少二氧化碳排放8.62万吨，减少二氧化硫排放0.129万吨, 减少氮氧化物排放330吨。 5 结论 随着国家及省的环保日益严格，燃煤发电厂将面临更为严格的环保要求和严峻的市场经营形势，汽轮机的通流节能增容改造后均达到降耗增容的效果，机组的经济性和安全性获得了明显提高，同时国家鼓励并给予支持。所以说不论从改造的技术，改造的效果、还是层面来看，实施汽轮机通流部分节能增容改造都是可行的，值得推广借鉴。 参考文献： [1]刘爱忠.汽轮机设备及运行[M].北京:中国电力出版社,2003. [2]彭胜.300MW汽轮机组通流改造技术分析[J].科技展望,2014,(12): 82+84. [3]赵杰,朱立彤,付昶等.300MW等级汽轮机通流部分改造综述[J].热力透平,2011,(01):39-42. [4]闫青.合缸300MW 机组通流改造技术应用效果评价[D].北京:华北电力大学,2011. [5]孔令慧.哈尔滨第三发电厂四号汽轮机组通流改造[J].黑龙江科技信息,2011,(14):17+104. [6]吴涛.广东省粤电集团有限公司茂名热电厂6号汽轮机通流部分节能增容改造可行性研究.2016. 耗。 4 结语 电力企业工作人员在今后工作中，要加强配电线路设计的工作，为线路顺利安全施工提供可靠条件，要采取积极有效的措施解决在设计中遇到的问题，并不断的优化设计方案，降低线路损耗，提升线路设计的有效性及安全性，为电力线路运行和维修提供便利。 参考文献： [1]赵刚印,任艳,秦澎涛等.10kV配电网降损节能措施探讨[J].机电信息,2012(21):44-45. [2]石艳杰.强化线损管理提升精益化管理水平[J].农村电气化,2010 (4):7-9. [3]王静,张改华,贺亚军.电力系统中输配电线路的节能降耗技术研究.科技创新与应用[J],2016(4). 作者简介： 陈超俊，1987出生；男；本科学历；助理工程师；工作方向：节能降耗。 法，可以使配电系统供电可靠性得到有效提升，持续为用户提供高质量的电能，为加快经济建设和社会发展提供基础保障。 参考文献： [1]王勇.配电运行中提高供电可靠性方法探析[J].工程技术:全文版, 2016,(11):168-168. [2]于晓.配电运行中提高供电可靠性方法探究[J].科研,2015,(47):256- 256. [3]王华敬.配电运行中提高供电可靠性方法探究[J].中国高新技术企业,2015,(26):40-41. [4]毛占伟.配电运行中提高供电可靠性方法探究[J].工业c,2015,(57): 256-256. ︱286︱2017年3期
