300MW等级汽轮机通流部分改造综述

第40卷第1期2011年3月VO140NO1MAR2011300MW等级汽轮机通流部分改造综述赵杰，朱立彤，付昶，杨寿敏西安热工研究院有限公司，西安710032摘要介绍了国内在役300MW等级汽轮机组存在的主要问题，对比了国内主要汽轮机制造厂及相关科研机构在汽轮机通流部分改造中使用的新的设计、制造技术，比较了已经完成的300MW等级通流改造项目的效果，为进一步节能降耗提供参考性意见关键词汽轮机；通流改造；新技术中图分类号TK261文献标识码A文章编号167255492011O1003904REVIEWOFFLOWPATHRETROFITOF300MWCLASSSTEAMTURBINESZHAOJIE，ZHULITONG，FFCHANG，YANGSHOURUINGXIANTHERMALPOWERRESEARCHINSTITUTECO，LTD，XIAFT710032，CHINAABSTRACTTHEPAPERINTRODUCESTHEMAINPROBLEMSOFTHEDOMESTICEXISTING300MWCLASSSTEAMTURBINES，CONTRASTSTHENEWDESIGNANDMANUFACTURETECHNOLOGYINTURBINESFLOWPATHRETROFITMADEBYDOMESTICMAINSTEAMTURBINEFACTORIESANDRELATEDRESEARCHINSTITUTIONS，SUMMARIZESANDCOMPARESTHEEFTCTOFCOMPLETED300MWCLASSSTEANLTURBINERETROFITPROJECTITCARLPROVIDEREFERENCEOPINIONSFORFURTHERCONSERVINGENERGYANDREDUCINGEMISSIONKEYWORDSSTEAMTURBINE；FLOWPATHRETROFIT；NEWTECHNIQUE近年来，随着高能耗小火电机组的逐步关停，300MW及以上等级机组占我国电力总装机容量的比重越来越大，其中300MW功率等级机组占火电总装机容量约30。目前在役的300MW等级汽轮机多采用上世纪70年代80年代技术设计制造，存在通流效率低、热耗率高等问题。因此，提高300MW等级汽轮机组的通流部分效率，对于降低电厂发电、供电煤耗，完成节能减排目标有着十分重要的作用。从本世纪初开始，国内各汽轮机设计、制造企业和有关科研机构就尝试采用现代汽轮机设计技术对现役300MW机组汽轮机进行技术改造，截至目前，已有30多台汽轮机组完成了通流部分的现代化改造，通流改造后机组的经济性、安全可靠性和可用性均得到较大提高，取得了显著的经济效益与社会效益，但同时也发现了一些问题和不足。为总结交流经验，本文对已完成的300MW等级汽轮机组的通流改造工作进行了简要UJ顾，对国内在役300MW等级汽轮机组存在的主要问题进行了梳理，对汽轮机通流部分改造中使用的不同的技术方案进行了对比，比较了采用不同方案完成的通流改造项目的效果，为后续300MW及更高等级汽轮机通流部分现代化改造提供了一些参考性意见。1汽轮机通流改造的必要性当前国内现役的300MW等级机组大约有500多台，其中早期投运的300MW机组约有400多台，主要由上汽、哈汽、东汽和北重生产，其余少量为进口机组。国内现役的300MW等级机组主要类型如下1上汽设计生产的国产型152、A152，截至1994年底共生产投运29台。2上汽生产的引进型153型、155型、156型，截至2006年底共投产L23台。收稿日期20101220作者简介赵杰1975一，男，毕业于重庆大学，丁程师，西安热R开究院有限公司电站性能技术部汽轮机性能研究所副所长，从事汽轮机及热力系统经济性方面的试验研究及技术服务工作。愚一固第1期300MW等级汽轮机通流部分改造综述3哈汽生产的引进型73系列，截至2006年底共投产95台。4东汽设计生产的D06型、D12型、DI9型、D42型、D300型，截至2006年底共投产120台。5北重生产的N3301775540540型，截至2006年底共投产20多台。6产自不同国家不同型号的进口机组共约5、60台，包括日本、美国、德国、意大利、法国、英国、俄罗斯等。目前在役的300MW等级汽轮机经济性较差，存在影响机组安全可靠性的问题。虽然各制造厂自上世纪90年代开始陆续推出各类改进或优化机型，但个别汽轮机组的热耗率与设计值的偏差高达400千焦千瓦时以上，影响机组供电煤耗15克千瓦时以上，严重影响了机组的经济性，因此必须进行现代化技术改造以提高汽轮机的通流效率，降低发、供电煤耗，消除汽轮机的安全隐患。2早期投运机组存在的主要问题由于设计、加工及安装工艺的原因，早期投运的在役300等级汽轮机组普遍存在通流效率低、煤耗高及较大的安全隐患J。主要表现为以下几点1叶片型线设计技术相对落后，各级焓降分配不合理、汽缸效率低；2汽缸、持环、隔板变形大；3汽轮机通流部分的蒸汽泄漏严重动叶叶顶汽封齿数少、汽封间隙大，蒸汽泄漏量大；轴封圈数偏少，轴封齿严重磨损，蒸汽泄漏量大；结构设计不合理，进汽插管、高中压缸夹层蒸汽泄漏量大。4高中压静叶受固体颗粒侵蚀严重，静叶出汽边损伤严重；5末级叶片顶部出汽边水冲蚀严重、司太立合金片脱落；6次末级叶片和末级叶片拱形围带断裂；7机组轴系振动大。啊_I黧3各制造厂通流改造方案技术特点国内目前参与300MW等级汽轮机组通流部分改造的单位主要有5家，分别是上汽、哈汽、东汽、北重及北京全四维动力科技有限公司。各厂家改造方案的特点比较如下31S厂方案提供A、B两种方案A方案1增加高、中压通流部分级数，高压调整为L3级压力级，中压调整为10级压力级。2高中压动静叶、低压静叶及前四级动叶均采用新型高效反动式全三维全马刀3DV弯扭动静叶片，后加载叶型；强化的枞树形叶根型线，高压动叶采用T型叶根，中、低压动叶采用P型叶根。3采用更高疲劳强度的新材料用于高、中压缸第一级动叶；低压末级采用更高抗腐蚀型的材料174PH。4减小叶顶、叶根汽封径向间隙。5有效地整合高压内缸和高压静叶持环，减少加工和装配环节。6中压部分采用内缸、两级持环的形式。7低压内缸由原来的两层结构改为整体结构。8采用高度为905RAM的低压末级叶片，次末级和次次末级进行强化设计。9全新优化了排气导流环。B方案1高压进汽由原来的反流结构改为顺流结构。2增加高、中压通流部分级数，高压调整为14级压力级，中压调整为11级压力级。3所有的高中低压叶片级除末三级均为弯扭的马刀型动、静叶片，变反动度30一60；整体围带叶片、全切削加工。4光滑子午面流道。5高中压全部采用T型叶根。6高压内缸、持环等做成整体缸。7高压进汽插管及高压一段抽汽插管采用直接在插管上镶嵌三圈弹性密封环的形式取代原机组的钟罩式密封，改善进汽部位的密封性能。8增加汽封齿数，轴端汽封采用蜂窝汽封300MW等级汽轮机通流部分改造综述热力透平环；高中压通流部分的每一级叶顶汽封和隔板汽封采用镶嵌式多齿迷宫密封型汽封，低压叶顶汽封和隔板汽封采用弹簧片退让式汽封32H厂方案1推荐不更换转子。2采用新型高效全三维全马刀自带冠弯扭动静叶片，优化了叶型设计，动叶顶高低齿汽封凸台。3光滑子午流道。4高效后加载层流静叶叶型。5更换高中压缸过桥汽封体，由原4圈结构改为8圈结构。6推荐采用梳齿型汽封。33D厂方案1高压进汽改为顺流结构。2高中压全部采用高负荷扭曲动叶，所有动叶片采用自带冠结构。3外平内斜光滑子午流道。4高效后加载层流静叶叶型，所有导叶片的出汽边均修薄至038INILL5全部采用焊接隔板。6末级采用最新引进的新909MM叶片。7叶顶多齿汽封。第29级动叶全部采用白带冠动叶城墙齿，1R顶汽封齿可以增JJIJ到4齿。中压全部级次采用自带冠动叶，叶顶汽封齿可以增加到45齿。8汽轴封型式高压、中压的端汽封采用DAS汽封铁素体，低压端用铜合金汽封。34B厂方案1选用新型的动叶型线。2高压动叶片全部采用叉型叶根，自带围带预扭安装。3隔板采用内外围带的焊接钢隔板。4静叶采用后加载高效叶栅。5末级为902MM自带鳍型拉筋叶片，圆弧枞树型叶根。6隔板汽封、高中压前后轴封、高中压问过桥轴封为高低梳齿，端部汽封、静叶汽封采用高低迷宫梳齿汽封，低压轴封为斜平梳齿35Q公司方案1高压进汽改为顺流。2增加中压通流部分级数，中压调整为10级压力级。3高、中、低压部分的动静叶片采川弯扭联合成型叶片。4次末级和末级叶片选用高性能的材料L74PH。5优化控制末级叶片沿叶高的反动度分布，根部采用高反动度设计。6所有U1片均为自带冠结构。7通流子午面光顺。8优化高中低压进汽通道、商排和中排通道。9高压进汽插管和一一段抽汽插管的密封采用新式堆叠式密封结构。】0调节级动叶为三叉型_二胞胎结构，叶顶汽封齿增加到4齿11高压隔板汽封采用镶片式汽封，高压叶顶汽封采用退让式梳齿汽封；中压隔板汽封和叶顶汽封、高压后汽封和L1压后汽封采用退让式蜂窝汽封；高压侧平衡活塞汽封、高压排汽侧平衡活塞汽封和中压侧平衡活塞汽封采用退让式梳齿汽封加蜂窝汽封；低压15级叶顶、27级隔板汽封、低压后汽封采用退让式蜂窝汽封。4汽轮机通流改造效果经过通流改造后，汽轮机组的经济性、安全性、可靠性均得到了大幅度的提高，为了方便比较，选取了采用不同方案改造的几台机组进行对比，见下表。5结论及建议对各改造单位的技术方案及实际改造效果的比较可知各改造方案各有特点，经过通流改造后汽轮机的热耗率都能小于8000KJKWH，改造后的汽轮机组经济性均得到大幅提高。电厂实际运行也表明经过通流改造后，机组的供电煤耗大都能降低L0克千瓦时以卜，个别机组供电煤耗能降低近20克千瓦时。实践证明300MW等级汽轮机组通流部分改造的技术是成熟的，通流改造后的汽轮机组的经济性、安全可靠性和可用性均得到提高，300MW等级汽轮机通流改造具有显著的经济效益与社会效益，是一项值得推一的技改项目霾_第1期300MW等级汽轮机通流部分改造综述在已经完成近40台次的通流改造中，也发现了一些问题，需要在今后的通流改造项目中加以重视。建议如下1汽封间隙的控制非常重要。高中压合缸机组改造后的N2漏汽量普遍高于设计值，个别机组的该漏汽量甚至达到了设计值的7倍左右，严重影响了改造效果。建议设备安装时在找准中心的基础上，参照各轴封生产厂家提供的轴封间隙控制要求值的下限来调整轴封问隙。2通流改造后，汽轮机5、6抽温度高于设计值的现象较原先均有较大改善，但仍偏离设计值较多，个别机组抽汽温度偏离设计值达20度以上，说明缸内仍存在蒸汽的泄漏、串流现象，可能是内缸中分面和隔板套中分面密封不严造成的，建议厂家考虑增加螺栓预紧力、增加法兰中分面密封键或调整结构。3调节级改顺流后机组高压缸效率能提升约12个百分点，在条件允许的情况下，建议厂家更换转子改顺流。4中低压连通管有一定的节能潜力。采用新技术改造后的中低压联通管压损可由原先的2囡II麓降低到05左右，可使低压缸效率提升约02个百分点。参考文献1危奇，郭永杰，张兆鹤国产300MW汽轮机改造技术的研究J动力工程，2001，211100610092潘步春国产300MW汽轮机改造的必要性分析J上海电力，20021683赵轶飞，王葳第三代汽轮机设计技术的应用J应用科技，2001381O4王建伟，王建录东汽第8代300MW汽轮机设计技术特点J东方电气评论，200591171215王伟，张晓霞对汉川电厂引进型300NW等级汽轮机通流改