200MW汽轮机通流部分改造及效果分析.pdf

江西 电力第 3 2卷2 0 0 8年第 6期 4 9 文章编号 ： 1 0 0 6 3 4 8 x( 2 0 0 8 ) 0 6 0 0 4 9 0 3 2 0 0 mw 汽轮机通流部分改造及效果分析 查冰峰 ( 国电九江发电厂 ， 江西九江3 3 2 0 0 0 ) 摘要 ： 国电九江 电厂 3号汽轮机由于原设计制造技术落后 的原 因， 机组性能差 ， 效率低 ， 热耗高 ， 经 济性差 ， 故对其 通流部分进行改造 。改造后 的机组热耗大幅度下降 ， 经济效益和社会效益显著 ， 达到 了机组节能降耗预期的效果 。 关键词 ： 汽轮机 ； 通流部分 ； 热耗 中图分类号 ： t m 6 2 1 2 文献标识码 ： a ab s t r a c t ：t h e fl o w p a t h o f n o 3 t u r b i n e i n j i u j i a n g p o w e r p l a n t w a s r e f o r m e d f o r i t s d r a w b a c k s s u c h a s p o o r p e rf o r ma n c e ，l o w e f fi c i e n c y ，h i g h c o n s u mp t i o n a n d b a d e c o n o mi c t h r o u g h t h e r e for m，t h e t u r b i n e a c h i e v e s t h e r e q u i r e d s o c i a l a n d e c o n o mi c b e n e fi t ke y wo r d s ： t u r b i n e ； fl o w p a th； c o n s u mp t i o n o 引言 1 改造总体方案 国 电 九 江 发 电 厂 3号 机 组( 型 号 n 2 1 0 1 3 0 5 3 5 5 3 5 ) 系哈尔滨汽轮机 厂制造的超高压 、 中间再 热 、 三缸、 双排汽 、 凝汽式汽轮机 ， 1 9 9 1年 4月投产。 由于该机型设计 年代较早 ， 受 当时设计水平和工艺 手段的限制 加上长期运行 中汽轮机通流部分磨损 严重 使其经济性较差 ， 热耗增高 ， 热耗从投产时的 8 3 7 1 6 k j l 【 w h上 升 至改造 前 的 8 9 3 5 3 3 k j l ( w h 。 机组的安全可靠性也差 ： 低压缸末级叶片断裂和拱 形围带裂纹； 轴封套 、 中压隔板 、 隔板套变形及裂纹 ； 低压转子叶轮瓢偏。 为此 ， 采用 目前国内最为先进的准四维 全 四维 设计技术对机组通流部分进行技术 改造 。改造于 2 0 0 7年 9月 2 0日开始至 l 2月 9日结束 。 启动一次 并网成功。这是继 1 2 5 mw 机组通流部分现代化改 造成功后 2 0 0 m w 机组应用国产第 四代 汽轮机技 术通流部分现代化改造的又一具体实践。经过 3 个 月的连续运行 表明 机组能在设计 额定功率 2 2 0 mw 工况下稳定运行 ( 最大 2 2 7 8 mw) ， 热耗 率为 8 2 3 7 2 6 k j ， k w h ， 改造取得了明显的增效降耗效果。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 4 1 4 作者简介 ： 查冰峰( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 工程 师， 长期从事汽轮机技术管理工作。 1 1 改造 目标 ( 1 ) 机组纯凝工况额定功率增加到 2 2 0 mw， 最 大功率为 2 3 0 mw。机组具有 良好 的变负荷性能和 灵活的调峰运行能力。 ( 2 )机组能在纯凝及工业供汽工况下长期安全 运行 ， 改造后的额定非调整工业抽汽能力为 6 0 t h ， 最大工业抽汽能力为 8 0 t h 。 ( 3 ) 消除机组 目前存在的主要问题 ， 提高机组的 可靠性 、 经济性。 改造后机组在热耗验收( t h a) 工况 下热耗水平不高于 8 1 6 0 k j ， l ( w h 。 1 2 改造原则 ( 1 ) 通流部分采用具有当代国际领先水平的准 四维， 全 四维技术进行改造方案的设计 。 提高机组 的 经济技术性能 ；同时对关键部件的结构强度采用当 代最先进的有 限元进行计算校核 ，确保机组能长期 安全 、 可靠运行。 ( 2 ) 达到节能 、 降耗 、 增容的 目的， 并使机组具备 非调整工业供汽能力 ， 提高机组的综合热效率： ( 3 ) 通流改造采用原有主轴， 保持轴承座和现有 安装位置不变 。 江西电力第 3 2卷2 0 0 8年第 6期 ( 4 ) 保持汽轮机与发 电机的连接方式不变 高压 转子与主油泵的联接方式和位置不变 ； 盘车装置连 接方法及位置不变。 ( 5 ) 保持原有热力系统不变， 各级回热抽汽参数 基本不变 ( 6 ) 保持基础不动 ， 基础载荷基本不变 ， 改造后 设备满足现场安装要求。 ( 7 ) 机组能适应快速启停及调峰运行的要求， 改造 后机组能在抽汽工况下及纯凝工况下长期安全运行。 ( 8 ) z程 的设计 、 制造 、 检验符合相应的国家标 准和行业标准 。 2 改造 的主要部件及 设计特点 2 1 高中压缸部分 ( 1 ) 调节级子午面收缩静叶栅 。对于调节级静 叶栅， 由于其相对叶高很短 ， 二次流损失 占叶栅总损 失 比例很大 ， 因此使用子午面收缩的收益相当可观 。 这对提高高压缸效率十分重要 。子午面收缩其主要 优点是 降低静叶栅通道前段 的负荷 ， 减少叶栅的二 次流损失。高压缸调节级中采用了子午面收缩静叶 栅 ， 可使调节级效率提高 1 7 。 ( 2 ) 采用新型优化高效静叶叶型。新设计的高、 中压缸共 2 1 个压力级隔板静叶片 ， 均为新型优化高 效静叶叶型优化新叶型 。 采用进 口五轴联动数控机 床铣制加工 ， 确保叶片型线精度。 ( 3 ) 高压缸 2 1 2级隔板采用分流静叶栅 ， 可使 叶栅损失大幅度降低。高压级采用分流叶栅可使缸 效率提高 4 以上 。隔板为焊接钢隔板。 ( 4 ) 采用新型动叶叶型， 速度分布光滑改善了速 度分布， 减少 了动叶损失。 ( 5 ) 新设计隔板全部采用焊接钢隔板。焊接钢 隔板材质好 、 叶栅部分加工精度高， 能保证静叶栅达 到设计气动热力性能 ， 并可延长隔板使用寿命 。 ( 6 ) 中压缸 1 3 2 2级的隔板静 叶全部采用弯扭 静叶片， 隔板为焊接钢隔板。 ( 7 ) 高 中压缸各级动叶片采用 自带围带整圈联 接 ， 动叶围带加工为内斜外平结构 ， 使子午面形成光 顺通道 ( 8 )所有各级动叶顶部汽封齿均由原设计的 2 片增加为 4片 ， 可减少漏汽损失。且叶顶汽封 由目 前在隔板外缘的固定式汽封改造为安装在高压内缸 和 1号隔板套上的可退让式汽封。 2 2 低压缸部分 ( 1 ) 低压缸 2 x 5级隔板静叶全部采用弯扭静叶 片 ， 采用进 口五轴联动数控机床铣制加工 ， 确保叶片 型线精度。 ( 2 ) 采用新型动叶叶型 ， 分布光滑改善了速度分 布， 减少了动叶损失。 末级叶片采用 0 c r l 7 n i 4 c u 4 n b 材料 ， 其材料综合性能较高， 并焊接整条 司太立合金 片， 提高抗水蚀能力。 ( 3 ) 低压各级动叶顶部均为 自带围带、 内斜外平 结构 ， 动叶片形成整圈联接 ， 安全可靠 ， 通流子午面 光顺损失减少。仅末级动叶片保 留一根松拉金。 ( 4 ) 新设计隔板全部采用焊接钢隔板。 焊接钢隔 板材质好 、 叶栅部分加工精度高 。 能保证静叶栅达到 设计气动热力性能 ， 并可延长隔板使用寿命。 ( 5 ) 低压 l 4级动叶顶部汽封均 由原设计 2片 增加为 4片， 末级增加 3片汽封齿 ， 这样可减少漏汽 损失 。 ( 6 ) 2 0 0 m w 机组有中间再热 低压缸设计排汽 湿度约为 7 ，因此低压末级防水蚀措施与无再热 机组相比不很突出。新设计中除继续采用常规方式 的防水蚀措施( 设置疏水槽) 外 ， 主要通过末级动叶 进汽侧焊整条司太立合金片 。同时叶片材料采用综 合性能更为优 良的进 口材料 1 7 - 4 p h。 另外 ，在通流气动设计时，提高末级根部反动 度 ， 改善末级气动性能， 更好的防止了在低负荷时末 级根部通常容易出现的脱流和倒流以及由此带来的 动叶根部出汽边水蚀现象。大大提高了低压缸运行 安全可靠性， 增强了机组调峰运行能力 3 改造施工的主要工序 ( 1 )汽缸保温全部拆除，对所有支吊架进行检 查 ， 不牢固的要采取临时加固措施 。 i： 1 径较大的管道 应用槽钢临时固定。 ( 2 ) 按常规方法进行汽缸、 转子、 隔板、 轴承的解 体工作。 按厂家要求做好有关测量工作 。 并保存好原 始记录。 测量主要包括： 转子扬度( 解开对靠前、 后 数据) ； 测量轴系中心、 张口； 测轴瓦间隙； 转 子相对油档中心 ( 1 、 2 、 3 、 4 、 5号瓦轴承座油档处 ) ； 高中压缸前后开挡( 轴向) 尺寸； 通流部分间隙； 测量高中压缸洼窝中心。 ( 3 ) 拆除高压下缸下部 的管道 ， 吊出高压汽缸 ， 抬起 中压缸。 ( 4 ) 吊出 1 、 2号轴承座。 对 1 、 2号轴承座滑销系 统检查调整。 ( 5 ) 高中压下缸就位及轴承安装 ， 测量调整轴系 中心 ， 调整高中压缸洼窝中心。 江西电力第 3 2卷2 0 0 8年第 6期 5 1 ( 6 ) 高 、 中、 低隔板就位检查调整各配合间隙。 ( 7 ) 高 、 中、 低压流通部分间隙的调整 、 安装。 ( 8 ) 高、 中、 低压汽轴封安装 、 间隙调整 。 ( 9 ) 高、 中、 低缸 回装 。 ( 1 0 ) 复测轴系中心 ， 高 、 中、 低对轮铰孑 l ， 联接。 ( 1 1 ) 各轴承及轴承盖的回装 ， 油循环。 ( 1 2 ) 汽缸外接管道回装 ， 汽缸保温， 化妆罩装复。 ( 1 3 ) 静态试验 、 盘车 、 启动。 4 改造的效 果分析 4 1 热力性能考核试验 ( 1 ) 试验条件 试验时 ， 机组为单元制运行 。 一切与试验无关的 汽水阀f - i n关闭严密 要求主蒸汽和再热蒸汽参数维 持额定值且稳定。试验期间凝汽器停止补水， 锅炉停 止定期排污及连续排污 ， 加热器全部正常投入。 试验前 对上述条件进行全面检查， 各项条件满足试验要求。 ( 2 ) 试 验工 况 试验负荷 ： 2 2 0 、 2 0 0、 1 8 0 、1 6 0 、 1 4 0 mw 调整 到试验负荷后 ， 稳定 6 0 rai n 。 然后开始进行采集 和 记录试验数据 。 记录时间为 6 0 m i n 。 ( 3 ) 参数测量 压力 、 温度 、 流量信号从电厂 d a s系统 引线接 0 o l 级 i mp数据采集系统， 进行统一采集和存储， 功 率信号用 0 o 5级 g x m3 0 5型多用校验仪进行测量 并引线接 0 0 1级 i mp数据采集系统进行统一采集 和存 储 。 4 2 试验结果及分析 ( 1 )机组 在 2 2 0 mw 工况 时试验 热耗 率为 8 3 4 3 4 0 k j l ( w h ， 比经过参数修正到额定工况后热耗 率 8 2 3 7 2 6 k j ， k wh偏大 1 0 6 1 4 l 【 j w h ， 其 中： 1 ) 主蒸汽压力( 1 2 7 8 mp a ) 高于设计值( 1 2 7 5 mp a ) ， 使机组热耗降低 1 2 0 l ， k w h ： 2 ) 主蒸汽温度( 5 2 1 5 4 c i = ) 低于设计值 ( 5 3 5 0 c ) ， 使机组热耗升高 3 3 5 2 k w h ； 3 ) 再热汽温度( 5 1 7 4 8) 低于设计值( 5 3 5 0 o c ) ， 使机组热耗升高 2 5 0 l k j l ( w h ： 4 ) 再热器压损 ( 1 1 8 8 ) 高于设计 值 ( 1 1 5 ) ， 使机组热耗升高 0 5 0 k j ， k w h ； 5 ) 汽机排汽压力( 7 4 k p a ) 低于设计值( 5 9 k p a ) ， 使机组热耗升高 4 8 7 4 k j k w h 。 ( 2 )机组在 2 2 0 mw 工况时试验热耗率经过修 正到额定参数热耗率为 8 2 3 7 2 6 k j k w h 。 与厂家设 计 值( 8 1 4 4 3 k j k wh ) 相 比， 高 出 9 2 9 6 k j ， i ( w h 。 引起热耗率增大的主要原因有： 汽轮机通流部分 高压缸 内效率对热耗的影响在试验 2 2 0 mw 工况 下 。 高压缸 内效率为 8 5 9 ， 低于设计值 0 8 ( 设计 值 ： 8 6 7 ) ， 使机组热耗增加 l 5 7 6 k j ， i ( w h 。 中压缸 内效 率 为 9 2 2 3 高于设 计 值 0 0 3 ( 设 计值 ： 9 2 2 ) ， 使机组热耗减少 o 8 5 k j k w h o 试验期间 过热器减温水量为 3 7 1 0 k ， 使得热耗增加 1 - 3 7 k j k w h 。 ( 号高加上端差增大7 1 4 ， 热耗增加 1 2 9 8 w h ； 6号高加上端差增大9 2 4 c 【 = ，热耗增加 7 2 6 k j ， l ( w h ： 5号高加 上端 差增 大 6 5 7 ，热耗增 加 3 8 9 k j i 【 w h ( 3 ) 大修改造前、 后额定工况试验结果比较见表 l 。 表 1 大修改造前 、 后额定工况试验数据 从表 l可以看 出： 经过通流部分现代化改造后 ， # 3汽轮机额定出力较大修前提高 2 0 mw