200MW汽轮机通流部分改造及效果分析1.pdf

2 0 0 8 年第5 期 华 中 电 力 第2 1 卷 2 0 0 mw 汽轮机通流部分改造及效果分析 查冰峰 f 圈电儿 江发 电7 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， 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 k 2 6 7 文献标识码 ： b 文章编号 ： 1 0 0 6 6 5 1 9 ( 2 0 0 8 ) 0 5 0 0 4 0 0 4 t h e re c o n s t r u c t i o n o f t h e 2 0 0 mw t u r b i n e f l o w s e c t i o n a n d i t s e f f e c t zha bi n g - f e n g 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机组( 6 9型) ， 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 ， 且机组长期运行中汽轮 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 ( k w h ) 上升至改造前的 8 9 3 5 3 3 k j ( k w h ) 。为此 ， 采用 目前国内最为先进 的准 四维 全 四维设 计 技术 对 该机 通 流部 分进 行技 术 改 造 。改 造 于 2 0 o 7年 0 9月 2 0日至 2 0 0 7年 1 2 月 0 9日结束( 受交货影响) ， 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 mw 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 ，在我省 尚属先例 ， 经过 三个 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 。 1 改造前 3号机组存在 的主要 问题 f 1 )机组 的经济 性能差 3号机组是哈汽上世纪 8 0年代末生产的汽轮 机 。 其设计 、 制造年限较早 、 工艺落后 ， 采用的设计 技术基本上是上世纪 7 0年代 的设计技术 ，通流效 率低 ， 热耗高 ， 主要指标与设计值与当今先进水平 偏 差 很 大 ；该 型机 组 热 耗 的设 计 值 是 8 2 6 0 6 k j ( k w h ) ， 而机组的实际热耗水平为 8 3 7 0 k j ( k w h ) 。 收 稿 日期 ： 2 0 0 80 52 1 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 4 0 ( 2 )机组 的安全可靠性差 3号机组 的安全可靠性差主要表现以下几方 面 ：一是低压缸末级叶片断裂和拱形 围带裂纹 问 题 ； 二是轴封套 、 中压隔板 、 隔板套变形及裂纹问 题 ； 三是 低压转 子 叶轮瓢偏 。 2 技术改造总体方案 2 1 改造 目标 ( 1 )通过 改 造 ， 纯 凝工 况 机组 额 定功 率 增加 到 2 2 0 mw ， 最 大 功率 为 2 3 0 m w 机组 具 有 良好 的变 负荷性能和灵活的调峰运行能力。 ( 2 )通过改造机组能在纯凝及工业供汽工况下 长期安全运行 ， 改造后机组 的额定非调整工业抽汽 能力为 6 o ， 最大工业抽汽能力为 8 0 t h 。 ( 3 1通过改造 ， 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) 况下热耗水平不高于 8 1 6 0 k j ( k w h ) 。 2 2改造 原则 ( 1 1通流部分采用 当代更为先进的 、 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 ， 使机组具有最高的可靠性 ， 确保机组能长期 安全 、 可靠运行。 ( 2 )通 过通 流 改造 ， 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 。 第2 l 卷 2 0 0 mw 汽轮 机通流部分改造及效果分析 2 0 0 8 年第5期 ( 3 )通流改造将采用原有主轴 ， 保持轴承座和 现有安装位置不变。 f 4 1通流改造保持汽轮机与发 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 。 f 5 )通 流 改 造保 持 原 有 热力 系统 不 变 ， 各 级 回 热 抽汽 参数基 本不 变 。 f 6 )通流改造保持基础不动 ， 基础载荷基本不 变 ， 改造后 设 备满 足现 场安装 要 求 。 f 7 1通 流改造 后 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 )通流改造工程的设计、 制造 、 检验符合相应 的国家标准和行业标准。 3改造 的主要部件及 设计特 点 3 1 高 中压 缸部 分 3 1 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 。 一 于 午 收 缩 通 道 常 规 平 直 通 道 图 1子午收缩通道与常规平直通道的 比较 3 1 2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 吁型，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 1 3 高压缸 隔板静 叶 分流 叶栅 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。 3 1 4新 型动 叶 片型 线 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 ， 采用进 口五轴联动数控机 床铣制加工 ， 确保叶片型线精度。 加强筋结构 分流叶栅 图 2分流叶栅与加强筋结构 的比较 3 1 5采 用 焊接 钢 隔板 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。， 3 1 6弯扭静 叶 片 中压缸 1 3 2 2级的隔板静叶全部采用弯扭静 叶片 ， 采用进 口五轴联 动数控机床铣加工 ， 保证 叶 片 型线 精度 。隔板 为焊接 钢 隔板 。 冒 审 弯扭叶片 普 通叶片 图 3普通叶片与弯扭叶片的 比较 3 1 7 自带 冠动 叶 片 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。 图 4自带 冠 围带 3 1 8多齿 汽封 所有各级动叶顶部汽封齿均 由原设 计的两片 增 加为 四片 ， 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。 3 2低 压 缸部 分 3 2 1 弯扭静 叶 片 低压缸 2 x 5级隔板静叶全部采用弯扭静 叶片， 采用进 e l 五轴联动数控机床铣制加工 。 确保叶片型 线精度 。 3 2 2新 型动 叶叶 型 采用新型动叶叶型 ， 速度分布光滑改善了速度 一 41 2 0 0 8 年第5 期 华 中 电 力 第2 1 卷 分布 ， 减少 了动叶损失 ， 采用进 口五轴联动数控机 床铣制加工 ，确保叶片型线精度 。末级 叶片采用 0 c r l t 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 2 3 自带 围带 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。 3 2 4采用 焊接 钢 隔板 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。 3 2 5 多齿 汽封 低 压 1 4级 动 叶顶 部 汽封 均 由原 设 计两 片增 加 为 四 片 ， 末 级 增加 三 片 汽封 齿 。 这 样 可减少 漏汽 损 失 。 3 2 6防水蚀措 施 2 0 0 mw 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 f 牌 号 为 0 c r l 7 n i 4 c u 4 n b ) 。 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 ， 更好地防止 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。 4改造施工的主要工序 f 1 1汽缸 保 温全 部 折 除 ， 对 所 有 支 吊架进 行 检 查 不牢固的要采取临时加 固措施 ， 口径较大的管 道 应用槽 钢临 时 固定 。 f 2 1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 ： a 、 转子扬度( 解开对靠 前 、 后数据 ) ； b 、 测 量轴系中心 、 张 口； c 、 测轴 瓦间 隙 ： d 、 转子相对油档中心( 1 、 2 、 3 、 4 、 5号瓦轴 承座 油档处) ； e 、 高中压缸前后开挡( 轴向) 尺寸 f 、 通流 部分间隙； g 、 测量高中压缸洼窝中心。 ( 3 1拆除高压下缸下部的管道， 吊出高压汽缸 ， 抬 起 中压缸 。 f 4 1吊 出 1 、 2号轴 承 座 ， 对 1 、 2号 轴 承座 滑 销 一 4 2一 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。 ( 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。 f 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。 5 改造 的效果分析 5 1 热 力性能 考核试 验 5 1 1 试验 条件 试 验时 机组 为单元 制运行 一 切与 试验 无关 的 汽水阀门均关闭严密 ， 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 。 5 1 2试 验 工 况 试验负荷分别为 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 mi n 。 5 1 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 0 1 级 i mp数据采集系统f 编号： 6 0 8 2 5 ) 进行统一采 集和存储， 功率信号用 0 0 5 级 g x m3 0 5型多用校验 仪f 编号： 0 0 7 2 ) 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。 5 2试验 结果汇 总及分 析 试 验结果 汇总见 表 1 。 表 1试 验 结果 汇 总表 项 目 设计值 2 2 0 mw 2 0 0 mw 1 8 0 mw 1 6 0 mw 1 4 0 mw 试验功率， 1 【 w 2 2 0 1 2 5 1 9 8 9 7 7 1 8 0 3 0 2 1 6 0 4 4 9 1 4 0 0 3 9 修正后功率 k w 2 2 2 8 1 6 1 9 3 6 6 7 1 7 5 3 7 2 1 5 4 9 4 4 1 3 5 1 9 8 试验热耗率 1 8 4 7 9 1 -i 8 3 4 34 0 8 3 4 7 4 3 8 2 9 6 1 9 8 4 8 0 0 【 l ( j ( k w h )j 2 修正后热耗率 8 5 1 4 7 ，, 【r ( ) - i j1 8 1 4 4 3 8 2 3 7 2 6 8 2 7 9 1 7 8 3 1 1 0 6 8 4 0 2 3 6 k j k w h 2 高压缸 内效率， 8 6 7 8 5 9 0 8 3 1 8 8 o 7 7 7 7 o 6 7 2 6 0 中压缸 内效率 9 2 2 9 2 2 3 9 2 2 l 9 2 1 9 9 2 2 4 9 2 2 6 试验机组效率 o 0 4 3 1 5 4 3 1 3 4 3 - 3 9 4 2 7 7 4 2 4 6 修正后机组效率， 4 3 7 o 4 3 4 8 4 3 3 2 4 2 8 5 4 2 2 8 第2 l 卷 2 0 0 mw 汽轮机通流部分 改造及 效果分析 2 0 0 8 年第5 期 机组在 2 2 0 mw 工况 时试 验热 耗率 为 8 3 4 3 4 0 k j ( k w h 1 ， 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 w h 1 偏大 1 0 6 1 4 k j ( k w h ) ， 其中 ： f 1 )主蒸汽压力f 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 k j ( k w h ) ； ( 2 )主蒸 汽温度( 5 2 1 5 4 c c ) 低 于设 计值( 5 3 5 0 ) ， 使机组热耗升高 3 3 5 2 k j ( k w h ) ； f 3 )再热 汽温 度( 5 1 7 4 8) 低于设 计值( 5 3 5 0 ) ， 使机组热耗升高 2 5 0 1 k j ( k 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 1 ； f 5 )汽机排汽压力f 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 ) 。 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 ) ，与设计 值厂家设计值( 8 1 4 4 3 k j ( k w h ) ) 相 比 ， 高出 9 2 9 6 k j ( k w h ) ， 引起热耗率增大的主要原因有 ： ( 1 )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 1 5 7 6 k j ( k 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 0 8 5 k j ( k w h 1 。 ( 2 )试验期间过热器减温水量为 3 7 1 0 k g h ， 使 得热耗增加 1 3 7 k j ( k w h ) 。 ( 3 )7号高加上端差增大 7 1 4c c ， 热耗增加1 2 9 8 k j ( k w h ) ； 6号高加上端差增大 9 2 4，热耗增加 7 2 6 k j ( k w h ) ； 5号高加上端差增大 6 5 7 o c。 热耗 增加 3 8 9 k j ( k w h ) 。 大修改造前 、 后额定工况试验结果比较见表 2 。 从表 2可以看出 ：经过通流部分 现代化改造 后 ， 3号汽轮机额定 出力较大修前提高 2 o mw， 额 定工况热耗率下降 6 9 8 0 5 k j ( k w h 1 。 表 2大修改造前后额定工况试验结 果 5 - 3试 验结 果 f 1 )改 造后 3号机 组 变更 为 c 2 1 0 5 2 2 0 1 2 7 5 5 3 5 5 3 5型超高压、 中间再热、 三缸、 两排汽、 抽汽凝汽 式汽轮机 2 0 0 8 年 3月 1 9日至 2 0 0 8年 3月 2 4日对 该机组进行 了大修 后的热力性能试验 。 在 2 2 0 mw 工 况下试验热耗为 8 3 4 3 4 0 k j ( k w h ) ，经过参数修 正后热耗为 8 2 3 7 2 6 k j ( k w h ) ； 经过通流部分现代化 改造后 ， 3号汽轮机额定出力较大修前提高 2 0 mw， 额定工况热耗率下降 6 9 8 0 5 k j ( k w h ) ，可降煤耗 2 3 8 g ( k w - h 1 。 ( 2 ) 按照机组年运行 4 5 0 0 h计算。每年节约标 煤 2 3 5 6 2 6 t ，