国产引进型300MW汽轮机设备及系统节能优化改造.doc

国产引进型300MW汽轮机设备及系统节能优化改造尹海生 张希光（太仓港协鑫发电有限公司，江苏省太仓市 215433）摘 要：本文对国产引进型300MW汽轮机设备本体及热力系统改造进行了详细阐述，改造后效果明显，不仅煤耗率较修前大大降低，机组的出力能力也得到了显著提升。关键词：节能优化改造1 概况：太仓港协鑫发电有限公司目前安装6台机组（2135MW+4300MW），总装机容量1470MW。在 2008-2009两年之间，公司投入巨资对6台汽轮机本体及热力系统进行了全面优化升级改造，效果十分显著，不仅煤耗大大降低，机组出力能力也明显提升。下面以最后一台改造的5号汽轮机为例进行说明，5号汽轮机为上海汽轮机厂生产的N300-16.67/538/538型亚临界、双缸双排汽、纯凝式机组，于2004年投入运行，2009年10月，利用大修机会对汽轮机设备及系统进行改造。2 目前存在的主要问题1）机组出力不足。2）汽轮机缸效率偏低，根据热力试验结果，高压缸比设计值偏低约6%，中压缸偏低约3%。3）调节级效率低，调节级做功份额约占高压缸功率的18%左右，而经测试其实际效率只有54%，远低于设计值67%，严重影响高压缸效率和机组出力。4）低压缸变形，由于低压缸特殊的焊接结构导致其容易发生变形，机组运行过程中，会有部分低压缸进口高温蒸汽漏入5、6段抽气口，引起5、6段抽汽温度偏高，影响低压缸效率。5）中、低压联通管压损偏大，目前中低压联通管压损在2.56%，远高于设计值。6）疏水系统不尽完善，设计庞大且复杂，既增加了内漏风险，又使系统可靠性降低，有些疏水阀门完全可以取消或者合并，部分管路的走向不合理，增加了管阻，导致疏水不畅。7） 部分热力系统设计不合理，工质的有效能没有得到合理的利用。3 汽轮机本体优化改造方案3.1 更换新型汽封，减小汽封间隙本机组原始安装的均是传统梳齿式汽封，这种汽封的特点是结构简单，使用方便。缺点是泄露较大，易磨损。通过前几次大修发现，该种汽封经过一个大修周期后均磨损严重，更换新型汽封后，缸效明显提高。本次改造拟将梳齿式汽封更换为蜂窝汽封和刷式汽封。3.1.1 蜂窝式汽封特点蜂窝式汽封根据蜂窝状阻汽原理设计，蜂窝带由厚度为0.05-0.1mm的海斯特镍基耐高温合金（Hastelloy-x）薄板加工成正六角形孔状结构，蒸汽通过在蜂窝中形成涡流，产生阻尼效果，以减少泄露。该种汽封的优点是密封效果较好，且耐高温、质地较软，与转子碰磨时伤害较轻。3.1.2 刷式汽封特点刷式汽封的密封原理是蒸汽在刷丝束中产生紊流，形成流体自密封效应，从而达到优越的密封效果。该汽封的优点是密封效果好，可以做到零间隙，其泄漏量是迷宫式汽封的10%-20%。缺点是加工工艺要求高，第一次启机时容易引起振动。3.1.3 汽封调整方案1）高压缸固定式阻汽片重新镶嵌。2）中压缸以及轴端汽封更换为蜂窝汽封。3）低压缸和平衡活塞更换为刷式汽封。4）所有新汽封安装间隙比原标准下限小0-0.20mm。3.2 更换新型喷嘴 由于目前调节级效率太低，为提高调节级效率和做工能力，改善高真空和低负荷工况下机组的经济性能，本次改造决定更换新型喷嘴：1）喷嘴组的材质由原来的1Cr12Mo-5改为1Cr12W1MoV，以提高材质机械性能和使用寿命。 2）原设计高压喷嘴组的节径（1064.95mm）、流通名义面积(198.54cm2)、喷嘴出汽边高度（23.55mm）；新喷嘴组的装配结构型式及尺寸照配原机组，由于不更换调节级动叶片，所以喷嘴节圆直径以实测调节级动叶的结构尺寸进行调整，以保证动静叶的最佳盖度，新设计喷嘴组的名义面积为195 cm2。3）对高压缸喷嘴组的汽封结构型式进行改进，增加叶顶汽封齿数，由原来的1道改为3道，同时减小径向间隙，由设计值1.5mm减小至1.2mm。3.3 高压持环背部阻汽片改进高压持环背部阻汽片与高压外缸处间隙原始设计为20mm，严重偏大，由于下半持环距高排口较近，对夹层汽流的阻力较小，这样就会导致漏过高进平衡活塞的蒸汽直接通过下半持环漏入高排而不经过上半持环，这样就会导致上、下缸温差增大。为解决高压缸上、下缸温差大，并防止螺栓断裂或松弛和汽封磨损，提高高压缸通流效率，将高压持环背部阻汽片重新安装，缩小间隙，如图1所示。图1：高压持环阻汽片在6号机改造中，该间隙做到了5mm，经过论证，还可以进一步缩小，本次5号机改造我们将该间隙做到了3mm，并且上、下两半均安装此阻汽片（原设计只有下半才有）。这样，夹层汽流就会均匀的通过高压持环（此间隙不可过小，否则会导致推力瓦温度升高）。3.4 低压内缸螺栓及密封面改进5、6段抽汽温度高于设计值，主要原因是1号内缸及持环的中分面螺栓均采用冷紧螺栓，其外伸端较长，工作温度较高(为中排温度340)，致使螺栓紧力不足，而且该内缸的特殊结构使其容易发生变形。本次检修将低压1号内缸及1、2号持环原螺栓冷紧改为热紧，且加粗和缩短。1、2号持环共六条螺栓改为热紧，并增加中分面密封键，如图2所示，以防止蒸汽通过中分面漏至5、6抽导致其温度升高。图2：低压内缸加装密封键3.5 更换中、低压联通管 原联通管设计不合理，阻力较大，为了减小中、低压排汽联通管流动阻力，降低中压缸排汽压力，充分利用中压缸效率高而且低负荷变化不大的特性，提高中压缸做功能力，将其更换为阻力较小的新型联通管。4 热力系统优化改造方案4.1 主、再热蒸汽系统4.1.1 主蒸汽系统取消主蒸汽管道三通前疏水门和其门前手动隔离门，取消主蒸汽管道三通后左侧支管路疏水门和其门前手动隔离门，扩容器侧加装堵头。以上两疏水管路合并后再与右侧支管路疏水管合并，即三路并为一路。4.1.2 再热蒸汽系统同主蒸汽系统一样，取消再热蒸汽管低旁前疏水门及门前手动隔离门，取消再热蒸汽管右侧中主门前疏水门及门前手动隔离门，扩容器侧加装堵头。将两管路与左侧中主门疏水管合并。4.1.3 高旁减温水系统由于高旁减温水压力太高，4台300MW机组的高旁减温水门均有不同程度内漏，减温水阀阀芯经常被严重冲刷而报废。本次改造在高旁减温水调整门后加装手动球阀一只，以彻底消除内漏，并取消电动门前后管道放空气门。4.1.4 高排逆止门疏水将高排逆止门门前疏水门取消，将其与门后疏水管路合并，在合并后的总管路上加装自动疏水器。4.1.5 高压门杆漏汽由于高压门杆漏汽是未经做功的主蒸汽，其焓值较高，接入冷再管道其实是不合理的，本次改造将其接入热再管道，使其进入中压缸做功，以充分利用其热值。4.2 抽汽系统4.2.1 优化疏水、放气系统取消各段抽汽电动门与逆止门之间、逆止门与逆止门之间的疏水, 取消各段抽汽管道放空气门,取消高排通风阀管路及阀门。4.2.2 取消小机进汽逆止门 四抽至小机进汽管路上安装了逆止门，是因为小机原设计了一路主蒸汽汽源，由于其参数较高，为防止主蒸汽倒入四抽管道，所以安装了逆止门。现主蒸汽至小机汽源早已取消，该逆止门也就失去了作用，为减少节流损失，将其取消。4.3 轴封系统4.3.1 精简汽源原轴封供汽系统设计复杂，分3路供汽：主蒸汽、冷再热蒸汽、辅汽。但机组投产几年来，从未投用过主蒸汽和冷再热蒸汽的汽源，却因供汽调整门的长期内漏而影响机组的经济性，由于公司的机组较多，各辅汽系统均已实现互备，且参数完全满足需要，因此将主蒸汽和冷再热蒸汽汽源全部取消，这样即精简了系统，减少了内漏，又使汽封调节变得简单。4.3.2 轴封溢流原轴封溢流为两路，均接入凝汽器。由于轴封溢流温度较高，直接排入凝汽器并不经济。本次改造将轴封溢流至凝汽器二路分开，电动门一路去凝汽器，气动门一路至八段抽汽，目的是利用溢流蒸汽的热能来加热凝结水。4.3.3 轴封管路疏水铺设两路DN50的疏水集管。以轴封母管减温器为界，之前所有疏水直接入一路疏水集管，之后所有疏水接入另一路疏水集管。两路疏水集管就近接入溢流至凝汽器的管道，目的是简化冗余的疏水阀门，减少内漏。4.3.4 其它附件 取消轴封供汽及送汽支管滤网，同时取消放水管路；取消低压缸排污门；取消高、中压缸轴封母管孔板。4.4 给泵密封水系统原密封水回收系统设计为多级水封，后经改造为浮球控制的回收水箱，但效果仍然不好，不但可靠性较低，且经常发生溢流。本次将密封水回收装置改为单级水封，其优点是投资少（不超过5000元），系统简单，可靠性高。如图3所示：图3：单级水封4.5 7号低加至8号低加疏水管路优化 由于7、8号低加疏水的压差较小，原管路出口较高，会造成疏水不畅。重新铺设的管道与原疏水调整门前管径一致，取消气动门前后手动门，气动门布置靠近八号低加疏水口，如图4、图5所示。 图4：改进前 图5：改进后4.6 汽轮机本体疏水系统4.6.1 优化中压缸疏水一些汽缸本体疏水可以通过抽汽管道排走。原中压缸排汽区疏水口同四段抽汽口在同一圆周上，当汽缸内积水时可以直接进入四段抽汽口，通过四抽管道电动门前的疏水门排至凝汽器。同样中压外缸疏水与三段抽汽口位置很近，且在同一水平位置，疏水可以通过三抽管道排走。因此将中压缸排汽区疏水以及中压外缸疏水管道取消。4.6.2 本体疏水系统优化1）取消1、2号调门后汽轮机放气及其管路。2）取消1、2号高压调门导管疏水阀门，将管路与36号调门导管疏水在手动门前合并。3）高压外缸疏水改接至原门杆漏汽至冷再管道处。4）在四段抽汽电动门前开孔加装疏水集管，将平衡管疏水管路阀门取消，管道接至四抽疏水集管；再热汽门控制阀漏汽改接至四抽疏水集管。5）合并再热蒸汽导管疏水管路，保留右侧，取消左侧阀门。4.7 高、低压加热器1）取消各高加、低加、除氧器所有汽侧启动排气门。2）取消各高加、低加、除氧器所有化学清洗、充氮系统的阀门。3）取消高、低加正常疏水和危急疏水的所有排大气门。4）5、6、7、8号低加水位控制整体抬高200mm。5）各高加危急疏水调整门前手动门改为电动门，并做下列联锁：加热器水位高值时发报警并联开此电动门；加热器水位低于高值时联关此电动门。5 优化改造后的效果改造后由西安热工研究院会同江苏方天电力技术有限公司（江苏省电力试验研究院）共同对5号机组做了热力性能试验。试验结果表明5号机组改造后，各项技术性能指标均得到显著提高，达到并超出了预期效果：六阀（6V）基准工况下，修正至额定参数后功率达到336.224MW，发电煤耗低至296.6g/(kWh)。不仅煤耗率较修前大大降低，机组的出力能力也得到了明显提升。6 结束语 目前300M