50 mw汽轮机通流部分的增容改造技术措施

1/950MW汽轮机通流部分的增容改造技术措施摘要针对50MW汽轮机组性能落后、效率偏低的现状，采用先进的全三维技术对其通流部分进行了改造，消除了隐患，提高了机组出力及调峰能力，节能降耗效果显著。关键词汽轮机；通流部分；改造；增容ABSTRACTAIMINGATTHEBACKWARDPERFORMANCEANDEFFICIENCYONTHELOWSIDE,THESTEAMFLOWPATHOFTHIS50MWSTEAMTURBINEISREFORMEDUSINGTHEADVANCEDWHOLE3DREFORMATION,HIDDENDEFECTSAREOUTPUTCAPACITY,THECAPABILITYOFCYCLINGOPERATION,ENERGYSAVINGANDLOSSLOWERINGAREIMPROVEDKEYWORDSTEAMTURBINESTEAMFLOWPATHREFORMATIONINCREASEINCAPACITY一五发电厂3、4汽轮机是由上海汽轮机厂生产的N50901型50MW凝汽式汽轮机，采用前苏联20世纪50年代技术，于20世纪70年代初设计制造,分别投产于1973年12月和1974年9月。受当时设计和制造水平的2/9限制，汽轮机热耗率高达9630KJ/KWH（额定工况），经济效益差。30年来，历经多次大、小修，对机组进行过多次改进和维护，但机组效率仍达不到设计值。根据3机热力试验结果，热耗率为10218KJ/（KWH），与当代先进水平相比，性能相差很大。从2002年8月开始，该厂采用先进的全三维技术，对2台机组进行了增容改造。改造后机组额定出力增加5MW，煤耗有较大幅度降低，同时机组控制水平、调峰能力和安全性得到了提高。1影响效率的主要因素A叶片型线是20世纪4050年代前苏联老叶型，汽动热力性能差，叶型损失大，效率低，变工况时性能更差。B某些级的速比和焓降分配不合理，导致其热力特性参数偏离最佳值甚远，级效率低。C通流子午面不光顺，特别是汽缸后段（1722级）呈明显的阶梯形通道，容易产生脱流，增大通流损失。D动静叶匹配不佳，来流与进口叶片攻角偏大，增加了攻角损失。E部分动叶顶部无围带或有拉筋，增加了泄漏损失或绕流损失。2改造技术与设计特点3/9改造技术老机组的全部叶片都被更换，新的隔板、转子采用了以下新技术。新一代后加载高效静叶型为20世纪80年代后期国外开始研制的高效率透平叶型，其特点如下。A叶片表面最大气动负荷在叶栅流道的后部,传统叶片则在前部。B吸力面、压力面均由高阶连续光滑曲线（不是圆弧）构成。C叶片前缘小圆半径较小且具有更好的流线形状，在来流方向（攻角）大范围变化时仍可保持叶栅低损失特性。D叶片尾缘小圆半径较小，尾缘损失较少。E叶型最大厚度较大，增强了叶片刚性。特别应指出的是，后加载叶型在来流方向3030的范围内都可保持低损失（老叶型的范围为2020），使得新设计的通流部分在负荷（即流量）变化范围很大时仍有较高的效率，这对机组参加调峰运行非常有利。弯扭联合全三维成型静叶栅弯扭联合全三维成型静叶栅（俗称马刀型叶栅），4/9是第三代汽轮机先进技术的集中体现，计算和实验证明该叶栅总损失比传统直/扭叶栅降低25甚至更多。高压隔板分流静叶栅高压静叶原设计为窄叶片加强筋结构，由于加强筋的型线与叶型不匹配，特别是早期的50MW机组加强筋数目多，又缺乏严格的工艺要求，加强筋加工粗糙且通常与叶型不能对齐，造成静叶栅损失大为增加。本方案采用新叶型的分流叶栅,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。高压隔板新旧叶栅对比见图1。调节级子午面收缩静叶栅子午面收缩是一种全三维设计概念，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。对于调节级静叶栅，由于其相对叶高很短（一般L/B），二次流损失占叶栅总损失比例很大，因此采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。在新设计的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。设计特点为提高机组改造后的安全可靠性，进一步减少流动损失、提高机组效率，并改善机组的调峰性能，在50MW5/9机组通流部分改造中广泛采用了汽轮机结构方面的许多新技术，介绍如下。动叶自带围带整圈联接传统动叶片顶部的围带是采用铆接方式，而新设计的动叶顶部围带则与叶片成为一个整体，并通过不同方式，如预扭装配、焊接或在围带部分采用特殊结构使动叶片形成整圈联接，见图2。这种结构的动叶片振动应力小、不存在铆接造成的应力集中，运行十分安全可靠。通流子午面光顺动叶片的自带围带内侧通常按流道形状设计成圆锥面，相应地，动叶片根部及相邻静叶片根部与顶部也设计成圆锥面，于是通流部分子午面十分光顺，而原设计通流子午面都呈现明显的阶梯状。显然，新设计的光顺的子午面有更高的流动效率。增加汽封齿数新设计自带围带动叶片的顶部外圆可以布置多个汽封齿，还可以加工成凹形构成高、低汽封，从而大大减少了漏汽损失，见图2。取消拉金由于自带围带整圈联接动叶片具有优良的抗振强度6/9特性，取消了传统动叶片中用于调频的拉金，从而避免了绕流阻力造成的损失。通常取消1条拉金可使级效率提高1。合理增加动静部分轴向间隙老机组是按基本负荷机组设计的，受当时条件限制，在机组运行灵活性和调峰适应性方面考虑较少。在这次现代化改造中，将静、动部分轴向间隙适当调整，以改善机组启停和调峰性能。铸铁隔板改为焊接钢隔板隔板设计全部改为焊接钢隔板。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。末级根部高反动度设计通过采用弯扭静叶片、新型动叶片、子午面根部反凹造型、静动叶全三维匹配等多项措施，将设计工况下末级根部反动度提高到25以上，大大改善了末级气动性能大为改善，特别是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。自带冠动叶片高压各级动叶片较短且顶部为圆柱面，动叶顶部采7/9用自带冠结构，围带整圈联接。低压段动叶围带为内斜外平结构，使子午面形成光顺通道。3改造后的性能及效益改造后，按照ASME标准对2台汽轮机进行了通流技术改造热耗率保证值验收试验。试验表明机组负荷能达到55MW，并能长期安全运行。在额定工况下（3VWO），汽机通流部分效率提高到，经过修正后热耗率平均值为9045KJ/（KWH），下降了约1173KJ/（KWH），折合标准煤耗可降低约G/KWH。按机组年运行5500H计算，2台机组每年可节约标准煤约万T,折合人民币约万元。年增加供电量5000KWH。4改造后出现的问题轴向推力问题因在以前其它机组改造中存在轴向负推力增大的问题，故为使汽机轴向推力具有微弱的正推力，将高压前汽封径向车去了3MM，增大了轴向推力。因以前改造的机组为多缸多转子汽轮机，而该厂机组为单缸汽轮机，改造后不会变为负推力。开机后，2机同时出现了推力瓦温度超标问题，不能长时间带满负荷，瓦块平均温度比改造前高20，最高点超过105。虽经多次处理，效果仍不理想。经多次分析讨论，决定利用停机机会对推力瓦再进8/9行一次处理，采取修刮高温点瓦块、增加瓦块截面积等措施。如果处理后温度仍然超标，则设计定做1套承载能力可达到18T以上的新推力瓦。4机组振动大问题3机组改造后启动时各瓦振动正常。而4机组启动时，发现1、5、6瓦振动超标1瓦为MM，5为MM，6为MM。其中5、6瓦振动大是因为励磁机存在缺陷，与改造无直接关系；1瓦振动大说明汽轮机转子平衡不佳。做一次动平衡后，情况有所好转，但因汽轮机转子无法在现场进行平衡，振动仍偏高。待以后利用检修机会再次进行动平衡，进一步降低振动值。4机组油中带水由于4机组1瓦振动偏大，前汽封磨损严重，导致汽缸向前漏汽，蒸汽进入前箱，经常发生油中带水现象，每隔3D约放水10KG，其它机组为每月放水1015KG