#1机组通流改造性能分析

1、专业技术报告1号机组通流改造技术性能分析摘要我厂350MW汽轮机组经过近30年的运行，存在明显老化、效率低、经济性差的问题。为了提高机组效率，我厂于2012年对#1机组通流部分进行了改造。本文首先分析了国内外汽轮机通流部分改造的必要性，以及经过多年实践积累的丰富经验指出了我厂350MW进口汽轮机改造前的具体问题，并逐一说明了此次通流改造所做的针对性改造；通流部分改造后，机组在额定工况下的热耗为7928.3 kJ/(kWh)，比设计值低0.15个百分点左右。该机组改造成功，高压缸效率提高了0.9%，中压缸效率提高了3.4%，低压缸效率提高了3.6%，大大提高了整个机组的效率。关键词：350兆瓦机

2、组，通流改造，性能测试，机组效率1号机组通流改造分析介绍1.1选题背景和意义2004年后，中国的装机容量和发电量增长更快。2005年、2006年和2007年，中国的装机容量连续超过5亿千瓦、6亿千瓦和7亿千瓦。到2008年底，我国发电装机容量达到7.9亿千瓦，比2007年增长10.34%，发电量达到3.4万亿千瓦时1，其中燃煤机组占发电量的80%以上，煤耗量大，目前能源利用率仅为30%，比世界先进国家低2030个百分点2。从我国350兆瓦机组的运行情况来看，这些机组的设计技术是在20世纪60年代，主要是在20世纪80年代至90年代投产。由于机组老化，其经济性已远远低于原设计水平；同时，由于设计

3、技术落后，机组的经济性远低于国际先进水平。我国几十台300兆瓦机组的平均供电煤耗为340 360克/(千瓦时)，比设计值高20 25克/(千瓦时)，比国外同类机组高40克/(千瓦时)左右3。随着现代科学技术的飞速发展，国内生产厂家改进了关键加工技术，引进了大型精密加工设备，大大提高了产品技术和质量，为先进单位的国产化提供了可能。在原有热力系统的基础上，引进先进技术对汽轮机进行改造，提高了现有机组的出力和经济可靠性，节约了时间和成本。1.2国内外汽轮机研究和改造现状近年来，美国、日本等国家在改造运行中的汽轮机组方面做了大量基础工作，取得了显著成绩。美国通用电气公司和西屋公司(WH)正在积极开展机

4、组改造工作。1994年2月中旬，WH公司电力部年会上指出，美国装机容量已接近饱和，目前的主要任务是改造旧机组。根据上述两家公司的统计，改造后旧机组的产量和效率都可以提高，新机组每千瓦产量的投资只有新机组的50%左右。日本日立公司从20世纪80年代初开始改造旧的125-1000兆瓦机组。改造的主要内容是改善动、静叶型线，改善汽封，降低中低压缸排汽损失。改造后的机组热效率提高了2-4%。东芝更新了110兆瓦、165兆瓦和220兆瓦等老机组的通流部分改造，使三台汽轮机的热效率分别提高了1.2%、1.4%和1.3%。由此可见，老机组改造对节能降耗、增产具有重要意义，这一措施在国际上被称为“决策措施”4

5、。1986年，在联合国援助第三世界国家项目中，我国200兆瓦汽轮机低压缸效率低，叶片型线设计不合理，建议进行综合技术改造，以节约能源，减少环境污染。国内骨干汽轮机制造企业立即组建了一支精干的团队，着手设计200兆瓦汽轮机低压缸通流部分的改造方案。东方汽轮机厂于1993年10月在四川白马电厂投入运行。各项技术经济指标均达到设计保证值，通过了联合国项目验收，达到了预期目的。从200兆瓦机组开始。随着改造的逐步深入和推广，先后在125兆瓦和300兆瓦机组上实施。1999年1月，徐州发电厂#4机组实现了国内首台125兆瓦汽轮机组通流部分的改造。1998年7月，国电谏壁发电厂#7机组对国内首台300MW

6、汽轮机组进行了改造，这是国内首台采用国外先进技术改造的汽轮机组。到目前为止，中国已有70多台大型火电机组，国内125兆瓦、200兆瓦和300兆瓦机组的现代化已进入全面发展阶段。参与现代化项目的有东方汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、北京汽轮机厂、龙威公司和外国西门子公司。同时，也积累了丰富的经验，主要体现在以下几个方面611:(1)采用最新的叶片和挡板结构，减少了汽轮机因蒸汽流量扰动和节流造成的损失，提高了机组的调峰性能和安全性能；(2)采用先进改进的制造技术，减少汽轮机因摩擦造成的损失，提高机组的安全性和可靠性；(3)采用新的汽封结构和轴封结构，减少汽轮机因泄漏造成的损失；(4)改进调

7、节阀，改善汽轮机在这方面造成的节流损失；(5)改变反应程度，使其合理，以减少蒸汽流量扰动造成的汽轮机损失。2号机组存在的问题及改造的必要性2.1转型背景华能发电厂1号汽轮机组的设计是20世纪70年代的产物，受制造技术的限制。与目前的大型机组相比，经济效益很低。华能350兆瓦凝汽式汽轮机1号机组于1990年7月4日并网发电。由于该机组投产较早，已运行22年，当时的设计技术和加工条件存在许多不完善之处，经济性大大降低。运行中，机组高低压缸效率低，机组热耗和蒸汽耗高，经济性差。经过分析，发现通流部分设计落后是造成汽轮机性能低下的主要原因，主要表现为：1 .总的原因是设计较早，技术落后。2.叶片轮廓的

8、损失非常大。3.热力特性参数偏离最佳值，某些级的速比和焓降分布不合理，导致级效率低。4.流动表面的污垢对水蒸气流场有很大的影响，增加了流动损失。5.定子和转子叶片的损失较大，来流叶片的攻角过大，增大了攻角损失。综上所述，要提高该汽轮机的机组经济性，关键是要解决运行中影响经济性的因素，唯一的办法就是改造机组的通流部分。2.2汽轮机的问题2.2.1高压缸存在的问题(1)调节级效率低由于调节级转子叶片的弦高比很大，叶型不光滑，二次流损失占总损失的很大一部分，并且没有采取一些可以降低二次流损失的措施，导致效率较低。(2)定子轮廓损失大机组的静叶型较旧，导致损失较大，比先进的层流静叶型高20%左右。出口

9、边缘该装置的所有动叶片都是扭曲叶片，其设计方法仍然很简单。蒸汽流的实际流动情况与实际存在较大差异，导致转子叶片型线损失较大。(5)动叶顶部汽封齿数少，漏汽量大机组叶片采用铆接护罩，铆钉头外露。只有两侧汽封可以安装在护罩上，汽封齿数少，高压缸各级压差大。从以上分析可以看出，叶片顶部汽封的蒸汽泄漏损失较大。汽封的齿数可相应增加，以减少蒸汽泄漏损失。(6)高压缸的动叶片较短动叶片短、高压缸相对高度小是二次流损失大的重要原因之一。目前，可控涡型和弯扭静叶技术在董琦得到广泛应用，可有效降低径向二次流损失，提高级效率1.5 2.0%。(7)轴端压盖间隙大高压缸压力高，轴端汽封间隙大，导致蒸汽泄漏损失大。2

10、.2.2中压缸存在的问题(1)定子轮廓损失大原机组中的定子叶片型面不是低损失层流型面25，该型面的总损失比层流叶片型面高约18%。(2)动叶片类型损失大转子叶片的叶型损失大，攻角大，13级正攻角大，47级负攻角大，最大值为-48，攻角损失大。(3)与高压缸一样，动叶顶部采用铆接护罩，齿少，漏气量大1415。(4)最后，通过内平外斜带使经络通畅。(5)弯曲叶片不用于移动叶片。(6)轴端汽封间隙大，增加了蒸汽泄漏损失。2.2.3低压缸存在的问题(1)低压前后方向的4级和5级动叶片为无锁叶片在这种两级叶片的原始设计中，锁块用于密封而没有叶片体，这不仅对级效率有很大影响，而且对锁块相邻叶片的动强度也不

11、利。目前，董琦已将锁块改为钛合金锁片，舞台效率提高了0.5%左右。(2)低压缸13级静叶型损失大低压缸13级静叶为直叶片，叶型为80年代，叶型损失大，效率低。目前，董琦改进的高效层流剖面的总损失比原剖面低20%。(3)不采用弯、弯、扭叶片技术低压缸叶片长，径向压力梯度大。由于不使用弯曲和扭曲的叶片，二次流损失很大。虽然该阶段的损失比例不如高压缸大，但绝对值很大。目前，董琦采用弯曲或扭曲叶片，这可以大大减少端损失。(4)密封间隙大，蒸汽泄漏量大。(5)第三至第六阶段使用的铸造隔膜制造偏差大，影响气缸内的气动性能。与焊接膜片相比，其效率可降低23%。(6)最后一级静叶片不使用空心叶片湿蒸汽损失是机

12、组低压缸的主要级内损失。不仅影响级内效率，而且湿蒸汽对动叶片的冲蚀作用也严重影响机组的安全运行。根据影响汽轮机经济运行的因素，提出了改造汽轮机通流部分的可行技术，主要包括：1 .除高压外缸保持不变外，高压内缸、隔膜、汽封、轴封和高压转子全部更换。2.高、中压流道采用脉冲设计。高压气缸的数量从1 8个变为1 7个，而中压气缸的数量保持不变，为7个。3.传统的梳状密封用于b汽轮机通流部分改造后，于2012年4月并网发电。运行稳定，振动指标良好，自然煤耗明显下降。2012年5月，进行了#1机组汽轮机热力试验。根据试验数据，机组在额定工况下的热耗为7928.3kJ/(kW.h)，比设计值7940 kJ

13、/(Kw . h)低0.15个百分点左右，机组改造成功。通过对西部工学院改造前后的流道进行热试验分析，得出以下结论：在50%、75%和100%三种负荷下，对比分析了高压缸、中压缸和低压缸在流量变换前后的效率。表1 100% THA负荷流量转换前后的比较高压缸效率中压缸效率低压缸效率在重整流动通道之前88.3%88.7%80.3%在重整流动通道之后，89.2%92.1%83.9%从结果可以看出，当机组在100%THA负荷工况下工作时，通流部分改造后，高压缸、中压缸和低压缸的效率分别提高了0.9%、3.4%和3.6%，大大提高了整个机组的效率，低压缸承担的工作量最大，机组的热经济性大大提高。流道改

14、造后低压缸效率仍然很低，因此低压缸节能潜力最大。表2改造前后75% THA负荷流量对比高压缸效率中压缸效率低压缸效率在重整流动通道之前82.9%90.6%82.0%在重整流动通道之后，85.0%90.2%83.2%从以上结果可以看出，当机组在75%THA负荷下工作时，流道改造后，高压缸效率提高了2.1%，中压缸效率降低了0.4%，低压缸效率提高了1.2%。由于机组运行在75%THA，中压缸效率低于流道改造前，但整个机组的效率仍比流道改造前有所提高。表3 50% THA负荷流量转换前后的比较高压缸效率中压缸效率低压缸效率在重整流动通道之前82.0%83.9%77.6%在重整流动通道之后，81.8

15、%80.4%79.9%从结果可以看出，当机组在50%THA负荷条件下工作时，高压缸效率下降0.2%，中压缸效率下降3.5%，低压缸效率提高2.3%。由于机组在50%THA下运行，机组高压缸和中压缸的效率低于通流改造前，同时，整个机组的效率不会提高，反而可能下降。可见，低负荷运行使机组效率急剧下降，电厂热经济性急剧下降，不利于节能。4结束语实验数据表明，实施#1机组流程改造方案后，机组经济性明显提高，高压缸、中压缸和低压缸满负荷运行时机组效率明显提高，汽轮机安全性不足的问题也得到了解决。改造方案和关键技术合理有效。参考1张振宗。中国电力发展统计分析与预测D。吉林：吉林财经大学，2010。郭晓玲。300兆瓦独立缸机组通流部分改进技