汽輪機通流技術(shù)改造.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除蘇制超臨界三缸兩排汽320MW汽輪機通流技術(shù)改造 摘要：蘇制超臨界320MW汽輪機熱耗高、效率低，顯著低于目前300MW機組的先進水平。北京全四維動力科技有限公司采用最新的設(shè)計技術(shù)對其進行了通流技術(shù)改造，通流改造后的熱力性能試驗表明該型汽輪機的通流改造是非常成功的，也為國內(nèi)其他進口機組的通流改造提供了很好的借鑒。 關(guān)鍵詞：超臨界；汽輪機；通流改造；缸效率；熱耗 0.引言 隨著近幾年我國和全球經(jīng)濟、能源和環(huán)保形勢的發(fā)展，火力發(fā)電企目前面臨的形勢也出現(xiàn)了一些新的特點。節(jié)能減排已經(jīng)提升為火電企業(yè)發(fā)展的約束性指標；火力發(fā)電企業(yè)的電量調(diào)度已由銘牌調(diào)度逐步調(diào)整為節(jié)能調(diào)度；07年以來國內(nèi)外電煤價格一度高漲，火電企業(yè)經(jīng)營壓力陡增。在上述背景下，機組的煤耗水平、汽輪機的熱耗水平已成為影響火電企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵指標，要在市場競爭中保持發(fā)展優(yōu)勢，就必須采取有效措施，大幅度降低汽輪發(fā)電機組的供電煤耗水平。 華能南京電廠1、2機組為前蘇聯(lián)生產(chǎn)的超臨界機組。1994年投產(chǎn)以來，汽輪機缸效率和熱耗率一直嚴重偏離設(shè)計值，機組煤耗較高，且存在某些安全可靠性問題，迫切需要對其進行技術(shù)改造以實現(xiàn)機組熱力性能和安全性能的提升，以實現(xiàn)大幅度的節(jié)能減排、應(yīng)對節(jié)能調(diào)度和煤炭成本上漲帶來的壓力。 1.蘇制超臨界320MW汽輪機概況 華能國際南京發(fā)電廠1、2汽輪機是烏克蘭哈爾科夫汽輪機廠生產(chǎn)制造的K32023.54型超臨界、一次中間再熱、三缸兩排汽沖動凝汽式汽輪機。 該型機組主蒸汽參數(shù)為23.5Mpa、540；再熱蒸汽參數(shù)為3.7Mpa、540,銘牌出力為320MW。K32023.54型汽輪機的結(jié)構(gòu)如下圖所示。該型汽輪機由高壓缸、中壓缸和低壓缸三個汽缸組成，其中高、中壓缸為雙層缸，采用蒸汽流向反向布置，低壓缸采用雙流式布置。 圖1 超臨界320MW汽輪機縱剖面圖 高壓缸部分通流級數(shù)為9級，包含1個單列調(diào)節(jié)級和8個壓力級；中壓缸部分通流級數(shù)為10級，低壓缸的通流級數(shù)為25級。原機組高、中壓轉(zhuǎn)子為整鍛轉(zhuǎn)子，低壓轉(zhuǎn)子為焊接轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子間均采用了剛性聯(lián)接。 2.蘇制超臨界320MW汽輪機的熱力性能 2005年2機組大修前后和2008年2機組通流改造前的熱力性能數(shù)據(jù)與原機組設(shè)計數(shù)據(jù)對比如下表所示。 2005年大修前后、08年改造前實測數(shù)據(jù)與原設(shè)計數(shù)據(jù)對比設(shè)計值2005年2008年改造前大修前大修后高壓缸效率82.6%78.2579.777.84%中壓缸效率93%88.7990.490%熱耗率 kJ/kWh7938.68400從上表數(shù)據(jù)可以看出該機組的熱耗水平要比300MW等級汽輪機的先進熱耗水平高出420kJ/kWh以上，其性能不僅嚴重落后于當今300MW機組的先進水平，與原設(shè)計值也存在很大差距。 分析該型機組熱力性能較差的因素主要有以下幾點： （1）該型320MW超臨界機組設(shè)計年代較早，其設(shè)計水平屬于上世紀80年代的設(shè)計水平； （2）各級焓降分配不合理，各級余速損失較大，內(nèi)效率低； （3）葉片型線設(shè)計技術(shù)已比較落后，損失大、級效率低； （4）高、中壓通流部分隔板導葉均采用寬葉片，展弦比小，二次流損失大； （5）調(diào)節(jié)級噴嘴設(shè)計采用了效率較低的直通道噴嘴； （6）動靜匹配不合理，攻角損失大； （7）通流子午面雖經(jīng)過光順，但光順程度較差（尤其是低壓部分），流動損失較大； （8）雖然在機組設(shè)計中葉頂采用了多齒汽封，但葉頂汽封設(shè)計不合理，漏汽損失大； （9）原機組軸封設(shè)計不合理，軸封漏汽量大。 3.汽輪機通流技術(shù)改造方案及措施 3.1改造原則 依據(jù)以往通流改造項目的實施經(jīng)驗與該項目的具體要求，與用戶協(xié)商確定的該型機組的改造原則如下： （1）汽輪機與發(fā)電機的接口不變； （2）汽輪機回熱系統(tǒng)基本不變，各抽汽口抽汽參數(shù)基本不變； （3）汽輪機基礎(chǔ)、軸承箱與軸承座不動； （4）改造后設(shè)備滿足現(xiàn)場安裝要求。 3.2通流技術(shù)改造目標 （1）通過對汽輪機進行技術(shù)改造，提高汽輪機的效率，高壓缸缸效率85%（更換新閥門后可達86%以上）、中壓缸缸效率93%、低壓缸缸效率87%；降低熱耗，使機組的熱耗達到1880kcal/kWh 以下。 （2）通過對汽輪機通流改造，實現(xiàn)機組增容，額定功率增至340MW。 （3）通過技術(shù)改造，提高機組安全可靠性，可用性，降低檢修和維護成本。 3.3 改造更換部件 圖2中的彩色部分即為本次改造方案中的主要更換部件范圍。除對主要的通流部件高、中、低壓轉(zhuǎn)子、動葉片、隔板、部分隔板套及汽封等部件更換外，還對影響機組安全性、可維護性的部件進行了更換，如盤車裝置、聯(lián)軸器螺栓和可傾瓦軸承等。 圖2 通流改造更換部件示意圖 3.4通流改造技術(shù)措施 在該型機組的通流改造方案設(shè)計中，主要的技術(shù)措施包括： 1).合理優(yōu)化各級焓降分配 調(diào)整了各級節(jié)圓直徑，優(yōu)化了焓降分配和各級速比，提高級內(nèi)效率。 2).葉片型線優(yōu)化 考慮動靜葉片的相互干擾，利用先進的優(yōu)化方法針對該機組的情況進行定制化型線設(shè)計，降低了型線損失，提高葉片的級效率。 3).收縮子午面調(diào)節(jié)級葉柵 調(diào)節(jié)級的性能對汽輪機整體效率以及出力具有較大影響。由于調(diào)節(jié)級葉片展弦比較小，二次流損失非常嚴重。采用子午面收縮可以降低葉柵通道前部的氣動載荷，大幅度減小二次流損失。在本改造方案中采用經(jīng)過優(yōu)化后的收縮子午面調(diào)節(jié)級葉柵來代替原機組中直通道調(diào)節(jié)級葉柵。 4).分流葉柵 由于高壓部分容積流量較小，導致葉片展弦比很低，因此對部分壓力級隔板采用分流葉柵結(jié)構(gòu)，降低二次流損失，提高通流效率。 5).彎扭聯(lián)合成型靜葉柵 在汽道高度較高的中壓后部及低壓全部靜葉片，采用全四維技術(shù)優(yōu)化的彎扭聯(lián)合成型靜葉柵，進一步提高汽輪機的級效率。 6).通流子午面光順 在改造方案中：高、中、低壓缸各級動葉片均采用自帶圍帶整圈聯(lián)接，動葉圍帶加工為內(nèi)斜外平結(jié)構(gòu)，按流道形狀進行光順設(shè)計，動葉片根部及相鄰靜葉片根部與頂部也進行光順設(shè)計，通流部分子午面十分光順，大大提高了通流效率。 7).汽封 （1）高、中、低壓各級動葉片頂部增加徑向汽封齒齒數(shù)，圍帶加工成帶有凸臺的結(jié)構(gòu)，與高低齒圍帶汽封相配合，減少動葉頂部漏汽。 （2）高、中壓隔板根部增加了徑向汽封，減少了葉片根部的蒸汽泄露。 （3）原機組軸端汽封設(shè)置數(shù)量較少，根據(jù)軸端空間情況適當增加了軸端汽封圈數(shù)，并在適當位置采用了蜂窩汽封和接觸式汽封進一步減少了漏汽。 8).拉筋 所有動葉片不再設(shè)有松拉筋，末級葉片的中間連接件改為型線凸臺，不僅減少繞流損失、提高了通流效率而且使葉片的強度與阻尼性能大大提升。 9).全部隔板均采用焊接隔板 隔板全部采用焊接鋼隔板。焊接鋼隔板材質(zhì)好、葉柵部分加工和裝配精度高。 10).轉(zhuǎn)子 改造中全部三根轉(zhuǎn)子都更換為不帶中心孔的整段轉(zhuǎn)子，低壓轉(zhuǎn)子由焊接轉(zhuǎn)子改為不帶中心孔的整鍛轉(zhuǎn)子。 11). 末級葉片和次末級葉片 末級葉片采用新設(shè)計的902mm高效末葉片，葉根采用了圓弧樅樹型葉根，易于裝配。為解決機組目前存在的較嚴重的水蝕和沖刷問題，改造中主要考慮以下幾項措施： （1）葉片的氣動設(shè)計上為高根部反動度設(shè)計，改善末級氣動性能，更好的防止在低負荷時末級通常容易出現(xiàn)的脫流和倒流以及由此帶來的動葉出汽邊水蝕現(xiàn)象，大大提高低壓缸運行安全可靠性，增強機組調(diào)峰運行能力。 （2）在改造方案中將適當加大末兩級動靜葉片間間距，以減弱水蝕對葉片的破壞。 （3）末級葉片進汽邊的防水蝕措施為嚴格按工藝釬焊整條司太立合金片。 （4）末級和次末級葉片采用綜合性能較高具有較好的抗水蝕能力的0Cr17Ni4Cu4Nb材料，該材料常溫強度高，耐疲勞、抗腐蝕、抗震焊接性能均良好，是現(xiàn)代大容量機組廣泛采用的高強度末級、次末級材料。 12).滲硼處理 針對超臨界機組普遍存在的調(diào)節(jié)級噴嘴和中壓第一級隔板SPE問題進行滲硼處理以提高SPE抗力。 圖3 滲硼后的噴嘴 圖4 滲硼后的中壓第一級隔板 4.改造效果 2008年12月13日南京電廠#2機改造施工完畢，機組一次啟動成功，并順利帶滿額定負荷。改造更換的各軸瓦振動指標均為優(yōu)良，汽輪機各負荷運行平穩(wěn)，各參數(shù)正常。為檢驗#2汽輪機改造后的熱經(jīng)濟性，2009年1月電廠委托江蘇電科院對改造后的#2機進行了全面熱力性能驗收試驗。試驗結(jié)果如下： （1）改造后汽輪機額定出力達到了設(shè)計值340MW； （2）改造后汽輪機高壓缸效率達85.6%（考慮主汽閥壓損修正高壓缸效率為86.6以上），中壓缸效率達93.5%，低壓缸效率達86.6%； （3）改造后，汽輪機額定工況熱耗率為7863kJ/kW.h。 改造后高、中壓缸效率分別比改造前提高了7.76、3.5；汽輪機額定工況熱耗降低了約536 kJ/kW.h；鍋爐效率按93.5、廠用電率按5.6%、管道效率按98計算，額定工況時機組供電煤耗降低了約21 g/kW.h。 由此可見，南京電廠#2汽輪機通流改造后