國(guó)產(chǎn)100MW汽輪機(jī)通流部分現(xiàn)代化技術(shù)改造

1、國(guó)產(chǎn)100MW汽輪機(jī)通流部分現(xiàn)代化技術(shù)改造 摘要：本文論述了國(guó)產(chǎn)100MW汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行現(xiàn)代化技術(shù)改造的必要性，分析了機(jī)組原設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性差的原因，介紹了通流改造方案采用當(dāng)前國(guó)內(nèi)、外老汽輪機(jī)改造的許多先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)所取得的良好成果，不僅在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有明顯的效果，而且對(duì)我國(guó)今后進(jìn)行發(fā)電機(jī)組改造規(guī)劃有指導(dǎo)作用。 關(guān)鍵詞：通流部分 經(jīng)濟(jì)性 效率 熱耗率   前言 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和設(shè)計(jì)理論的更新，汽輪機(jī)通流部分三元流氣動(dòng)設(shè)計(jì)、葉片動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)及有限元分析方法等被廣泛運(yùn)用，其突出特征是靜葉為彎扭聯(lián)合、動(dòng)葉為扭曲結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)采用當(dāng)代計(jì)算流體力學(xué)和結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、振動(dòng)分析的最新成果，結(jié)

2、合相應(yīng)的試驗(yàn)研究使新設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)通流部分經(jīng)濟(jì)性和可靠性不斷提高。因此，對(duì)已運(yùn)行多年的大機(jī)組采用各種新技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造對(duì)于節(jié)約能源、提高機(jī)組運(yùn)行安全可靠性有十分重要的意義。 鑒于國(guó)產(chǎn)大機(jī)組可靠性和經(jīng)濟(jì)性較差，我國(guó)應(yīng)大力推進(jìn)現(xiàn)有火電機(jī)組的改造，提高機(jī)組的運(yùn)行性能和可靠性，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展有重大意義。我國(guó)的老機(jī)組改造目標(biāo)的一般優(yōu)化順序?yàn)椋海?）提高可靠性及可用率；（2）提高效率；（3）帶周期性負(fù)荷運(yùn)行；（4）延長(zhǎng)壽命；（5）增加輸出功率。 一、    國(guó)產(chǎn)100MW汽輪機(jī)改造的必要性 1      &

3、#160;  N100-90/535型汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、運(yùn)行狀況 我國(guó)N100-90/535型汽輪機(jī)的生產(chǎn)廠家有三個(gè)：哈爾濱汽輪機(jī)廠、東方汽輪機(jī)廠和北京重型電機(jī)廠。三個(gè)制造廠設(shè)計(jì)、制造的N100-90/535型汽輪機(jī)與前蘇聯(lián)40年代實(shí)際的高壓100MW汽輪機(jī)基本相同。早在1990年，國(guó)家有關(guān)部門就明確提出：“到2000年底降低火電平均供電煤耗率60g/kwh”、“汽輪機(jī)組設(shè)計(jì)煤耗率努力降低20-30g/kwh”（即“六0工程”）。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)1999年平均供電煤耗約399g/kwh，而發(fā)達(dá)國(guó)家的供電煤耗約為320g/kwh。要改變這種狀況，國(guó)家必須對(duì)電力結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。 由于N100

4、-90/535型汽輪機(jī)設(shè)計(jì)年代較早，設(shè)計(jì)、制造技術(shù)落后，反映在機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較差。與國(guó)外機(jī)組相比熱耗率要高出100kcal/kwh以上。老100MW機(jī)組高壓缸效率約為7880%，低壓缸效率約為7173%，而國(guó)外機(jī)組可以達(dá)到高壓缸效率86%以上，低壓缸效率83%以上。 國(guó)產(chǎn)100MW機(jī)組采用的680mm動(dòng)葉片運(yùn)行安全可靠性較差，曾發(fā)生過(guò)葉片斷裂事故，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全、滿發(fā)運(yùn)行。100MW機(jī)組是我國(guó)電網(wǎng)的主力機(jī)組之一，其安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)今后我國(guó)電力生產(chǎn)和節(jié)約一次能源的消耗起著至關(guān)重要的作用。而通過(guò)通流部分的技術(shù)改造，可以使100MW機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性在較短的時(shí)間內(nèi)有顯著性的提

5、高，機(jī)組的煤耗可以下降1020g/kwh。由此可見(jiàn)，盡快進(jìn)行改造是非常必要的。 2         N100-90/535型汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性差的原因 由于100MW機(jī)組設(shè)計(jì)制造較早，設(shè)計(jì)水平相當(dāng)于40年代的水平。比起國(guó)外機(jī)組有較大的差距。其經(jīng)濟(jì)性差的主要原因表現(xiàn)在： Ø      葉片型線是4050年代前蘇聯(lián)老型線，氣動(dòng)熱力性能差，葉型損失大、效率低; Ø      某些級(jí)的速比和焓降分配不合理，導(dǎo)致

6、熱力特性參數(shù)偏離最佳值，級(jí)效率低; Ø      通流子午面不光順，特別是高壓缸后段和整個(gè)低壓缸呈明顯的階梯形通道，容易產(chǎn)生脫流，加大了通流損失; Ø      動(dòng)、靜葉片匹配不佳，葉片來(lái)流攻角偏大，增加了攻角損失; Ø      部分級(jí)動(dòng)葉頂部無(wú)圍帶或有拉金，增加了泄漏損失和繞流損失。   二、    N100-90/535型汽輪機(jī)通流部分的現(xiàn)代化改造 1 

7、0;       改造目標(biāo) Ø      通流效率提高5%以上； Ø      在鍋爐最大出力不變的前提下，將機(jī)組最大連續(xù)出力增至110MW； Ø      改進(jìn)動(dòng)葉結(jié)構(gòu)，大幅度提高運(yùn)行安全可靠性； Ø      提高機(jī)組靈活性，增強(qiáng)調(diào)峰能力； Ø   

8、60;  延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。 2         通流部分改造應(yīng)遵循的原則 國(guó)產(chǎn)100MW汽輪機(jī)組由于運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性較差，有必要進(jìn)行技術(shù)改造，在改造過(guò)程中，必須受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及條件的限制，所遵循的技術(shù)原則為： Ø      采用汽輪機(jī)全三維設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)通流部分重新設(shè)計(jì)，提高效率，降低熱耗； Ø      盡可能消除原機(jī)組存在的缺陷，以進(jìn)一步提高機(jī)組的安全可靠性，同時(shí)增強(qiáng)調(diào)峰能力； &

9、#216;      根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況及用戶要求，對(duì)高、低壓缸通流部分采用雙列調(diào)節(jié)級(jí)方案進(jìn)行改造； Ø      改造工程的現(xiàn)場(chǎng)施工力爭(zhēng)在電廠大修期內(nèi)完成； Ø      電廠現(xiàn)有的回?zé)嵯到y(tǒng)保持不變。 3         借鑒其它設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn) 哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司（以后簡(jiǎn)稱哈汽公司）在機(jī)組的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造和科研試驗(yàn)方面具有較高的水平和豐

10、富的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)的210MW三缸二排汽汽輪機(jī)、200MW空冷機(jī)組以及300MW汽輪機(jī)都榮獲過(guò)國(guó)家級(jí)重要獎(jiǎng)項(xiàng)。國(guó)內(nèi)已參與改造的100MW機(jī)組，合山#6機(jī)、小龍?zhí)?2機(jī)、昆明#2機(jī)和青山#10機(jī)都取得了預(yù)期理想的效果。在改造過(guò)程中應(yīng)用了多級(jí)汽輪機(jī)一維、準(zhǔn)三維氣動(dòng)熱力設(shè)計(jì)體系，以及近年來(lái)開(kāi)發(fā)的強(qiáng)度、振動(dòng)計(jì)算方法。近十年來(lái)，哈汽公司已先后完成25MW、50MW、100MW、120MW、125MW、200MW、210MW、300MW等國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口機(jī)組的改造約七十臺(tái)套，在電廠運(yùn)行非常成功。從一系列改造的成果來(lái)看，改造的技術(shù)已趨成熟。 4      &

11、#160;  N100-90/535型汽輪機(jī)通流部分改造方案 (1)經(jīng)濟(jì)性方面 Ø      在不影響改造效果的前提下，充分利用原有設(shè)備，以減少工程量和降低改造成本； Ø      保持原有的熱力系統(tǒng)、管道及各設(shè)備的連接方式和位置； Ø      改造后機(jī)組動(dòng)葉片全部采用自帶冠加先進(jìn)的多齒汽封結(jié)構(gòu)，隔板汽封也采用多齒汽封結(jié)構(gòu)，以減少漏汽、提高效率； Ø    

12、;  所有的靜葉片、動(dòng)葉片以及靜動(dòng)葉片之間的流動(dòng)匹配全部采用全三維設(shè)計(jì)手段進(jìn)行優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)。 (2)安全可靠性方面 Ø      末級(jí)動(dòng)葉片頂部進(jìn)汽側(cè)焊整條司太立合金片、次末級(jí)動(dòng)葉片頂部進(jìn)汽側(cè)進(jìn)行電火花強(qiáng)化處理、末級(jí)和次末級(jí)采用高反動(dòng)度設(shè)計(jì)，同時(shí)更合理地設(shè)置疏水機(jī)構(gòu)，以保證葉片的防水蝕性能； Ø      改造后機(jī)組從氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)兩方面提高了機(jī)組的變負(fù)荷運(yùn)行性能，氣動(dòng)方面的主要措施有：具有大攻角適應(yīng)能力的新型靜葉片、具有良好變負(fù)荷運(yùn)行業(yè)績(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片、低壓部分高根部

13、反動(dòng)度設(shè)計(jì)及子午面擴(kuò)張技術(shù)等；結(jié)構(gòu)方面主要措施有：調(diào)整通流部分動(dòng)靜間隙； Ø      通過(guò)校核和計(jì)算，確定了合理的軸向推力及負(fù)推力，使機(jī)組運(yùn)行更加安全可靠； Ø      末級(jí)葉片采用新型高效的668mm末級(jí)葉片，次末級(jí)葉片采用395mm自帶冠葉片，這兩種葉片的頻率特性較好，對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性也強(qiáng)。 三、    通流部分改造方案的實(shí)施 電廠100MW機(jī)組通流部分改造工作可以在機(jī)組大修期間完成。制造廠可以根據(jù)各電廠大修計(jì)劃，提前完成新葉輪、葉片、隔板

14、以及隔板套等制造、組裝任務(wù)。改造機(jī)組停機(jī)開(kāi)始大修后把高中、低壓轉(zhuǎn)子及時(shí)運(yùn)到制造廠重新進(jìn)行套裝葉輪和轉(zhuǎn)子找動(dòng)平衡的工作。待此工序完成后即可運(yùn)回電廠進(jìn)行調(diào)整通流間隙及以后的扣缸等各項(xiàng)工作。具備條件的電廠，換裝葉輪的工作也可以安排在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。 四、    通流部分改造的實(shí)際效果和經(jīng)濟(jì)效益 為了驗(yàn)證機(jī)組通流部分改造的實(shí)際效果，一般由電廠配合有關(guān)部門對(duì)機(jī)組改造前后進(jìn)行熱效率試驗(yàn)。湖北青山熱電廠#10機(jī)是國(guó)內(nèi)近期改造的一臺(tái)N100-90/535型汽輪機(jī)組，由北京全三維動(dòng)力工程有限公司設(shè)計(jì)，哈汽公司制造。改造后相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表： 額定工況 汽輪機(jī)效率 熱耗率 機(jī)組供電煤耗 改

15、造前 83.05% 改造后 87.13% 差值 4.08% 從采集的數(shù)據(jù)來(lái)看，改造是卓著成效的。以該機(jī)組年運(yùn)行4000小時(shí)，平均負(fù)荷80%來(lái)算，每年節(jié)約的標(biāo)煤就可以超過(guò)一萬(wàn)噸，每年可以多發(fā)電。若標(biāo)煤價(jià)按300元/t計(jì)，可節(jié)省燃料費(fèi)300多萬(wàn)元。 國(guó)內(nèi)電廠其它已完成通流部分改造的100MW機(jī)組，如廣西合山廠，昆明發(fā)電廠，云南小龍?zhí)栋l(fā)電廠。合山廠高壓缸效率達(dá)到86.69%，低壓缸效率達(dá)到82.83%，熱耗達(dá)2147kcal/kwh；昆明廠高壓缸效率達(dá)到87.72%，低壓缸效率達(dá)到81.29%，熱耗達(dá)2142kcal/kwh；小龍?zhí)稄S高壓缸效率達(dá)到87.72%，低壓缸效率達(dá)到81.29%，熱耗達(dá)21

16、47kcal/kwh。改造的效果及經(jīng)濟(jì)性是相當(dāng)可觀的。 五、    結(jié)論 Ø      國(guó)產(chǎn)100MW汽輪機(jī)通流部分改造方案應(yīng)用了當(dāng)前國(guó)內(nèi)、外老機(jī)組改造的許多先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)指標(biāo)較先進(jìn)，改造措施較切實(shí)可行。 Ø      一臺(tái)N100-90/535型汽輪機(jī)通流部分經(jīng)改造后效率可提高45%，機(jī)組熱耗可降低765kJ/kWh，每年可節(jié)省一萬(wàn)噸煤，多發(fā)電，投資費(fèi)用可在4年左右時(shí)間收回。 Ø