劉彥豐，付曉俊

(華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003)

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200 MW汽輪機(jī)整體優(yōu)化改造及效果評(píng)價(jià)

劉彥豐，付曉俊

(華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003)

摘要：分析了某200 MW汽輪機(jī)組存在的問(wèn)題，提出了對(duì)該機(jī)組整體優(yōu)化的改造方案。通過(guò)性能考核試驗(yàn)驗(yàn)證，改造后的汽輪機(jī)效率得到了提高，3VWO工況下，汽輪機(jī)熱耗率下降了442.45 kJ/(kW·h)，折算成發(fā)電煤耗率下降量為16.84g/(kW·h)，高、中壓缸效率分別提高了5.14%、2.21%。熱耗降低明顯，達(dá)到了預(yù)期的增容降耗的目的,符合國(guó)家節(jié)能減排的大戰(zhàn)略。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；整體優(yōu)化；熱耗

0引言

某電廠5號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的沖動(dòng)式、一次中間再熱、單軸、三缸、三排汽、冷凝式汽輪機(jī)，型號(hào)為N200-130-535/535型，冷卻方式為直流開式循環(huán)，水源取自嫩江。高壓缸為雙層缸結(jié)構(gòu)，中壓缸為單層缸，低壓缸為對(duì)稱分流式。汽輪機(jī)共有37級(jí)葉輪，高壓轉(zhuǎn)子12級(jí)葉輪，第一級(jí)為單列調(diào)節(jié)級(jí)，轉(zhuǎn)子為整段式；中壓轉(zhuǎn)子裝有15級(jí)葉輪，其中前7級(jí)為整段式，后8級(jí)為套裝式；低壓轉(zhuǎn)子10級(jí)葉輪全部為套裝式。在以往的改造中，胡遠(yuǎn)濤等[1]、李清[2]等對(duì)汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行了改造，王艷[3]對(duì)汽輪機(jī)噴嘴技術(shù)進(jìn)行了改造，鐘閣順[4]等對(duì)汽輪機(jī)配汽進(jìn)行了改造及優(yōu)化，都取得了一定的效果。以往的改造只針對(duì)汽輪機(jī)的某個(gè)部分，汽輪機(jī)效率的提高有限。為了進(jìn)一步提高汽輪機(jī)效率，增加功率降低煤耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)對(duì)該機(jī)組進(jìn)行整體優(yōu)化改造。不僅對(duì)汽輪機(jī)本體進(jìn)行優(yōu)化改造，對(duì)各個(gè)輔機(jī)也進(jìn)行優(yōu)化，以最大的提高改造效果。

1機(jī)組存在問(wèn)題分析

機(jī)組目前的性能與設(shè)計(jì)值有較大的差距。5號(hào)機(jī)組3VWO工況下試驗(yàn)熱耗率為8 777.17 kJ/(kW·h)，進(jìn)行二類修正后熱耗率為8 663.98 kJ/(kW·h)，比THA設(shè)計(jì)工況下熱耗率8 246.28 kJ/(kW·h)高出417.70 kJ/(kW·h)，高壓缸效率試驗(yàn)值為79.09%，比設(shè)計(jì)值85.05%低5.96%，中壓缸效率試驗(yàn)值為88.21%比設(shè)計(jì)值92.30%低4.09%。在對(duì)5號(hào)機(jī)組進(jìn)行了全面的性能診斷試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢查后，發(fā)現(xiàn)汽機(jī)側(cè)存在如下問(wèn)題：

(1)汽缸效率偏低

3VWO工況試驗(yàn)下，高壓缸效率試驗(yàn)值為79.09%，比設(shè)計(jì)值85.05%低5.96%；中壓缸效率試驗(yàn)值為88.21%，比設(shè)計(jì)值92.30%低4.09%。

造成汽缸效率偏低的主要因素有：通流部分的動(dòng)靜間隙較設(shè)計(jì)值大；通流部分加工質(zhì)量與設(shè)計(jì)存在偏差；高壓調(diào)速汽門存在較大節(jié)流損失等因素。

(2)機(jī)組凝汽器清潔系數(shù)為0.54，與0.88的設(shè)計(jì)值有一定的差距。

(3)為測(cè)試循環(huán)水泵性能，分別進(jìn)行了1號(hào)與3號(hào)循泵并聯(lián)、2號(hào)與3號(hào)循泵并聯(lián)、1號(hào)與2號(hào)循泵并聯(lián)及三泵并聯(lián)工況試驗(yàn)，性能試驗(yàn)表明，1號(hào)循環(huán)水泵在不同工況下的效率為62%-67%，比2號(hào)、3號(hào)循泵效率低5%以上；循環(huán)水泵采用單速運(yùn)行，運(yùn)行方式比較單一。

(4)高壓加熱器堵管數(shù)較多，其中1號(hào)高加堵管數(shù)為87根，2號(hào)高加堵管數(shù)為45根。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加熱器端差偏離設(shè)計(jì)值，存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

(5)機(jī)組熱力系統(tǒng)內(nèi)漏現(xiàn)象較為嚴(yán)重，內(nèi)漏閥門較多。

(6)機(jī)組保溫多處不合格。

2總體改造構(gòu)想及內(nèi)容

2.1改造構(gòu)想

根據(jù)火力發(fā)電科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，5號(hào)機(jī)組優(yōu)化改造總體構(gòu)想是在保證機(jī)組安全性前提下：

提高機(jī)組內(nèi)效率；

提高機(jī)組回?zé)嵝屎蛽Q熱器效率；

提高主要輔助設(shè)備效率降低廠用電率；

減少熱力系統(tǒng)內(nèi)漏；

提高設(shè)備可靠性和可調(diào)性，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行調(diào)度。

2.2改造內(nèi)容

在分析了機(jī)組目前所存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的改造經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)提出如下的改造方案：

(1)通流汽封改進(jìn)

對(duì)已改造過(guò)的布萊登汽封及蜂窩汽封，本次大修以檢查性修復(fù)為主，對(duì)損壞部分進(jìn)行更換，以維持汽封的改造效果；對(duì)于鑲嵌式汽封，本次大修對(duì)間隙超標(biāo)部分進(jìn)行重新鑲嵌，將間隙調(diào)整至設(shè)計(jì)下限；對(duì)汽缸汽封間隙進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到良好的檢修效果。

(2)通流部分進(jìn)行除垢

機(jī)組常規(guī)大修中，通流部分污垢的清理方法主要有：高壓水槍清洗法、噴沙處理法及人工打磨等方法。但這幾種方法存在一些缺點(diǎn)，如消耗大量人力、污染大、噪音大、表面不光潔等問(wèn)題。轉(zhuǎn)臺(tái)式噴丸清理機(jī)是汽輪機(jī)除垢(銹)專用設(shè)備，采用該技術(shù)對(duì)汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行除垢(銹)后，表面光潔度能夠達(dá)到5級(jí)，露出光亮的金屬光澤。經(jīng)過(guò)噴丸處理的汽輪機(jī)通流部分效率增加1%～3%，表面疲勞強(qiáng)度能夠提高1O%。同時(shí)提高了除垢的工作效率。

(3)主機(jī)軸瓦修復(fù)

軸瓦間隙超標(biāo)，導(dǎo)致軸系穩(wěn)定性差、晃度大，并使汽封間隙增大，因此，為達(dá)到機(jī)組整體優(yōu)化目標(biāo)，保證汽封間隙最小，為配合汽封改造，應(yīng)進(jìn)行軸瓦修復(fù)。

(4)主汽調(diào)門閥口、閥桿更換

主汽調(diào)門經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，受高壓蒸汽沖刷嚴(yán)重，機(jī)組檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)主汽調(diào)門閥口位置沖刷嚴(yán)重，造成調(diào)門節(jié)流損失較大，需更換閥口及閥桿。更換后，機(jī)組在順序閥運(yùn)行中，高壓蒸汽經(jīng)過(guò)高壓調(diào)門時(shí)節(jié)流損失減少，有助于汽缸效率的提高，對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生積極影響。

(5)輔機(jī)改造

循環(huán)水泵、疏水?dāng)U容器、內(nèi)冷水冷卻器、高壓加熱器等輔機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，以提高其經(jīng)濟(jì)效益。

(6)機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化調(diào)整

通過(guò)定滑定試驗(yàn)制定出機(jī)組的定滑定曲線，以優(yōu)化閥門開度與機(jī)組負(fù)荷之間的匹配。加熱器端差偏離設(shè)計(jì)值，加熱器運(yùn)行水位有待優(yōu)化。通過(guò)加熱器水位優(yōu)化，使加熱器水位在最佳值運(yùn)行，減小加熱器端差，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)定滑定及加熱器水位優(yōu)化等試驗(yàn)，制定出符合機(jī)組實(shí)際情況的定滑定曲線和加熱器最佳水位，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3整體優(yōu)化改造效果及分析

整體優(yōu)化后，為驗(yàn)證改造后汽輪機(jī)的熱力性能指標(biāo)是否達(dá)到改造的要求，進(jìn)行了修后熱力性能考核實(shí)驗(yàn)。

3.1實(shí)驗(yàn)工況

5號(hào)汽輪機(jī)組大修后診斷試驗(yàn)工況如表1。

表1　5號(hào)汽輪機(jī)組優(yōu)化改造后鑒

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

熱力性能考核實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2、表3、表4、表5所示。

表2　5號(hào)機(jī)組改造后熱耗率試驗(yàn)結(jié)果

注：鍋爐效率取91.5%，管道效率取98%。

從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，優(yōu)化改造后3VWO工況下熱耗率為8 475.78 kJ/(kW·h)，比改造前熱耗率8 918.23 kJ/(kW·h)下降442.45 kJ/(kW·h)，比3VWO工況下設(shè)計(jì)值8 250.80 kJ/(kW·h)高224.98 kJ/(kW·h)。220 MW工況下熱耗率為8 498.51 kJ/(kW·h)，比改造前熱耗率8 962.17 kJ/(kW·h)下降了463.66 kJ/(kW·h)，比3VWO工況下設(shè)計(jì)值8 250.80 kJ/(kW·h)高247.71 kJ/(kW·h)。

表3　5號(hào)機(jī)組改造前、后熱耗率對(duì)比

表4　5號(hào)機(jī)組改造前、后高壓缸效率對(duì)比表

5號(hào)機(jī)組優(yōu)化改造后3VWO工況下高壓缸效率為84.24%，比改造前79.09%提高5.14%；220MW工況下高壓缸效率為82.88%，比改造前 78.84%提高4.04%。本次優(yōu)化改造中通過(guò)對(duì)汽封的改造、通流部件的處理及其間隙的調(diào)整，高壓缸效率提升顯著。

優(yōu)化改造后5號(hào)機(jī)組3VWO工況下平均中壓缸效率為91.19%，比改造前效率88.21%提高2.98%；220MW工況下中壓缸效率為90.58%，比改造前效率 88.37%提高2.21%。本次優(yōu)化改造中通過(guò)對(duì)汽封的改造、通流部件的處理及其間隙的調(diào)整等措施，中壓缸效率提高明顯。

表5　5號(hào)機(jī)組改造前、后中壓缸效率對(duì)比表

4結(jié)論

通過(guò)整體優(yōu)化改造，熱耗率及高、中低壓缸效率都得到了很大的提高，提高了機(jī)組效益，實(shí)現(xiàn)了增容降耗的目的。與優(yōu)化改造前熱耗率相比較，下降了442.45 kJ/(kW·h)，折算成發(fā)電煤耗率下降量為16.84 g/(kW·h)，優(yōu)化改造效果明顯。改造后機(jī)組運(yùn)行良好，極大地響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能降耗的戰(zhàn)略，為電力企業(yè)的同類型機(jī)組的節(jié)能增容降耗改造提供一定的參考。

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Technical Improvement and Analysis of Whole Optimization on 200 MW Steam Turbine

LIU Yanfeng, FU Xiaojun( School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

Abstract：This paper analyzes the problems of a 200 MW steam turbine, and puts forward an optimization scheme of the whole unit. After the transformation, the efficiency of the steam turbine is improved and the scheme is verified by the performance tests. Under 3VWO working conditions, the steam turbine heat consumption rate decreased by 442.45 kJ/(kW·h), rectified into electricity coal consumption rate of 16.84 g/(kW·h). The efficiency of high pressure cylinder and middle pressure cylinder increased by 5.14% and 2.21% respectively. The heat consumption is reduced obviously, and the expected purposes of the capacity expanding and consumption reducing are reached. It conforms to the national strategy of energy saving and consumption reducing.

Keywords：steam turbine; whole optimization; heat consumption

中圖分類號(hào):TK11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.011

作者簡(jiǎn)介：劉彥豐(1965-)，男，教授，主要從事高效清潔燃燒技術(shù)及環(huán)境污染控制方面的研究，E-mail:liuyf100@sina.com。

收稿日期：2016-01-20。