文_曹應(yīng)飛 喬朋博 鄧凌宇 東方汽輪機有限公司

為加快煤電行業(yè)的清潔、高效升級，實現(xiàn)節(jié)能、減排目標，國家發(fā)展改革委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》，力爭使現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組改造后平均供電煤耗低于310g/kWh。目前，我國已投運的1000MW等級超超臨界機組超過100臺，普遍存在機組性能下降、熱耗水平高等問題，節(jié)能提效改造已成為發(fā)電企業(yè)的迫切需求。

為落實國家提出的系列“節(jié)能減排”政策，降低煤耗、減少排放，某電廠#8機組于2019年委托東方汽輪機有限公司實施了1000MW超超臨界汽輪機節(jié)能提效改造，改造后機組經(jīng)濟性達到世界先進水平，節(jié)能降耗效果顯著。本文基于某電廠#8改造機組，介紹了1000MW等級超超臨界汽輪機節(jié)能提效改造技術(shù)及應(yīng)用效果。

1 概述

1.1 原機組概況

某電廠原8#汽輪機為1000MW超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機，型號為N1000-25/600/600，原機組于2007年投運。機組采用復合調(diào)節(jié)運行方式，汽輪機具有八級非調(diào)整回熱抽汽。

1.2 改造原則

改造基本原則如下：

提升機組的安全可靠性，提高可利用率，機組壽命延長。采用先進的汽輪機節(jié)能改造技術(shù)，達到節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟性的目的。

保持機組的外形尺寸基本不變，機組旋轉(zhuǎn)方向不變。

機組的熱力系統(tǒng)基本不變，各級抽汽參數(shù)基本不變。

機組的基礎(chǔ)負荷基本不變，不改動原有基礎(chǔ)。

1.3 改造范圍

總體改造方案及改造范圍如下：

保留原機組的中壓外缸、低壓外缸、中壓聯(lián)合汽閥、軸承箱及軸承。

更換高壓外缸、高壓主汽閥及高壓調(diào)節(jié)閥，并增設(shè)補汽閥及補汽管。

高壓模塊、中壓模塊及低壓模塊的轉(zhuǎn)子、葉片、內(nèi)缸、隔板、汽封等通流部件進行全新改造。

高壓缸取消調(diào)節(jié)級，改為節(jié)流配汽。

2 節(jié)能提效改造技術(shù)

采用的當前先進的汽輪機技術(shù)對1000MW等級超超臨界機組進行節(jié)能提效改造，改造后汽輪機縱剖面如圖1所示。

圖1 改造后汽輪機縱剖面圖

改造后主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)計參數(shù)

2.1 高壓模塊改造技術(shù)

高壓模塊跨距維持不變，高壓主汽閥、調(diào)節(jié)閥布置方式基本不變，增加補汽閥和補汽管。采用先進的通流和結(jié)構(gòu)技術(shù)對高壓模塊進行節(jié)能提效改造。高壓模塊改造后縱剖面見圖2。

圖2 改造后高壓縱剖面圖

2.1.1 高壓通流

改造前高壓通流級數(shù)為II+8級，沖動式設(shè)計；改造后高壓通流級數(shù)提升為16級，等根徑、全新反動式設(shè)計，采用高效混合加載復合流型技術(shù)，提升通流效率。

配汽方式由噴嘴配汽更改為補汽閥配汽與節(jié)流配汽相結(jié)合的方式，提高額定工況下機組效率。

2.1.2 高壓缸結(jié)構(gòu)

高壓外缸、內(nèi)缸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，高壓內(nèi)缸升級為紅套環(huán)筒形內(nèi)缸結(jié)構(gòu)。

高壓外缸總體結(jié)構(gòu)同改造前，進行優(yōu)化改進。高壓外缸同改前相比，缸體直徑縮小，中分面法蘭寬度縮小，螺栓布置向內(nèi)側(cè)收縮，以上調(diào)整有利于加強汽缸中分面密封。

高壓 缸新設(shè)計，升級紅套環(huán)筒形內(nèi)缸結(jié)構(gòu)，并采用整體模塊發(fā)貨，提高汽缸密封性，簡化現(xiàn)場安裝環(huán)節(jié)。

筒形內(nèi)缸結(jié)構(gòu)特點：內(nèi)、外缸尺寸減小，通流結(jié)構(gòu)緊湊；內(nèi)缸形狀簡單，結(jié)構(gòu)對稱，溫度場均勻，熱變形??；對汽輪機啟停和變負荷工況適應(yīng)性好。筒形內(nèi)缸結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 筒形內(nèi)缸結(jié)構(gòu)示意圖

高壓模塊采用整體發(fā)貨，在制造廠內(nèi)組裝好，現(xiàn)場無需拆卸、重新組裝，保證了安裝精度，縮短了現(xiàn)場安裝工期。

高壓缸采用漸變穩(wěn)壓復合進汽腔室，進汽、排汽流道型線均進行氣動分析優(yōu)化設(shè)計，降低進、排汽壓損，進一步提高機組效率。

2.1.3 高壓閥門改造

為進一步提升機組經(jīng)濟性，應(yīng)用補汽閥技術(shù)，并開發(fā)了帶補汽閥的整體高壓閥組結(jié)構(gòu)。

原高壓閥組由4個高壓主汽閥（MSV）和4個高壓調(diào)節(jié)閥（CV）組成；改造后高壓閥組的總體布置基本不變，在4個高壓主汽閥和4個高壓調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)上，增設(shè)2個水平布置的補汽閥詳見圖4。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，各閥殼為單獨鑄造加工，并在廠內(nèi)組焊為一個整體。整體閥組結(jié)構(gòu)緊湊，能很好地適應(yīng)電廠安裝空間，不需要對土建基礎(chǔ)進行改動，節(jié)省了改造成本和工期。

圖4 高壓閥門布置示意圖

2.2 中壓模塊改造技術(shù)

中壓模塊跨距不變，閥門布置方式不變，沿用原機組中壓外缸。中壓內(nèi)缸和持環(huán)新設(shè)計，中壓轉(zhuǎn)子材質(zhì)升級。采用先進的通流和結(jié)構(gòu)技術(shù)對中壓模塊進行節(jié)能提效改造。

中壓模塊改造后縱剖面見圖5。

圖5 改造后中壓剖面圖

2.2.1 中壓通流

改造前中壓通流級數(shù)為2×6級，為沖動式設(shè)計；改造后中壓通流級數(shù)提升為2×11級，為變根徑、全新反動式設(shè)計，采用高效混合加載復合流型技術(shù)，提升通流效率。

2.2.2 中壓內(nèi)缸及持環(huán)

與原機組相比，改造后中壓內(nèi)缸及持環(huán)總體結(jié)構(gòu)形式基本一致。由于采用反動式葉片，靜葉片直接鑲嵌在內(nèi)缸和持環(huán)上，因此需通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證內(nèi)缸及持環(huán)的變形協(xié)調(diào)性，保證在各工況運行時動、靜部件之間的間隙滿足運行要求。采用有限元分析方法對中壓內(nèi)缸、持環(huán)的強度、汽密性、變形協(xié)調(diào)性進行分析，確保設(shè)計滿足規(guī)范要求。

2.3 低壓模塊改造技術(shù)

2.3.1 原低壓模塊簡介

原機組低壓模塊進汽參數(shù)1.2MPa/395℃，通流級數(shù)2×2×6級，采用1092mm末級葉片。低壓缸為三層缸結(jié)構(gòu)，帶獨立進汽室。每個低壓缸共4段抽汽。

2.3.2 低壓模塊改造技術(shù)

采用當前先進的低壓模塊設(shè)計技術(shù)，實施低壓模塊改造。

優(yōu)化進汽參數(shù)，低壓進汽參數(shù)由原機組的1.2MPa/395℃優(yōu)化為1MPa/365.7℃。

通流采用雙分流2×2×6級，等根徑?jīng)_動式設(shè)計，采用高效葉型、先進通流技術(shù)。

首級采用橫置靜葉結(jié)構(gòu)，采用非切向進汽+徑向直立靜葉技術(shù)。

取消獨立進汽室，采用斜支撐整體內(nèi)缸結(jié)構(gòu)，防止低壓缸內(nèi)漏。

采用1200mm末級葉片，低壓排汽缸耦合1200mm長葉片進行優(yōu)化設(shè)計，降低排汽損失。

采用自帶冠動葉結(jié)構(gòu)，葉頂采用城墻齒及臺階齒密封技術(shù)。

低壓模塊改造后縱剖面見圖6。

圖6 改造后低壓縱剖面圖

3 應(yīng)用效果

該電廠#8機組實施節(jié)能提效改造后，機組成功投運，運行穩(wěn)定。改造后高壓缸效率超過91%，中壓缸效率超過93%，機組熱耗大幅降低，較改造前降耗超過400kJ/kWh，改造后機組經(jīng)濟性達到世界先進水平。與改造前相比，每年節(jié)約標準煤約12萬t；同時，每年減少二氧化碳排放約33萬t，減少二氧化硫排放約1080t，減少氮氧化合物排放約939t，節(jié)能減排效果顯著。

4 結(jié)語

采用高效葉型及先進通流、汽缸結(jié)構(gòu)優(yōu)化、閥門配汽優(yōu)化等改造技術(shù)，對某電廠#8機組1000MW等級超超臨界汽輪機實施節(jié)能提效改造，機組成功投運，改造后機組經(jīng)濟性達到世界先進水平，節(jié)能減排效果顯著。1000MW等級超超臨界汽輪機節(jié)能提效改造技術(shù)的成功運用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益及社會效益，對同類型機組節(jié)能提效改造有推廣、借鑒作用。