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剖析350MW汽轮机通流部分改造

作者: 发布时间:2020-01-19 13:44:54 阅读: 54 次

摘要:分析了华能上安电厂引进GE公司设计制造的汽轮机性能偏离设计工况的原因、介绍了改造方案和结果,并做了深入的讨论和分析。

关键词:汽轮机、通流部分改造

华能上安电厂一期2X350MW机组,是全套引进美国通用电气集团的燃煤机组,其中汽轮发电机为美国GE公司设计制造,分别于19908月和199012月投入商业运行。

汽轮机主要参数

型号:AD5

型式:亚临界单轴双缸双排汽一次中间再热冲动凝汽式

额定出力(ECR:352MW

汽机保证热耗:7980 kJ/kW.h

1改造目的

华能上安电厂1号、2号汽轮机为美国GE公司上世纪80年代产品,受当时设计水平、设计手段与制造水平的限制,从投产至今,虽然在检修中消除了部分缺陷,汽缸热效率有所提高,但与设计值相比,仍有较大的差距,根据机组现状,在经济性能方面和安全可靠性方面都存在较多问题,借助其他厂通流改造成功经验,该厂汽轮机进行通流改造具有较强的必要性和可行性。   

经济性方面,号、号汽轮机组设计经济性与当前亚临界300MW 汽轮机的先进设计水平相差很大,目前先进的亚临界300MW 汽轮机设计净热耗率约在7830kJ/kW.h 左右,上安发电厂号、号汽轮机组设计热耗 7980 kJ/kW.h,与先进的300MW 亚临界机组的设计水平相比,高出150 kJ/kW.h

    运行安全性方面,号、号汽轮机自投产以来,高中压外缸、高压内缸、低压内缸变形,隔板及隔板套存在不同程度变形,高压调节级及中压、二级动、静叶片受固体颗粒冲蚀损伤严重已不可修复,末级叶片水蚀严重,此外,12 #汽轮机存在启动汽缸暖机时间较长,汽缸膨胀不畅,且每次启动均受轴系振动困扰等影响机组安全可靠运行的存在安全隐患。

2 通流部分改造方案

对于 12# 汽轮机的通流改造方案,可有诸多改造方案可选,如高、中压通流部分改造,低压缸通流改造,更换内缸或不更换内缸,更换转子或不更换转子更换叶片等等组合为部分改造方案或高、中、低压全改方案。

分析 1 2#汽轮机原通流部分热力设计及结构设计表明: 1 号、2 号汽轮机高、中、低压部分原设计级数与根径不匹配,目前高中压通流设计空间布置上无法增加级数以重新优化分配各级焓降及进行子午面流道的优化光顺,因此须更换新的高中压转子以调整各级根径,使其具有更佳的速比,从而提高各级轮周效率,同时更换高、中压内缸并重新设计隔板静叶及以实现动静匹配优化。低压转子由于原设计级数与根径不匹配,出于调整各级根径、优化速比和焓降以提高低压通流效率的需求,也必须更换,对于末级叶片,应根据低压外缸的结构尺寸,综合考虑冷端参数,选择具有更低余速损失的 高可靠性低压末级动叶片,增大排汽面积更大可有效提高机组运行热效率。

低压部分由于目前的通流空间及转子跨距限制并无增加级数的可能,因此,如目前变形不可修复或无良好的修复方案,则需更换。 对于通流部分各级叶片,目前利用先进的优化方法进行型线设计,降低型线损失,并降低叶片应力,提高叶片的效率和安全可靠性。各级动静叶片多采用弯扭联合成型叶片,采用先进的设计手段控制反动度沿径向的分布以减小二次流损失及冲角损失,同时改善型面损失;与此同时叶片弯扭规律、型线、轴向距离、叶片只数等进行优化,进一步减小了叶片的各类损失,提效率。 对于调节级喷嘴,目前型线多采用先进的后加载叶型,子午面采用收缩通道,降低流动损失,提高调节级效率。对于调节级及中压级固体颗粒冲蚀问题,目前多采用叶片表面强化处理及气动设计上增大调节级、中压级动、静间隙或采用较强壮的型线来减缓固体颗粒冲蚀。

综上所述#1#2汽轮机通流部分改造的总体方案为:维持机组喷嘴调节方式不变,更换高中压转子、低压转子并重新设计更换高、中、低压各级静叶及动叶片,同时更换高中压、低压内缸,对#1#2汽轮机通流部分改造。

    1) 更换部件

     高压喷嘴组

     高、中、低压转子(整锻无中心孔)

     高、中、低压内缸

     高、中、低压各级隔板

     高、中、低压各级动叶片

     高、中、低压各级汽封

     高、中、低压缸端部汽封体及汽封

     中压侧平衡活塞汽封    

     低压进、排汽导流环

 低压内外缸对中装置等

3改造结果  

#1汽轮机通流部分改造分别在2012119日到2012314日的机组大修中完成。机组启动并网带满负荷后即进行了性能考核实验,实验结果见表:

#1汽轮机改造前后性能验收试验数据汇总

序号

项目名称

原设计值

投产考核值

改造目标值

改造前实验值

改造后试验值

1    

352MW(THA)汽轮机热耗(kJ/(kW.h)

7980

8039

7939

8292.2

7979.3

2    

高压缸效率(3V)%

86.01

82.30

84.52

82 .35

82.17

3    

中压缸效率(3V)%

92.23

90.05

91.61

90.88

91.43

4    

低压缸效率(3V)%

88.00

85.47

88.27

86.27

91.10

从表可看出,改造取得了巨大的成绩,汽轮机热耗分别减少,按年度发电计算,全年节省标煤经济和社会效益显著。

    安全性:本工程中 1 号、2 号机组汽轮机通流部分改造的一个重要原则就是机组外形尺寸不变,各抽汽参数基本不变,热力接口参数和结构对接参数应匹配。利用汽轮机通流现代设计技术,采用全三元流设计,更换通流部分高中压转子及低压转子、高压、中压、低压内缸、喷嘴组、各级动叶和静叶、汽封等;新型叶型的刚性将大大优于原设计叶片,隔板的刚性也增强;同时,末级和次末级动叶将采用先进的更为安全可靠的连接结构,保证叶片的振动与强度安全性,改造后机组的安全性较改造前大为提高。

经济性:#1汽轮机通流改造后安全稳定运行,修后热耗率达到7979.3kJ/kWh,较修前试验热耗 (8292.2kJ/kWh)降低了 312.7kJ/kWh,折合煤耗约 11.9g/kWh。以两个三阀全开工况(3VWO)的平均值数据为例与额定工况(THA)进行对比分析,但是改造后汽轮机热耗较哈汽保证值 (7940.0kJ/kWh )仍高出39.3kJ/kWh,还需进一步探讨。  

4几点看法

由于改造方案本身就存在一些不足,又考虑了实际情况,彻底改造不现实,导致最终结果离期望值较大,我认为改造没有达到设计值的原因主要有以下几点。

    1. 高、中压缸效率试验值未达到设计值,高压缸效率高出2.35%,中压缸效率高出0.18%;由于#1机高中压缸效率未达设计值,考虑采取适当措施(如对调节级通流面积进行核算、调整等),提高高中压缸效率。  

2. 改造后汽轮机热耗随负荷变化率比改造前增大。高负荷时节能降耗效果较好,而中低负荷运行时节能效果明显减小;改造后汽轮机热耗随背压变化率比改造前增大。低背压运行时节能效果较好,而高背压运行时节能效果明显减小;需进一步研究探讨对汽轮机配汽控制方式进行优化改进。  

5参考文献

1  汽机培训教材,上安发电厂,1988

2  华能上安电厂#1 汽轮机大修后热力性能诊断试验,河北省电力研究院2006

3  华能上安电厂#2 汽轮机B 级检修后热力性能诊断试验,河北省电力研究院2008

4  华能上安电厂 350MW 1#汽轮机性能考核试验报告,能源部热力发电设备