（大唐陕西发电有限公司 陕西西安 710065）
摘要:性能提升改造近年来已经成为我国发电企业提高在役汽轮机组效率、增加功率及降低热耗的重要手段，是影响火电企业生存和发展的重要课题。针对我公司已运行多年的东方汽轮机厂D300P型机组运行特点，制定了性能提升改造方案，并进行了改造实践。改造实施后热耗值居国内同类型机组领先水平，提高了额定出力，显著降低了汽轮机组热耗率和煤耗，取得了良好的经济效益和社会效益。
关键词:汽轮机；热耗值； 改造
1引言
某厂东汽生产的D300P机型，使用的技术设计开发于上世纪90年代末，该机组应用了当时的先进技术，但受当时的总体技术水平限制，也存在不足，技术水平相对于目前先进技术有一定差距，2013年进行修前试验结果热耗值8271.1kJ/kWh比设计值偏高396.1kJ/kWh，机组经济性差。顺应国家能源政策，降低自身能耗，机组提质增效刻不容缓。
2设备使用现状分析
由东方汽轮机厂生产的型号为C300/239-16.7/0.35/537/537型，亚临界、中间再热、高中压合缸、两缸两排汽、单轴、单抽采暖凝汽式汽轮机。设计新蒸汽压力16.7MPa，温度为537℃，再热温度为537℃。额定新汽流量：894.43t/h，最大新汽流量：1025t/h。一次再热与三级高压加热器，一级除氧器和四级低压加热器组成八级回热系统。各级加热器疏水逐级自流。第四级抽汽用于加热除氧器。热网加热器由采暖抽汽提供热源，采暖抽汽回水补入除氧器。机组配置2×50%B-MCR汽动给水泵。1×50%B-MCR调速电动给水泵。给水泵汽轮机正常汽源为主机抽汽，排汽进入主汽轮机凝汽器,备用汽源为再热冷段蒸汽。
机组于2008年投产，2013年进行了汽轮机改造前前性能试验，试验结果表明：
1)3VWO工况平均值，修正到汽轮机设计夏季排汽压力11.8kPa后，额定参数下热耗率为8602.2kJ/kWh，与设计夏季背压TRL工况修正到补水率为0时的热耗8145.8kJ/kWh相比，偏高456.4kJ/kWh，相对高5.60%。
2)高压缸效率为80.33%，比THA工况设计值85.47%低5.14个百分点。
3)中压缸名义效率为92.58%，中压缸实际效率为91.15%，比THA工况设计值92.51%低1.36个百分点。
从上述数据可以看出，试验热耗、缸效率与设计值均存在非常大的差距，东汽D300P机型热耗水平和机组实际经济性与如今国内先进水平存在一定的差距，而汽轮机通流效率低是其经济性差的最根本原因。
3现状分析
东汽D300P机型实测热耗比设计值高，分析其原因有以下几方面：
1)东汽D300P机型设计的级数偏少，高压各级焓降偏大，速比u/c0偏小，喷嘴部分进汽的影响较大，并影响到后面的压力级，造成压力级效率偏低。
2)汽轮机进汽调门设计余量偏大，造成汽轮机进汽节流损失过大。
3)D300P机型调节级喷嘴面积设计余量大于实际需求至少20%，造成调节级损失超标。
4)D300P机型高压缸各压力级焓降分配不均匀，焓降曲线陡峭，造成熵增过大，效率降低。
5)由于一段抽汽压力达不到设计值，导致给水温度低于设计值3℃，回热效率下降。
6)D300P机型高压进汽采用插管形式，与缸体密封为密封环，密封环漏汽量与运行时间成正比关系，造成过桥汽封漏汽量增大的假象，同时造成中压缸效率虚高。
7)低压缸动叶设计陈旧，且末级采用851mm长叶片，其设计背压最佳经济点为5.7KPa，而通过对灞桥热电厂实际运行状况进行分析，完全可采用更长的末级叶片来实现设计背压4.9KPa，机组热耗大幅降低。
8)D300P机型原设计采用的各级静叶出气角偏小，气动性能不佳，导致蒸汽热能转化为机械能的能力下降，引起效率降低。
4通流改造方案
4.1结合自身情况的改造原则
面对东汽D300P机型存在问题，结合机组特点，制订了有针对性的改造原则。
1）利用国内外先进的汽轮机通流设计技术，通过对汽轮机通流部分进行改造，达到提高汽轮机通流效率、增加汽轮机铭牌出力的目标。改造后机组在THA工况下热耗率达到7900kJ/kWh目标值。
2）改造时高中、低压外缸壳体不变，内缸的原支撑方式不变。汽轮机各轴承座，高、中压进汽阀门不变。转子跨度、轴系、汽轮机高中压转子与主油泵短轴接口和位置、汽轮机与发电机连接方式和位置、现有的汽轮机基础等不变。改造后对基础负荷应无影响。轴系各转子临界转速符合要求。改造后汽轮机所有连接管道接口位置、口径和连接方式以及允许的力和力矩的要求均保持基本不变。
3）改造后汽轮机旋转方向保持不变，润滑油、顶轴油系统不变，盘车装置不变，盘车转速保持不变。
4）现有热力系统配置保持不变，现有的热力参数基本保持不变。
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5）改造后的汽轮机设备利用率高，维护成本低。叶片设计成熟，制造和装配精确，使叶片在允许的周波变化范围内不致产生共振。
6）汽轮机改造部件(不包括易损件)的设计使用寿命不少于30年。质保期内不得出现由于改造原因而导致汽轮机的强迫停运。汽轮机易损件的使用寿命不少于两个大修周期。
7）改造后消除机组现有制造安全隐患和缺陷。
8）改造后的汽轮机设备利用率高，维护成本低。改造不使用试验性的设备和技术。
9）改造后汽轮机在技术性能方面必须满足西北电网《两个细则》中有关AGC及一次调频各项性能考核要求。
4.2改造技术方案
高压通流改造技术方案：调节级改进优化调节级速比，适当提高级后压力，提高调节级效率，把焓降分到效率高得多的压力级，从而提高高压缸的效率；调节级动叶由铆接围带改为自带冠围带，叶顶汽封由镶齿改为可退让式汽封圈结构，增加汽封圈有效密封齿数，减少叶顶漏汽；调节级后增设防旋档板，减少调节级出口汽流不均匀产生的损失。压力级采用高效后加载层流静叶叶型。高压缸压力级静叶型线全部采用先进的层流静叶叶型（SCH），这种叶型的附面层以层流为主，紊流转捩点靠后，不出现附面层分离，简称为“层流叶型”；且静叶型线属典型的后加载叶型，气流主要在叶型后部加速，使横向二次流减小，附面层减薄；静叶出汽边厚度为0.38mm，以减小尾迹损失和动叶激振力，使级效率大幅度提高，型损减少25%（相对值），级效率可提高1.0%。这些叶型已在东汽300MW等级机组通流改造中和300MW机组优化中应用，获得显著的收益。静叶采用全三维设计，动叶采用高负荷动叶型线（HV叶型）。
中压通流改造技术方案：采用高效后加载层流静叶叶型。中压缸静叶型线全部采用先进的高效后加载层流静叶叶型，以减小尾迹损失和动叶激振力，使级效率大幅度提高，型损减少23%（相对值），级效率可提高1.0%。中压动叶采用高负荷动叶型线（HV叶型）。高负荷动叶型线（HV叶型），该叶型相对于BV叶型级效率提高0.8%。叶顶多齿汽封。中压全部级次采用自带冠动叶，叶顶汽封齿可增加到4-5齿，并改为城墙齿汽封，漏汽量减少可使中压缸效率提高0.15%左右。光滑子午流道。现代设计的汽轮机子午流道均采用光滑的流道，大大减少附加的漩涡损失，中压缸末几级采用外平内斜围带光滑子午通道。中压通流根径抬高至1300mm，优化中排型线，减少排汽损失。
低压通流改造技术方案：采用优化叶型技术和全三维设计方法；动叶根部叶型采用先进的有利于减少二次流损失的“K”型通道叶型，进汽角小、弯度大、刚性大，具有较高的阻塞马赫数；顶部区域叶型采用先进的适合跨音速流动的缩放叶型。静叶采用后加载层流叶型。隔板采用焊接隔板，隔板中分面增加密封键。末级动叶片采用大刚性设计原则，自带冠结构、自带拉筋成圈阻尼联接。动叶采用高负荷动叶型线，叶片材料采用性能优良材料。动叶片加工采用模锻毛坯、数控加工的制造工艺。动叶片采用高频淬火防水蚀，并优化去湿结构设计。叶顶多齿汽封。低压动叶全部采用自带冠动叶，前三级动叶顶部都设计成高、低齿汽封结构，后面3级可增加汽封齿数以减少漏气损失，提高通流效率。低压排汽导流环优化设计，有效减少排汽损失。
汽封结构的优化改造技术方案：高、中压动叶片围带全部采用自带冠CCB结构，叶顶汽封全部采用城墙齿结构，减少了漏气损失，对单级叶顶采用平齿汽封和高低齿汽封结构进行了详细三维CFD数值分析表明，采用高低齿汽封结构较平汽封结构漏气量减少，级效率有0.3%左右的提高，详见附图和附表，并且汽封齿结构（包括隔板汽封和轴封）采用新型东汽 DAS汽封，其汽封圈采用背弹簧装配式，具有退让能力，其DAS汽封齿不仅汽封间隙比其它齿减小0.05-0.1mm，而且在机组起停过程中可很好的保护其余汽封齿不被损坏。
5机组改造后性能试验对比分析
汽轮机通流提效增容改造后汽轮机型号变更为：C320/272-16.7/0.25/538/538型。额定出力提高至320MW，设计背压5.2kPa，设计热耗率7900kJ/(kW•h)。2015年8月4日至11月6日1号汽轮机实施了通流改造施工。受电厂委托，中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北分公司于2015年5月10日至22日按照美国机械工程师协会《汽轮机性能试验规程》（ASME PTC6-2004）对1号汽轮机进行了通流改造后性能考核试验，东方汽轮机厂有限公司代表全程参与、见证了整个试验过程，并对试验数据认可。
性能考核试验结果表明：
汽轮机THA工况下的热耗率为7891.16kJ/(kW•h)，比THA工况保证值7900kJ/(kW•h)低8.84 kJ/(kW•h)；75%THA工况下的热耗率为7973.58kJ/(kW•h)，比75%THA保证值7988kJ/(kW•h)低14.42kJ/(kW•h)；50%THA工况下的热耗率为8263.32kJ/(kW•h)，比50%THA保证值8256 kJ/(kW•h)高7.32kJ/(kW•h)。1号汽轮机THA、75%THA、50%THA的热耗率加权值为7990.78kJ/(kW•h)，比加权平均保证值7997.6 kJ/(kW•h)低6.82kJ/(kW•h)。1号汽轮机THA工况下高压缸效率为87.4%，比保证值86.96%高0.44个百分点；中压缸效率93.02%，比保证值92.94%高0.08个百分点；低压缸效率90.17%，比保证值88.09%高2.08个百分点。1号汽轮机在夏季工况（TRL）修正后的发电机输出功率为319.461MW，比保证值320.053MW低0.592MW。1 号汽轮机在最大连续出力工况（TMCR）修正后的发电机输出功率为332.998MW，比保证值330.405MW高2.593MW。1号汽轮机在高加全切工况修正后的发电机输出功率为320.892MW，比保证值320 MW高0.892MW。
6结论
热耗偏高治理改造后， 热耗值达到7891kJ/kWh，与改造前机组热耗值8269kJ/kWh相比改进明显，达到国内同类机型领先水平，在落实国家节能减排政策同时，取得了良好的经济效益和社会效益。
论文作者:魏东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/20
标签：汽轮机论文; 通流论文; 效率论文; 机组论文; 工况论文; 中压论文; 层流论文; 《电力设备》2017年第28期论文;