摘要：在我国经济飞速发展的同时，电力工业获得了突飞猛进地扩张。然而，电力工业既是重要的能源生产部门，同时又是耗能大户。火力发电厂在发电过程中，其自身损耗是相当大的。巨大的损耗不仅造成电力企业生产效率低下，在能源紧缺的今天，更是使得我国的能源形势愈加严峻。随着不可再生的化石燃料日趋枯竭，环境污染问题的愈发严重，因而提高能源利用率，降低单位GDP能耗和保护环境已成为我国刻不容缓的任务。基于此，本文主要对火力发电厂汽轮机通流部分技术改造经济性进行分析探讨。
关键词：火力发电厂；汽轮机；通流部分；技术改造；经济性分析
1、前言
随着现代热力学及流体力学理论的不断创新，尤其是计算机技术的高速发展，三维设计与制造技术走向成熟，在汽轮机设计与制造方面已得到了广泛地应用。大型精密加工设备的引进和关键加工工艺的改进，国内制造厂生产的汽轮机部件的工艺和质量大幅度提高，使得在原有热力系统的基础上，将现役的汽轮机按照先进的设计理念进行改造成为可能。由于汽轮机通流部分改造可以利用原有的热力系统，引入先进技术行而有效地提高现役机组的出力可靠性和经济性，既节约时间，又节约费用，汽轮机通流部分改造的技术获得蓬勃发展，由可行走向了成熟。
2、项目背景
某电力有限公司4号汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂生产，型号为N55-8.83/535凝汽冲动式汽轮机，采用20世纪九十年代初技术设计制造。此台机组设计热耗率为9448kJ/(kW•h)，但是受当时制造水平的限制，实际运行热耗一直达不到设计值，后来在大修中进行过多次改进和调整，也没有大的好转。4号汽轮机2007年做的热力试验报告，热耗率达到9949kJ/(kW•h)。为了提高机组的热效率，达到节能减排的目的。该厂经过多方考察和论证最终采用北京全三维动力工程有限公司先进的全三维技术，对4号汽轮机进行了通流部分和打孔抽汽改造。改造后机组额定出力能增加5MW，使机组具有灵活的热电联产性能。总之通过改造使机组的经济性、安全性和调峰能力都得到提高。
3、改造的原则和目的
(1)改造安全可靠性第一，采用的改造技术可靠，结构部件安全可靠。设计、制造、检验符合现行的行业新机出厂标准要求。
(2)机组改造后，改造范围内的设备寿命至少应不低于30年，而且对改造范围以外的设备寿命无不良影响。
(3)把纯凝汽式汽轮机改为热电联产机组，改后型号为C55-8.83/(1.1)，负荷在55MW时，抽汽压力1.2MPa，抽汽量35T/h，热电比达到54.5%。
4、改造采用的主要先进技术
4.1新一代“后加载”高效静叶型
新一代“后加载”高效静叶型的突出特点是：
(1)叶片表面最大气动负荷在叶栅流道的后部（传统叶片则在前部）。
(2)吸力面、压力面均由高阶连续光滑曲线（不是圆弧）构成。
(3)叶片前缘小圆半径较小且具有更好的流线形状，在来流方向（攻角）大范围变化时仍能保持叶栅低损失特性。
(4)叶片尾缘小圆半径较小，减少尾缘损失。
(5)叶型最大厚度增大增强了叶片刚性。“后加载”系列叶型在理论分析和实验验证上均表明其效率大大高于传统叶型。
新、老叶型及其表面速度分布的比较，“后加载”叶型在来流方向±30°的变化范围内都可保持低损失，而老叶型的这一范围约为±20°，改造后通流部分在负荷（即流量）变化范围较大时仍有较高的效率，这就增强了机组的调峰能力。
4.2弯扭联合全三维成型静叶栅
弯扭联合全三维成型静叶栅（俗称马刀型叶栅），是第三代汽轮机先进技术的集中体现，世界各国的大量理论与实践都证明采用这一技术可使汽轮机级的效率提高1.5~2%。图1是适用于高、中压缸的两端弯曲加扭转的叶片，图2适用于低压缸末级的根部弯曲、顶部不弯曲（或少许弯曲）、变截面扭转叶片，计算和实验证明弯扭叶栅总损失比传统直（扭）叶栅下降25%甚至更多。
图1 高、中压通流部分弯扭静叶片
图2 低压缸末级、次末级弯扭静叶片
4.3高压隔板分流
静叶栅高压静叶原来为窄叶片加强筋结构，由于加强筋的型线与叶型不匹配，又缺乏严格的工艺要求，加强筋加工粗糙且加强筋与叶型通常不能对齐，造成静叶栅损失大大增加。本次改造采用分流叶栅，可使叶栅损失大幅度降低。机械部上海成套所和电力部西安热工研究院对分流叶栅曾进行过详细的实验研究，高压级采用分流叶栅可使缸效率提高4%以上。
4.4调节级子午面收缩静叶栅
子午面收缩静叶栅主要优点是降低静叶栅通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。对于调节级静叶栅，由于其相对叶高很短（一般L/b≤0.4）,二次流损失占叶栅总损失比例很大，因此在调节级中使用子午面收缩静叶栅的效果非常好，这对提高高压缸效率十分重要，经计算和实验验证可使调节级效率提高1.7%。
4.5动叶自带围带整圈联接
原来的叶片顶部的围带是采用铆接方式，这次改造把动叶顶部围带与叶片做成一个整体，通过预扭装配使动叶片形成整圈联接。这种结构的动叶片振动应力小、不存在铆接造成的应力集中，运行十分安全可靠。
4.6通流子午面光顺
动叶片的自带围带内侧通常按流道形状设计成圆锥面，相应地，动叶片根部及相邻静叶片根部与顶部也设计成圆锥面，于是通流部分子午面十分光顺，而原来的通流子午面都呈现明显的阶梯状。显然，新改造光顺的子午面具有更好的流动效率。
4.7增加汽封齿数
新改造的自带围带动叶片的顶部外圆设置多个汽封齿，从而大大减少了叶顶的漏汽损失。
4.8取消拉筋
由于自带围带整圈联接动叶片具有优良的抗振动性能，取消了原来用于调频的拉筋，从而避免了拉筋造成的绕流阻力和损失。通常取消一条拉筋可使级效率提高1%。
5、改造后经济性
改造后机组于2008年5月并网发电，机组运行情况良好，可在56MW负荷下连续运行，抽汽量20T/h，各项参数控制在允许范围内，各轴承的垂直振动值均在0.025mm以内。2008年7月由某电力试验研究院按照美国机械工程师学会ANSI/ASMEPTC6.0-1976《汽轮机性能试验法规》的规定，对4号汽轮机改造后的热力特性进行了试验。在额定工况下(3VWO)汽轮机通流部分效率提高到89.3%，经过修正后热耗率平均值为9,085kJ/(kW•h)，比改造前下降了约864KJ/(kW•h)，热效率提高了8.68%，折合标准煤可降低约30g/(kW•h)。如果机组按年运行6000h计算，每年可节约标准煤约9900t，标准煤1000元/吨，每年折合人民币约990万元。抽汽供热量20T/h，每年供热2000h，每吨汽的利润按15元计算，每年可收益60万元。此两项每年可实现利润达1050万元。
6、结论
该电力有限公司4号汽轮机通流部分改造达到了预期目的，不但解决了机组本身的缺陷，更重要是达到了节能降耗、减排增效的目的，同时进行了供热改造，改善了当地的生活条件，也解决了工业用汽的困难，淘汰了一批小锅炉。此次改造成功为同类型机组改造升级总结了经验，也为小机组的生存和发展进行了有益的尝试。
参考文献
[1]沈永流，朱宝宇.国产引进型300MW汽轮机通流部分改造及效益分析[J].能源技术经济，2011（2）：36-4
[2]张久锋.300MW汽轮机扩容改造及经济效益分析[J].节能技术，2010（1）：92-96
[3]裴艳梅，赵景辉.国产引进型 300MW 机组节能降耗改造探讨与分析[J].华北电力技术，2009（3）：48-51
论文作者:冯小刚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/14
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