国产100MW汽轮机通流部分现代化技术改造

1、国产100MW汽轮机通流部分现代化技术改造 摘要：本文论述了国产100MW汽轮机通流部分进行现代化技术改造的必要性，分析了机组原设计经济性差的原因，介绍了通流改造方案采用当前国内、外老汽轮机改造的许多先进技术和成熟经验所取得的良好成果，不仅在技术和经济上有明显的效果，而且对我国今后进行发电机组改造规划有指导作用。 关键词：通流部分 经济性 效率 热耗率   前言 近年来，随着计算机技术的发展和设计理论的更新，汽轮机通流部分三元流气动设计、叶片动强度设计及有限元分析方法等被广泛运用，其突出特征是静叶为弯扭联合、动叶为扭曲结构、设计采用当代计算流体力学和结构、强度、振动分析的最新成果，结

2、合相应的试验研究使新设计的汽轮机通流部分经济性和可靠性不断提高。因此，对已运行多年的大机组采用各种新技术进行技术改造对于节约能源、提高机组运行安全可靠性有十分重要的意义。 鉴于国产大机组可靠性和经济性较差，我国应大力推进现有火电机组的改造，提高机组的运行性能和可靠性，这对促进我国电力工业的发展有重大意义。我国的老机组改造目标的一般优化顺序为：（1）提高可靠性及可用率；（2）提高效率；（3）带周期性负荷运行；（4）延长寿命；（5）增加输出功率。 一、    国产100MW汽轮机改造的必要性 1      &

3、#160;  N100-90/535型汽轮机设计、运行状况 我国N100-90/535型汽轮机的生产厂家有三个：哈尔滨汽轮机厂、东方汽轮机厂和北京重型电机厂。三个制造厂设计、制造的N100-90/535型汽轮机与前苏联40年代实际的高压100MW汽轮机基本相同。早在1990年，国家有关部门就明确提出：“到2000年底降低火电平均供电煤耗率60g/kwh”、“汽轮机组设计煤耗率努力降低20-30g/kwh”（即“六0工程”）。据统计资料表明，我国1999年平均供电煤耗约399g/kwh，而发达国家的供电煤耗约为320g/kwh。要改变这种状况，国家必须对电力结构进行调整。 由于N100

4、-90/535型汽轮机设计年代较早，设计、制造技术落后，反映在机组的可靠性和经济性指标较差。与国外机组相比热耗率要高出100kcal/kwh以上。老100MW机组高压缸效率约为7880%，低压缸效率约为7173%，而国外机组可以达到高压缸效率86%以上，低压缸效率83%以上。 国产100MW机组采用的680mm动叶片运行安全可靠性较差，曾发生过叶片断裂事故，严重危及机组的安全、满发运行。100MW机组是我国电网的主力机组之一，其安全、经济、稳定运行，对今后我国电力生产和节约一次能源的消耗起着至关重要的作用。而通过通流部分的技术改造，可以使100MW机组的可靠性和经济性在较短的时间内有显著性的提

5、高，机组的煤耗可以下降1020g/kwh。由此可见，尽快进行改造是非常必要的。 2         N100-90/535型汽轮机经济性差的原因 由于100MW机组设计制造较早，设计水平相当于40年代的水平。比起国外机组有较大的差距。其经济性差的主要原因表现在： Ø      叶片型线是4050年代前苏联老型线，气动热力性能差，叶型损失大、效率低; Ø      某些级的速比和焓降分配不合理，导致

6、热力特性参数偏离最佳值，级效率低; Ø      通流子午面不光顺，特别是高压缸后段和整个低压缸呈明显的阶梯形通道，容易产生脱流，加大了通流损失; Ø      动、静叶片匹配不佳，叶片来流攻角偏大，增加了攻角损失; Ø      部分级动叶顶部无围带或有拉金，增加了泄漏损失和绕流损失。   二、    N100-90/535型汽轮机通流部分的现代化改造 1 

7、0;       改造目标 Ø      通流效率提高5%以上； Ø      在锅炉最大出力不变的前提下，将机组最大连续出力增至110MW； Ø      改进动叶结构，大幅度提高运行安全可靠性； Ø      提高机组灵活性，增强调峰能力； Ø   

8、60;  延长机组使用寿命。 2         通流部分改造应遵循的原则 国产100MW汽轮机组由于运行的可靠性和经济性较差，有必要进行技术改造，在改造过程中，必须受到现场环境以及条件的限制，所遵循的技术原则为： Ø      采用汽轮机全三维设计技术对通流部分重新设计，提高效率，降低热耗； Ø      尽可能消除原机组存在的缺陷，以进一步提高机组的安全可靠性，同时增强调峰能力； &

9、#216;      根据机组实际运行状况及用户要求，对高、低压缸通流部分采用双列调节级方案进行改造； Ø      改造工程的现场施工力争在电厂大修期内完成； Ø      电厂现有的回热系统保持不变。 3         借鉴其它设计的成功经验 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司（以后简称哈汽公司）在机组的开发、设计制造和科研试验方面具有较高的水平和丰

10、富的经验，生产的210MW三缸二排汽汽轮机、200MW空冷机组以及300MW汽轮机都荣获过国家级重要奖项。国内已参与改造的100MW机组，合山#6机、小龙潭#2机、昆明#2机和青山#10机都取得了预期理想的效果。在改造过程中应用了多级汽轮机一维、准三维气动热力设计体系，以及近年来开发的强度、振动计算方法。近十年来，哈汽公司已先后完成25MW、50MW、100MW、120MW、125MW、200MW、210MW、300MW等国产和进口机组的改造约七十台套，在电厂运行非常成功。从一系列改造的成果来看，改造的技术已趋成熟。 4      &

11、#160;  N100-90/535型汽轮机通流部分改造方案 (1)经济性方面 Ø      在不影响改造效果的前提下，充分利用原有设备，以减少工程量和降低改造成本； Ø      保持原有的热力系统、管道及各设备的连接方式和位置； Ø      改造后机组动叶片全部采用自带冠加先进的多齿汽封结构，隔板汽封也采用多齿汽封结构，以减少漏汽、提高效率； Ø    

12、;  所有的静叶片、动叶片以及静动叶片之间的流动匹配全部采用全三维设计手段进行优化分析和设计。 (2)安全可靠性方面 Ø      末级动叶片顶部进汽侧焊整条司太立合金片、次末级动叶片顶部进汽侧进行电火花强化处理、末级和次末级采用高反动度设计，同时更合理地设置疏水机构，以保证叶片的防水蚀性能； Ø      改造后机组从气动和结构两方面提高了机组的变负荷运行性能，气动方面的主要措施有：具有大攻角适应能力的新型静叶片、具有良好变负荷运行业绩的末级动叶片、低压部分高根部

13、反动度设计及子午面扩张技术等；结构方面主要措施有：调整通流部分动静间隙； Ø      通过校核和计算，确定了合理的轴向推力及负推力，使机组运行更加安全可靠； Ø      末级叶片采用新型高效的668mm末级叶片，次末级叶片采用395mm自带冠叶片，这两种叶片的频率特性较好，对负荷的适应性也强。 三、    通流部分改造方案的实施 电厂100MW机组通流部分改造工作可以在机组大修期间完成。制造厂可以根据各电厂大修计划，提前完成新叶轮、叶片、隔板

14、以及隔板套等制造、组装任务。改造机组停机开始大修后把高中、低压转子及时运到制造厂重新进行套装叶轮和转子找动平衡的工作。待此工序完成后即可运回电厂进行调整通流间隙及以后的扣缸等各项工作。具备条件的电厂，换装叶轮的工作也可以安排在现场实施。 四、    通流部分改造的实际效果和经济效益 为了验证机组通流部分改造的实际效果，一般由电厂配合有关部门对机组改造前后进行热效率试验。湖北青山热电厂#10机是国内近期改造的一台N100-90/535型汽轮机组，由北京全三维动力工程有限公司设计，哈汽公司制造。改造后相关试验数据如下表： 额定工况 汽轮机效率 热耗率 机组供电煤耗 改

15、造前 83.05% 改造后 87.13% 差值 4.08% 从采集的数据来看，改造是卓著成效的。以该机组年运行4000小时，平均负荷80%来算，每年节约的标煤就可以超过一万吨，每年可以多发电。若标煤价按300元/t计，可节省燃料费300多万元。 国内电厂其它已完成通流部分改造的100MW机组，如广西合山厂，昆明发电厂，云南小龙潭发电厂。合山厂高压缸效率达到86.69%，低压缸效率达到82.83%，热耗达2147kcal/kwh；昆明厂高压缸效率达到87.72%，低压缸效率达到81.29%，热耗达2142kcal/kwh；小龙潭厂高压缸效率达到87.72%，低压缸效率达到81.29%，热耗达21

16、47kcal/kwh。改造的效果及经济性是相当可观的。 五、    结论 Ø      国产100MW汽轮机通流部分改造方案应用了当前国内、外老机组改造的许多先进技术和成熟经验，技术指标较先进，改造措施较切实可行。 Ø      一台N100-90/535型汽轮机通流部分经改造后效率可提高45%，机组热耗可降低765kJ/kWh，每年可节省一万吨煤，多发电，投资费用可在4年左右时间收回。 Ø