汽轮机通流技术改造

1、苏制超临界三缸两排汽 320MW汽轮机通流技术改造李宝清，赵吕顺，杨 舰，王胜利（北京全四维动力科技有限公司，北京，100085）摘要：苏制超临界320MW汽轮机热耗高、效率低，显著低于目前300MW机组的先进水平。北京全四维动力科技有限公司采用最新的设计技术对其进行了通流技术改造，通流改造后的热力性能试验表明该型汽轮机的通流改造是非常成功的，也为国内其他进口机组的通流改造提供了很好的借鉴。关键词：超临界；汽轮机；通流改造；缸效率；热耗0?引言随着近几年我国和全球经济、能源和环保形势的发展，火力发电企目前面临的形势也出现了一些新的特点。节能减排已经提升为火电企业发展的约束性指标；火力发电企业的

2、电量调度已由铭牌调度逐步调整为节能调度；07年以来国内外电煤价格一度高涨，火电企业经营压力陡增。在上述背景下，机组的煤耗水平、汽轮机的热耗水平已成为影响火电企业生存与发展的关键指标，要在市场竞争中保持发展优势，就必须采取有效措施，大幅度降低汽轮发电机组的供电煤耗水平。华能南京电厂#1、# 2机组为前苏联生产的超临界机组。1994年投产以来，汽轮机缸效率和热耗率一直严重偏离设计值，机组煤耗较高，且存在某些安全可靠性问题，迫切需要对其进行技术改造以实现机组热力性能和安全性能的提升，以实现大幅度的节能减排、应对节能调度和煤炭成本上涨带来的压力。1?苏制超临界320MW汽轮机概况华能国际南京发电厂#

3、1、# 2汽轮机是乌克兰哈尔科夫汽轮机厂生产制造的K 320 23.5 4型超临界、一次中间再热、三缸两排汽冲动凝汽式汽轮机。该型机组主蒸汽参数为23.5Mpa、540 C ；再热蒸汽参数为 3.7Mpa、540 C，铭牌出力为320MW。K 320 23.5 4型汽轮机的结构如下图所示。该型汽轮机由高压缸、中压缸和低压缸三个汽缸组成，其中高、中压缸为双层缸，采用蒸汽流向反向布置，低压缸采用双流图1超临界320MW汽轮机纵剖面图高压缸部分通流级数为 9级，包含1个单列调节级和8个压力级；中压缸部分通流级数为10级，低压缸的通流级数为2拓级。原机组高、中压转子为整锻转子，低压转子为焊接转子，转子

4、间均采用了刚性联接。苏制超临界320MW汽轮机的热力性能2005年# 2机组大修前后和 2008年# 2机组通流改造前的热力性能数据与原机组设计数据对比如下表所示。2005年大修前后、08年改造前实测数据与原设计数据对比设计值2005 年2008年改造前大修前大修后高压缸效率82.6%78.25 %79.7 %77.84%中压缸效率93%88.79 %90.4 %90%热耗率kJ/kWh7938.6一一8400从上表数据可以看出该机组的热耗水平要比300MW等级汽轮机的先进热耗水平高出420kJ/kWh 以上，其性能不仅严重落后于当今 300MW 机组的先进水平，与原设计值也存在 很大差距。

5、分析该型机组热力性能较差的因素主要有以下几点：（ 1）该型 320MW 超临界机组设计年代较早，其设计水平属于上世纪 80 年代的设计水平； （2）各级焓降分配不合理，各级余速损失较大，内效率低；（ 3 ）叶片型线设计技术已比较落后，损失大、级效率低；（ 4 ）高、中压通流部分隔板导叶均采用宽叶片，展弦比小，二次流损失大；（ 5 ）调节级喷嘴设计采用了效率较低的直通道喷嘴；（ 6 ）动静匹配不合理，攻角损失大；（ 7）通流子午面虽经过光顺，但光顺程度较差（尤其是低压部分），流动损失较大；（8）虽然在机组设计中叶顶采用了多齿汽封，但叶顶汽封设计不合理，漏汽损失大； （9）原机组轴封设计不合理，轴

6、封漏汽量大。汽轮机通流技术改造方案及措施改造原则 依据以往通流改造项目的实施经验与该项目的具体要求， 与用户协商确定的该型机组的 改 造原则如下：（ 1 ）汽轮机与发电机的接口不变；（ 2 ）汽轮机回热系统基本不变，各抽汽口抽汽参数基本不变；（ 3 ）汽轮机基础、轴承箱与轴承座不动； （4）改造后设备满足现场安装要求。通流技术改造目标（ 1）通过对汽轮机进行技术改造，提高汽轮机的效率，高压缸缸效率85% （更换新阀门后可达 86%以上）、中压缸缸效率 93% 、低压缸缸效率 87% ；降低热耗，使机组的 热耗达 到 1880kcal/kWh 以下。（ 2）通过对汽轮机通流改造，实现机组增容，额

7、定功率增至340MW 。（ 3 ）通过技术改造，提高机组安全可靠性，可用性，降低检修和维护成本。改造更换部件图 2 中的彩色部分即为本次改造方案中的主要更换部件范围。 除对主要的通流部件高、 中、低 压转子、动叶片、隔板、部分隔板套及汽封等部件更换外，还对影响机组安全性、可 维护性的部件进行 了更换，如盘车装置、联轴器螺栓和可倾瓦轴承等。图 2 通流改造更换部件示意图通流改造技术措施 在该型机组的通流改造方案设计中，主要的技术措施包括：1）.合理优化各级焓降分配 调整了各级节圆直径，优化了焓降分配和各级速比，提高级内效率。2）.叶片型线优化考虑动静叶片的相互干扰， 利用先进的优化方法针对该机组

8、的情况进行定制化型线设计， 降 低了型线 损失，提高叶片的级效率。3）.收缩子午面调节级叶栅调节级的性能对汽轮机整体效率以及出力具有较大影响。 由于调节级叶片展弦比较小， 二次 流损失非 常严重。 采用子午面收缩可以降低叶栅通道前部的气动载荷， 大幅度减小二次流损 失。在本改造方案 中采用经过优化后的收缩子午面调节级叶栅来代替原机组中直通道调节级 叶栅。4）.分流叶栅 由于高压部分容积流量较小， 导致叶片展弦比很低， 因此对部分压力级隔板采用分流叶 栅结构，降低二次流损失，提高通流效率。5）.弯扭联合成型静叶栅 在汽道高度较高的中压后部及低压全部静叶片，采用全四维技术优化的弯扭联 合成型静叶

9、栅，进一步提高汽轮机的级效率。6）.通流子午面光顺在改造方案中： 高、 中、低压缸各级动叶片均采用自带围带整圈联接，动叶围带加工为内斜 外平结构， 按流道形状进行光顺设计， 动叶片根部及相邻静叶片根部与顶部也进行光顺设计， 通流部分子午面十分 光顺，大大提高了通流效率。7）.汽封（ 1）高、中、低压各级动叶片顶部增加径向汽封齿齿数，围带加工成带有凸台的结构，与高低齿围带汽封相配合，减少动叶顶部漏汽。（2）高、中压隔板根部增加了径向汽封，减少了叶片根部的蒸汽泄露。（ 3）原机组轴端汽封设置数量较少，根据轴端空间情况适当增加了轴端汽封圈数，并在适当位置采用了蜂窝汽封和接触式汽封进一步减少了漏汽。8

10、）.拉筋所有动叶片不再设有松拉筋， 末级叶片的中间连接件改为型线凸台， 不仅减少绕流损失、 提 高了通流 效率而且使叶片的强度与阻尼性能大大提升。9）.全部隔板均采用焊接隔板 隔板全部采用焊接钢隔板。焊接钢隔板材质好、叶栅部分加工和装配精度 高。10 ）.转子 改造中全部三根转子都更换为不带中心孔的整段转子，低压转子由焊接转子改为不带中心孔 的整锻转子。11）. 末级叶片和次末级叶片 末级叶片采用新设计的 902mm 高效末叶片，叶根采用了圆弧枞树型叶根， 易于装配。为解 决机组目前存在的较严重的水蚀和冲刷问题，改造中主要考虑以下几项措施： （ 1）叶片的气动设计上为高根部反动度设计，改善末级

11、气动性能，更好的防止在低负荷时末级通常容易出现的脱流和倒流以及由此带来的动叶出汽边水蚀现象， 大大提高低压缸运行 安全可靠性，增强机组 调峰运行能力。（ 2 ）在改造方案中将适当加大末两级动静叶片间间距，以减弱水蚀对叶片的破坏。 （3）末级叶片进汽边的防水蚀措施为严格按工艺钎焊整条司太立合金片。（ 4）末级和次末级叶片采用综合性能较高具有较好的抗水蚀能力的0Cr17Ni4Cu4Nb 材料，该材料常温强度高， 耐疲劳、抗腐蚀、抗震焊接性能均良好， 是现代大容量机组广泛采用的 高强度末 级、次末级材料。12 ）.渗硼处理 针对超临界机组普遍存在的调节级喷嘴和中压第一级隔板 SPE 问题进行渗硼处理

12、以提高图 3 渗硼后的喷嘴图 4 渗硼后的中压第一级隔板SPE 抗力。改造效果2008 年 12 月 13 日南京电厂 #2 机改造施工完毕， 机组一次启动成功， 并顺利带满额定负荷。 改造 更换的各轴瓦振动指标均为优良，汽轮机各负荷运行平稳，各参数正常。为检验 #2 汽 轮机改造后的热 经济性， 2009 年 1月电厂委托江苏电科院对改造后的 #2 机进行了全面热力 性能验收试验。试验结果 如下：（ 1）改造后汽轮机额定出力达到了设计值340MW ；（ 2 ）改造后汽轮机高压缸效率达 85.6% （考虑主汽阀压损修正高压缸效率为86.6 以上），中压缸效率达 93.5% ，低压缸效率达 86.6% ；（ 3）改造后，汽轮机额定工况热耗率为7863kJ/kW.h 。改造后高、中压缸效率分别比改造前提高了 7.76 、 3.5；汽轮机额定工况热耗降低了约536 kJ/kW.h ；锅炉效率按 93.5 、厂用电率按 5.6% 、管道效率按 98计算，额定工况时机 组供电 煤耗降低了约 21 g/kW.h 。由此可见，南京电厂 #2 汽轮机通流改造后，