汽轮机节能降耗讲义

1西安热工研究院朱小令充分利用资源发挥设备性能节能降耗自主创新二00九年三月·江苏太仓·2

概述：长期以来一直致力于提高发电厂设备安全、经济性技术研究工作，为不同电厂各类型机组解决了诸多提高设备安全、经济性等技术问题，积累了丰富的实践经验，同时向国内、外制造厂提出了许多技术改进建议和意见，并得已采纳和付诸实施。

特别是1993年以来，应各电厂邀请，针对提高机组性能，策划和技术负责实施了由14个电力设计院设计，各制造厂设计制造的80余台次不同型号及容量机组的节能降耗改造项目，每台机组发电煤耗率平均下降10g/(kW·h)以上；其中17台300MW机组，经政府有关部门组织审查并批准，成功将铭牌出力提高至320MW。07至08年度，所承担改造的6台机组，均获得政府万吨节煤政策奖励。在长期的生产实践中，坚持探索，不断创新，总结出了一整套系统的、切实可行的“提高机组性能技术”，为电力企业创造了数十亿元的直接经济效益和显著的社会效益。TPRI充分利用资源发挥设备性能节能降耗自主创新3

应用该技术所完成的项目分别获得省、部级科学技术进步二等奖三次、三等奖一次。各电力公司一等奖十余次。《中国电力2006专辑》对“提高机组性能技术”进行了详细介绍，多位中国工程院院士和国内著名学者对该技术给予充分肯定和高度评价。对于当前发电企业所关注的问题，汇编了四篇技术文章，旨在将此应用技术和科技成果展现给社会，使业内对此关注的单位和相关人员对其有较全面地了解，加速成果的推广应用，使之转化为生产力，造福于人民。充分利用资源发挥设备性能节能降耗自主创新TPRI4

交流以下五个方面问题(相互之间的逻辑关系)：1.提高机组性能技术分析(理论是根据)2.机组的设计思想(设计是基础)3.提高机组经济性及出力能力的途径(途径是方向)4.存在的问题(问题是症结)4.1汽轮机本体

4.2设备检修

4.3辅机及系统

4.4运行与维护

4.5设备状态诊断5.自主创新(思想是保障)TPRI充分利用资源发挥设备性能节能降耗自主创新51.提高机组性能技术分析目的:了解与掌握影响性能因素

相互之间的关系，明确提高机组性能的途径，便于定性定量综合全面地分析问题,提出改进措施。

1.1机组性能

1.2相互之间的关系

1.3蒸汽热力循环过程

1.1机组性能

1）安全可靠性

2）经济性

3）出力能力TPRI61.提高机组性能技术分析TPRI71.提高机组性能技术分析2）热耗率与效率之间的关系A==常数3）功率与流量、效率之间的关系TPRI4）发电煤耗率b与炉效、管效关系锅炉效率（90%~94%）管道效率（99%）若锅炉效率取92%,1g/(kW·h)=26.7kJ/(kW·h)81.提高机组性能技术分析1.3蒸汽热力循环过程通过蒸汽循环在i-S图与T-S图上表示,直观反映机组效率,可以概括为三个典型过程即：有温差的热交换、绝热节流、有摩阻的热膨胀（或压缩）。尽可能减少实际热力循环过程不可逆性（即ΔS的增加）,以提高循环效率。（见图1、图2）TPRI图1提高初参数、降低终参数效果图2朗肯蒸汽循环的T-S图

91.提高机组性能技术分析提高可概括为以下主要方面：（1）提高蒸汽的初参数和再热蒸汽温度，以提高循环平均吸热温度；（2）保持最佳排汽压力，尽可能减少冷源损失；（3）提高回热循环效率，减少给水在锅炉里的换热温差；（4）尽可能减少热力过程、热交换设备中的换热温度差；（5）减少汽、水在设备中工质流动过程压降和散热损失；

(6)消除外漏、减少内漏；（7）提高汽轮机相对内效率。TPRI102.机组的设计思想目的:了解掌握机组设计思想和特性，便于准确认识设备状况，科学利用现有资源，提高机组整体性能。2.1铭牌的设计与确定2.2主机设备配置2.3汽轮机设计2.4电厂设计TPRI112.1铭牌的设计与确定1)以额定设计参数，循环水温20℃（4.9kPa）为条件，定铭牌功率；2)以额定设计参数，循环水温33℃△（11.8kPa），补水率3%为条件，定铭牌功率：3)两者的差别，以上汽厂H156型300MW汽轮机设计为例（见表1）：2.机组的设计思想TPRI12表1上汽厂H156型300MW汽轮机设计特性2.机组的设计思想TPRIABCDEFG序号项目单位额定工况THA铭牌工况TRL最大连续出力工况VWO工况1功率MW300.0303.9320.2330.92蒸汽流量t/h911.9985.7985.71025.03主汽压力/温度MPa/℃16.67/53716.67/53716.67/53716.67/5374冷却水温/背压℃/kPa20/4.933/11.820/4.920/4.95补水率%03006热耗率kJ/(kW·h)79028331.87893.17876.87蒸汽量相对%08.18.112.48功率相对%01.36.710.39热耗率相对%05.4-0.11-0.32132.2主机设备配置以汽轮机为主，设计确定锅炉参数和蒸发量，设计确定发电机容量。2.3汽轮机设计选型：初终参数；铭牌出力;冲动式、反动式;分缸、合缸。

1）热力设计：分缸参数；叶栅气动特性；级焓降分配；抽汽参数；通流面积（通流能力）设计等。

2）结构设计：汽缸结构；配汽方式；滑销系统；各缸支撑方式；轴承结构形式；转子平衡推力设计；通流动静叶汽封、轴封结构设计；抽汽口设计；衔接件密封结构；夹层汽流的流动方向；动、静叶进、出口的盖度等。2.机组的设计思想TPRI142.4电厂设计

1）辅助设备选型

2）辅助设备布置

3）热力系统管道布置

综上所述，机组的设计和辅机的配套以及系统设计具有充足的裕量，可以充分发挥和利用。2.机组的设计思想TPRI153.1汽轮机通流部分改造3.2应用“提高机组性能技术”

3.3综合分析，科学决策3.1汽轮机通流部分改造技术思想是：通过对汽轮机进行改造，以提高汽轮机各缸内效率和扩大通流面积，增大进汽流量，实现提高经济性和铭牌出力。考核的标准是：实施后汽轮机各缸内效率的实际值和出力能力。3.提高机组经济性及出力能力的途径TPRI

节能减排，如何提高机组的性能，是发电企业面临的一个现实问题。163.提高机组经济性及出力能力的途径3.2应用“提高机组性能技术”技术思想是：充分利用我国的体制资源、人力资源、自然资源、资本资源、技术资源以及国外资源等方面的有利条件和有利因素，将设备制造、电厂设计、辅机匹配、系统布置、检修维护和运行方式等方面有机结合，进行综合分析研究和系统优化，采用一整套切实可行的技术措施，通过提高现有机组蒸汽动力循环的热效率和汽轮机相对内效率，实现提高机组经济性和出力能力。考核标准：机组热耗率的下降和相同流量下功率的增加与出力能力。TPRI173.3综合分析，科学决策建议从以下六个方面进行分析（资料P5）：1）充分了解机组设计思想和同型号机组的实际运行性能；2）汽轮机的设计各缸相对内效率，改造前、后理论设计值的差值是多少（资料P4表2）；3）原设计的汽轮机，各缸相对内效率实际值分别是多少，是什么原因，针对存在问题有什么改进措施和有无重大技术突破；4）现机组实际运行热耗率与设计值偏差多大，是否达到同型号最好机组运行水平，如若存在差距，引起的主要原因是什么；5）分析电厂设计，锅炉、汽轮机、发电机和主要辅机配置以及当地自然环境条件下机组的安全保证出力；6）对机组改造进行技术经济可行性分析，不仅是以新改造后的设计性能为依据与原机组比，更为重要的是要结合本厂其他主、辅机设备及热力系统实际性能，综合分析改造后机组实际运行可能达到的经济性，到底是多少。3.提高机组经济性及出力能力的途径TPRI18

目的:在充分了解和掌握机组设计思想和特点及提高性能方向的基础上，将各环节,能量转换过程中影响效率的不

利因素降低到最小的程度。根据不同机组实际情况结合实施完善改造的经验和教训，分析存在的问题，提出改进方案。分以下五个主要方面：4.1汽轮机本体4.2设备检修4.3辅机及系统4.4运行与维护4.5设备状态诊断4.存在的问题TPRI194.1汽轮机本体状况：设计与实际不符，工艺不完善，内效率低。

对于设计、加工制造完成，已投产的汽轮机，能否达到设计性能的关键：1）调节级或第一级和低压缸末级的性能是否达到设计；2）进入汽轮机的蒸汽是否以最佳的方向，有序地进入叶栅汽道；3）进入汽轮机的蒸汽是否最大限度的通过叶栅汽道。4.存在的问题TPRI204.存在的问题TPRI4.1.1调节级和低压缸末级的问题（见图3、图4）

图3

调节级和低压缸末级图4

调节级和各缸效率曲线性能对机组性能的影响21(1）额定工况下,级内效率设计值不高（300MW机组含汽门节流：哈汽、东汽为64%，上汽为71%）;（2）功率份额大(额定工况下，功率占高压缸20.1%;占整机6.2%);（3）随机组负荷下降，进汽度减小，效率降低，功率份额增大。某型号300MW汽轮机调节级设计特性序号项

目单

位工况1工况2工况3工况41全开阀门数/65432部分进汽度％95.4579.5463.6347.723名义喷嘴面积cm2201.69168.08134.46100.854流

量t/h975.8890.4773.3595.65调节级效率%77.771.867.160.46调节级功率MW16.91718.62520.36221.6801）调节级热力特性4.存在的问题TPRI表2222）调节级存在问题（1）实际运行额定工况调节级级内效率：哈汽、东汽约35%，上汽约50%，偏离设计值太大（相差20个百分点以上），影响整机功率1.7%以上；（2）喷嘴易损坏（使用1～2个大修周期）；（3）加工、装配、检修、安装均存在问题，喷嘴出口的汽流不能以最佳的方向，有序地进入调节级动叶，严重影响调节级效率和整机功率；（4）喷嘴面积太大，造成机组高真空或低负荷工况时，若提高主汽压力，调门开度变小，调节级内效率下降，功率增大，影响高压缸效率；若降低主汽压力，开大调门，初参数降低，影响机组循环效率；3）调节级改进措施（1）优化叶型、改进结构、提高材质等级；（2）合理设计面积；（3）改进加工、装配、检修安装等工艺；通过以上措施，可大幅度提高调节级内效率和功率,从而提高机组额定与低负荷工况运行经济性和机组出力能力。4.存在的问题TPRI234.存在的问题TPRIABCDEFGH序号项目单位N156F156H15673A73A1计设功率MW330302.3300.9300.0300.02主汽流量t/h1002.0975.9985.6971.4971.43主汽压力/温度MPa/℃16.67/5386.67/53816.67/53716.67/53716.67/5374凝汽器压力kPa11.811.811.811.811.85喷嘴名义面积c㎡230.0201.7188.9(改)224.3195.1(改)6试验日期年/月/日08/8/2707/2/506/6/1707/8/608/7/287试验功率MW329.1327.3301.5299.7320.48主汽流量t/h1016.01020.1970.91010.11028.39主汽压力/温度MPa/℃16.07/538.716.21/537.016.66/542.616.12/540.316.65/535.610凝汽器压力kPa8.46.77.412.111.711调门/喷嘴面积V/c㎡5V/1926V/201.74V+31.5%/157.45V/186.76V/195.1表3

调节级喷嘴面积对主汽压力的影响24254.存在的问题TPRI4.1.2进入汽轮机的蒸汽不能以最佳的方向，有序地进入叶栅汽道

图5

动静叶轴向间隙及盖度叶高与盖度的分配动叶高Lmm≤50

51～9091～150＞150△tmm1.522～2.52.5～3.5△rmm0.511～1.51.5264.存在的问题TPRI图6

反动式与冲动式结构特点及漏汽的影响反动式冲动式4.1.3汽轮机动、静叶汽封和平衡盘漏汽偏离设计274.存在的问题TPRI图7

平衡盘漏汽和汽封效果判断284.存在的问题TPRI4.1.4高压缸上、下缸温差大1）高压缸夹层蒸汽流向与设计思想不符；2）汽缸缸温的测点位置不合理，不能反映汽缸温度的状态。机组额定负荷运行，上下缸温差可以达到-70℃以上，造成汽封磨损、汽缸变形、螺栓松弛与断裂等危害。294.存在的问题TPRI4.2设备检修目前状况：大修周期延长，大修工期缩短，工艺不完善，大修质量下降。1）中心调整问题2）汽缸跑偏、汽缸变形问题3）通流清洁问题4）低压缸检修问题5）汽封改进及调整问题(汽封间隙0.25~1.0mm,仅影响60kJ/(kW·h）左右。密封效果，关键是被密封处转子的结构形式。)6）螺栓紧力问题7）设备与管道表面保温问题8）阀门检修与调整问题(消除外漏、减少内漏）304.存在的问题TPRI图8

改进后的喷嘴组加工及装配31324.存在的问题TPRI

经处理过的叶片表面喷珠工艺处理过的叶片表面33这种汽封结构,严重威胁转子安全和密封果效！344.存在的问题TPRI4.3辅机与系统目前状况：设计配置裕量大，设备与系统不完善，工质利用效率不高。1）冷端系统问题（凝汽器、循环水泵、水塔、给泵密封水回水等）2）疏水系统问题（防汽轮机进水、优化改进问题）3）回热系统问题（布置、加热器水位、疏水、疏水泵）

4）热力系统冗余

5）阀门与控制问题354.存在的问题TPRI图9

回热抽汽效果图9

超临界600MW机组凝结水调整门（DN200)节流损失大364.存在的问题TPRI374.存在的问题TPRI4.4运行与维护目前状况：负荷率普遍偏低，机组固有特性已发生变化，运行与维护要提高科学性。1）功率与热耗率的关系2）极限真空问题3）汽水品质问题4）固体粒子对通流的冲蚀问题5）疏水控制问题6）运行方式及参数控制7）轴承振动和瓦温问题8）故障判断问题9）汽缸快冷10）热控及仪表

384.存在的问题TPRI功率热耗率MW%kJ/（kW·h）相对%600100788005108578870.09420