600MW超临界汽轮机组的增容提效改造

郝庆丰，华陆平，丁国庆，戴 峰，项 林

(淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232000)

600MW超临界汽轮机组的增容提效改造

郝庆丰，华陆平，丁国庆，戴 峰，项 林

(淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232000)

阐述了某电厂1号汽轮机增容提效改造的背景及必要性，介绍了汽轮机通流部分的改造目标、基本原则及改造方案，主要对高中压合缸模块、低压缸模块及机组安全可靠性方面进行了优化改造。改造完成后，降低了机组热耗率、供电煤耗，提高了机组的电功率和经济性，可为同类型机组的增容提效改造提供参考。

汽轮机；增容提效；通流改造；优化

1 汽轮机增容提效改造的背景

某电厂1号汽轮机为国产超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、反动凝汽式汽轮机，型号为N600—24.2/566/566。该机型受上个世纪90年代国内汽轮机的设计制造水平和制造工艺的限制，在经济性能方面存在较多问题。

2007-07-26，该电厂1号汽轮机组投入商业运行，并在2009年进行了1次A级检修。在A级检修中，将汽轮机高中压缸平衡活塞的汽封更换为蜂窝汽封，调整汽轮机各级汽封径向间隙至设计下限值。此次A级检修对汽轮机的节能降耗起到了一定的作用，机组经济性也有了一定改善，但与当前600MW超临界汽轮机的先进设计和运行水平仍有一定差距。

2 汽轮机增容提效改造的必要性

2.1 汽轮机的经济性不高

改造前，1号汽轮机组热力性能的试验数据如表1所示。

从表1可知，修正后的满负荷热耗率与当前优秀水平的 7600kJ/kWh 相差 176kJ/kWh；60%负荷和80%负荷的供电煤耗均超过了305g/kWh(机组大部分时间都是运行在 60%—80% 负荷)，未达到国家“十三五”能源规划要求，即：关于现役60万kW及以上机组力争5年内供电煤耗降至300g/kWh。

表1 1号汽轮机组增容提效改造前的性能试验数据

2.2 汽轮机的安全可靠性不佳

1号汽轮机组在安全可靠性方面也存在一些问题，包括以下几点：

(1)低压外缸刚度不足，运行时易发生位移，导致两端轴封磨汽封间隙增大，影响凝汽器真空严密性；

(2)各级抽汽普遍超温，尤其是3级抽汽温度在运行中达到508℃，超过设计值52℃，接近3号高加设计温度的上限值510℃；

(3)由于高压调节汽阀阀座与阀体安装紧力不足，运行中多只高压调节汽阀阀座从阀体上浮起；

(4)高压调节汽阀阀杆与油动机杆采用螺纹连接，频繁发生阀杆脱落等故障。

鉴于1号汽轮机组在经济性和可靠性方面存在很多问题，而这些问题大部分都是由设备结构缺陷造成的，难以通过正常检修来解决，必须进行综合性的升级改造。

因此，该电厂决定对1号汽轮机组进行增容提效改造。

3 改造方案

3.1 确定改造目标

(1)使机组修正后的满负荷热耗率降至7600kJ/kWh 以下、供电煤耗在 60% 负荷以上时均低于300g/kWh，将机组的铭牌出力提升至660MW，且保证低负荷运行时的经济性。

(2)消除目前机组存在的影响运行的缺陷，提高机组运行的安全稳定性。

3.2 确定改造应遵循的基本原则

通过可行性研究后，决定选择原设备制造厂来对1号汽轮机进行改造。同时，针对该机组的实际情况，确定了改造方案应遵循以下几个基本原则。

(1)在确保改造效果的前提下，尽可能利用原有设备，减少改造工作量。

(2)保持现有热力系统不变，即保持现有的热力参数基本不变，从而保证汽轮机的相关主要辅机系统不变。

(3)保持各管道接口位置、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。

(4)保持高中压外缸、低压外缸不变。

(5)汽轮机各轴承座、高中压进汽阀门以及进汽管道不变。

3.3 高中压合缸模块改造方案

(1)对高中压各级进行设计优化：优化高压动、静叶片设计；增加通流级数(高压级数：1+13级，中压级数：9级)；采用T形叶根；转子随动叶改造，持环随静叶改造。

(2)隔板及径向汽封采用镶片式迷宫汽封，端部汽封采用蜂窝式汽封，平衡活塞汽封均采用侧齿汽封。

(3)将原机组高中压静叶持环、高中压独立内缸和高压蒸汽室等高温部件整合，设计形成一种新型的高中压整体内缸。相比于原机组内缸及其繁多的部件，新型高中压整体内缸部件构成简单，有效解决了原内缸部件多、结合面复杂、长期运行存在配合漏汽等问题，同时减小了现场安装检修工作量，有效缩短了机组现场的安装检修周期。

(4)优化喷嘴组结构及调节级型线。喷嘴静叶进汽部分采用子午面型线，确保蒸汽进入叶栅更加顺畅，减小了压力损失。改造前，高压喷嘴组为螺栓连接结构；改造后，喷嘴安装方式为滑入式，不需要螺栓连接，不仅减少了漏汽，还加强了喷嘴组强度。调节级叶片叶顶汽封齿由3道齿增加至5道齿，增加了密封效果，减少了漏汽。

3.4 低压缸模块改造方案

(1)上海汽轮机有限公司超临界600MW汽轮机末级叶片主要采用1050mm及 915mm长叶片系列，对于负荷率较高、运行在90%以上负荷小时数较多的电厂，建议末级叶片采用1050mm长叶片系列；对于负荷率偏低、运行在90%以下负荷小时数较多的电厂，建议末级叶片采915mm长叶片系列。结合该电厂实际情况，因改造后机组很少出现运行在90%以上负荷状态，915mm叶片的经济性更好，最终末级叶片选择915mm长叶片。

(2)合理增加通流级数，以提高低压缸整体通流效率，由原来的2×7级改为2×9级。

(3)低压内缸采用全新设计的低压斜撑内缸结构。首先，斜撑内缸采用一种新型平行四边形的抽汽腔室结构和新的螺栓法兰布置方法，组成1个满足抽汽要求的封闭平行四边形腔室。利用中分面少量的法兰螺栓布置，借助汽缸的热胀，以达到运行时的自密封效果，从而解决了传统单靠螺栓密封技术所存在的问题，这是一种先进的利用特殊结构达到自密封的技术。其次，新型低压内缸的径向隔板为斜向布置，斜向布置的隔板在轴向方向上的投影增长，能使轴向的温度梯度分布更均匀。所以，相比于原内缸结构，新型内缸结构更为简单，温度场分布更均匀，提高了中分面密封性，有效解决了低压抽汽温度偏高的痼疾，改善了汽缸蒸汽内漏的问题，提高了低压缸效率。

(4)原机组低压进汽部分由一斜段和一长直段组成，优化后采用3段渐缩结构，可明显减小蒸汽紊流度，使速度分布更加均匀，明显改进气动性能。无叶通流区域的流道设计更加合理，减少了蒸汽流动损失，提高了机组效率。

(5)对排汽导流环的排汽型线进行全新优化设计，可大大降低低压缸的排汽损失，提高效率。

3.5 涉及机组安全可靠性方面的优化改造

(1)针对低压外缸刚度不足，凝汽器抽真空后下沉量较大的问题，制造厂采取电厂的建议，通过增加低压外缸内、外部支撑筋数量来对外缸进行加固，提高了机组运行稳定性。

(2)针对本机型频繁出现高压调门阀杆脱落的问题，将高压调门阀杆与油动机连接方式改为与上汽西门子机型相同的联轴器连接方式。

(3)原机组联轴器螺栓设计为间隙配合，且联轴器螺栓设计的紧固力矩偏小，机组运行一段时间后就会出现对轮同心度超标问题；通过改造，将各联轴器螺栓改为液压紧配螺栓。

4 增容提效改造效果

4.1 改造后的机组性能

改造后的1号汽轮机组性能试验数据如表2所示，机组满负荷修正后的热耗率为7584kJ/kWh，比设计值 7620kJ/kWh 低 36kJ/kWh，比改造前低192kJ/kWh；满负荷的供电煤耗比改造前低7.3g/kWh。

在额定出力(TRL)工况下，经过修正后的电功率为678.470MW；最大连续出力(TMCR)工况下，经过修正后的电功率为704.824MW，因此1号汽轮机能达到设计额定出力660MW。

表2 1号汽轮机组增容提效改造后性能试验数据

4.2 提高汽轮机的安全可靠性

通过改造，消除了目前机组存在的低压缸刚度不足、各级抽汽普遍超温、高压调节汽阀阀座运行时从阀体上浮起以及高压调节汽阀频繁发生阀杆脱落等问题，提高了机组运行的可靠性。

4.3 提高汽轮机的经济性

从表2可以看出，汽轮机在60%负荷和80%负荷的供电煤耗率均低于300g/kWh，热耗值、汽缸效率也处于较理想水平，汽轮机能满足大部分时间运行时的经济性。

4.4 不足之处

1号汽轮机的通流改造设计存在如下不足：因新型高中压内缸取消了喷嘴室处2道汽封，造成高中压缸过桥汽封漏气增加。性能试验数据显示：在满负荷工况下，合缸处轴封漏气至中压缸平均流量31.122t/h，占再热蒸汽流量的1.98%，是设计值 0.31% 的 6.4 倍 (设计漏汽量为 4.8863t/h，再热蒸汽流量为1570.3t/h)，影响热耗升高约27kJ/kWh。将此问题反馈给制造厂后，制造厂同意在该电厂2号机通流改造中增加2道汽封。另外，高压缸效率较改造前有所提高，但未达到设计值，制造厂分析原因主要是调节级焓降及效率影响。

5 结束语

综上所述，该电厂1号汽轮机增容提效改造在经济性和可靠性方面达到了预期目标，改造方案是行之有效的，对同类型的机组增容改造提供一定的参考作用。

1牛卫东．汽轮机原理[M]．北京：中国电力出版社，2008.

2刘振杰，刘鑫，高登攀．国产引进型300MW汽轮机高压缸存在问题的研究[J]．电力安全技术，2012，14(8)：14-16.

2016-12-31;

2017-04-11。

郝庆丰(1980—)，男，工程师，主要从事汽轮机安装检修工作，email：9791563@qq.com。

华陆平(1971—)，男，高级工程师，主要从事汽轮机安装检修工作。

丁国庆(1964—)，男，高级工程师，主要从事汽轮机安装检修工作。

戴峰(1973—)，男，工程师，主要从事汽轮机安装检修工作。

项林(1976—)，男，工程师，主要从事火电厂节能管理工作。