215MW汽轮机高中压缸通流部分改造

王晨瑜,张龙英

(1.漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司,山西长治 046021;2.山西电力科学研究院,山西太原 030001)

215MW汽轮机高中压缸通流部分改造

王晨瑜1,张龙英2

(1.漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司,山西长治 046021;2.山西电力科学研究院,山西太原 030001)

论述了漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司苏制215 MW汽轮机高中压缸通流部分改造方案,改造后,高压缸效率达到84.43%,中压缸效率为93.94%,热耗率为7 989.4 kJ/(kW ·h),并同步进行中低压连通管抽汽供热改造,提高了机组出力,达到了节能降耗的目的。

高中压缸;通流改造;中低压连通管;抽汽供热改造;节能降耗

0 引言

漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司3号汽轮机 (215MW),系原苏联列宁格勒金属工厂生产,型号为K 215-130-1型,并由西门子公司进行低压缸通流部分改造的单轴、冲动、三缸、双排汽、凝汽式汽轮机组,共由31级组成,高压部分有1个单列调节级和11个压力级,中压部分有11个压力级,低压部分有2×4个分流压力级,末级叶片长921 mm。回热抽汽共7段,分别供3台高加,除氧器和4台低加用汽。

3 号机组于1989年12月24日投产,在2001年12月至2002年2月,采用西门子设备及技术对3号汽轮机低压通流部分改造。在2008年9月1日至10月30日采用国内先进的全四维技术对3号汽轮机高中压缸通流部分改造,改造后机组运行稳定,各项技术指标优良,并在2009年2月6日实现全优。

1 高中压缸改造的必要性

1.1 汽轮机整体效率低下

2002年3 号机组低压缸通流改造后的性能试验表明,在 3阀全开额定工况3VWO(Valve Wide Open)下,高压缸效率为78.03%、中压缸效率为89.91%、低压缸效率为87.54%,经过修正后的热耗率为8 242 k J/(kW·h)。2008年8月机组A检前试验,经过修正后热耗率为8 326 k J/(kW·h)[1]。

经2002年低压通流部分改造以后,机组热耗及低压缸效率均达到了一个较高的水平,但高、中压缸效率偏低,均未达到设计值。原苏制机组三缸设计值分别为 ηHP=81.50%、ηMP=91.16%、ηLP=80.40%。通过低压通流改造低压缸效率已远高于设计值,但修后高压缸效率仍较原苏联设计值低3.47%,中压缸效率比原苏联设计值低1.25%。

目前,国内制造厂对200 MW级超高压机组的改造经验,机组改造后高压缸效率可达到85%、中压缸效率可达到93%、低压缸效率可达到88%左右。对机组高中压部分进行通流改造在经济性方面的潜力很大。

1.2 机组寿命及可靠性方面差

在机组寿命及可靠性方面,因机组服役19 a,各部件均已严重老化,动静间隙超标严重,叶片型线落后,且由于当时材料及制造工艺水平的限制,机组各部件的工艺质量均比不上用新技术、新工艺制造的汽轮机。为了提高机组运行的可靠性、延长使用寿命、进一步降低运行消耗指标,为机组各项指标达到设计值,利用现代技术对高、中压缸通流部分改造是安全可行的。

为了提高机组运营效益及满足山西省长治市2007年—2020年供热规划,同步进行机组供热技术改造,机组供热改造后,可替代大批效率低、污染大的供热小锅炉,具有较大的节能环保和社会效益。

1.3 主机轴振超标

改造前1号瓦轴振150μm,2号瓦轴振、3号瓦轴振130～135μm,曾进行现场高速动平衡,但受制于现场加重位置所限,未能将轴振进一步降低。

1.4 油中含水和真空严密性差

改造前中压后轴封泄汽量大,主机轴封冷段压力不能超过0.03MPa,否则会造成透平油中含水量超标,氢气湿度不合格。真空严密性在300 Pa/min左右。

2 通流改造中采用的新技术

通流改造中采用了国内先进的四维技术。

2.1 更换高中压转子

将原带有中心孔的高中压转子全部进行更换,采用无中心孔全整锻转子,冲动式,通流部分保持高压Ⅰ (调节级)+11级,中压部分保持12级不变,新设计的高压转子和中压转子应力有了明显下降,使相对应于原中心孔位置应力下降约一半左右,提高了机组运行安全性,延长了机组使用寿命。

2.2 调节级子午面收缩静叶栅

调节级静叶栅使用子午面收缩,对提高高压缸效率十分重要。子午面收缩其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。高压缸调节级中采用全四维优化设计的子午面收缩静叶栅,可使调节级效率提高2%左右。

2.3 新型动叶片型线

采用全四维优化设计的新型动叶叶型,速度分布光滑改善了速度分布,减少了动叶损失,利用进口五轴联动数控机床铣制加工,确保叶片型线精度。

调节级和中压末级采用外包菌型叶根,第2～22级采用外包倒 T形叶根,叶根和轮缘的载荷分配更加合理。

高中压缸各级动叶片采用自带围带整圈联接,降低了动应力,具有良好抗振强度,取消了动叶拉筋,减小了扰流损失,提高了叶片安全可靠性,动叶围带加工为内斜外平结构,使子午面形成光顺通道。

2.4 新型优化高效静叶叶型

高压缸2～12级隔板全部采用分流静叶栅,其叶片型线经全四维优化设计,可使叶栅损失大幅度降低。

中压缸13～23级的隔板静叶全部采用全四维优化设计的弯扭联合成型静叶片,利用进口五轴联动数控机床铣制加工,确保叶片型线精度。

2.5 汽封结构

所有各级动叶顶部汽封齿均由原设计的2片增加为4片,可减少漏汽损失。

适当调整了通流轴向间隙,动叶根部与隔板采用径向汽封结构,改善了机组启停和调峰性能。

所有隔板汽封圈及轴端汽封圈均采用可调间隙汽封,有利于调整汽封间隙,延长汽封圈使用寿命,降低机组维护成本,减少汽封漏汽。

2.6 采用焊接钢隔板

新设计隔板全部采用焊接钢隔板。所有焊接隔板根据原隔板运行中变形大问题,对隔板主焊缝结构作了重大改进,进汽侧主焊缝深度由原0.2叶片宽增加到0.37叶片宽,原叶片两头低于围带2～3mm改为伸出围带1.5～2 mm,保证了主焊缝焊接质量,提高了主焊缝强度,有效防止了运行中隔板发生变形。

2.7 高中压前汽封冒汽室改进

对高中压前汽封冒汽室作了改进设计,取消了弹性环,方便了拆装,改善了检修作业时劳动条件,提高了工作效率。

2.8 高压调门喷嘴数量增加

原高压缸喷嘴数量分别为:1号 (上左)10个,2号 (上右)14个,3号 (下右)9个,4号(下左)12个,1号、3号高压调门喷嘴数量少,布局不合理,不能保证任意3个调门开启时均可带满负荷的要求。改造中对高压喷嘴全部更换并进行优化设计,改造后喷嘴数量分别为:1号14个,2号14个,3号12个,4号12个。

2.9 中低压连通管更换

考虑热网对机组供热要求,机组供热参数按额定抽汽压力0.25 MPa,额定抽汽流量250 t/h设计,中低压连通管更换为供热式连通管,采用蝶阀控制。

3 通流改造效果及经济性分析

通流改造后机组运行稳定,各项技术指标优良。

3.1 改造后汽轮机运行工况

3.1.1 主机轴振

1 号～6号瓦轴振均小于 75μm,盖振小于25μm。在满负荷状态下,1号瓦轴振65μm、2号瓦轴振72μm、3号瓦轴振 46μm、4号瓦轴振43μm、5号瓦轴振26μm、6号瓦轴振68μm。在开机后主机轴振和盖振始终稳定。

3.1.2 油中含水及真空严密性

检修后主机轴封冷段压力同其他机组控制相同,在0.06MPa左右,油中含水量小于20 mg/L,真空严密性为100 Pa/min。

3.1.3 供热改造效果显著

3 号机组高中压通流改造时,同步将中低压连通管更换为供热式连通管,采用蝶阀控制机组供热参数额定抽汽压力0.25 MPa,最大0.30MPa,额定抽汽流量250 t/h,最大抽汽流量340 t/h。改造后于2008年冬季正式向长治市供热。由于抽汽为中缸排汽,参数低,冷源损失回收利用率较大,对煤耗影响更大,改造后纯凝工况220 MW试验工况下热耗率为7 997 kJ/(kW·h),供热抽汽240 t/h试验工况下热耗率为6 478 kJ/(kW·h),在供热抽汽240 t/h工况下热耗降低:1519 kJ/(kW·h),可降低供电煤耗57 g/(kW·h)左右。见表1。

表1 供热试验数据汇总表

3.2 汽轮机整体效率大幅提高

在2008年12月上旬进行考核性试验,试验严格执行ASME-PT6.0-1996标准。试验基准:以三阀全开 (3VWO)为额定出力工况,四阀全开(4VWO)为最大出力工况,低压缸效率没有进行排汽容积流量及低压缸进汽焓的修正。3VWO下机组修正后的热耗率平均值为7 989.4 kJ/(kW·h)[2],低于保证值8 035 k J/(kW·h),改造后高压缸效率84.43%,中压缸效率为93.94%,低压缸效率为86.91%。如将低压缸效率修正到厂家保证值87.8%,则热耗率还要好些。

3.3 通流改造经济性分析

3 号机组2002年低压缸通流改造后试验表明,纯凝工况下热耗率为8 242 k J/(kW·h),2008年8月机组A检前试验,经过修正后热耗率为8 326 k J/(kW·h)。此次改造后热耗率为7 989.4 kJ/(kW·h)。修前热耗率按 (8 242+8 326)/2=8 284 kJ/(kW·h)计算,可以降低热耗8 284-7 989=295 k J/(kW·h),约合标煤11.2 g/(kW·h)左右。年节煤量计算如下:m=gtP e=11.2×5 500×220=1.355 2万t。

式中:m ——节煤量,t;

g ——降低的煤耗,g/(kW·h);

t ——年利用小时,h;

P e——机组额定功率,MW。

标煤单价按2008年平均价格560元/t计算,共节约资金759万元。实际投资2 630万元,3.5 a可收回投资 (不考虑机组出力增加多发电会带来机组收益)。

4 结论

漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司3号汽轮机高中压缸通流部分改造后,彻底解决了原机组轴振超标、真空严密性差、汽轮机效率低、供电煤耗偏高问题,提高了机组出力,达到了节能降耗的目的。同步进行的供热改造可替代长治市目前效率低、污染严重的大批小型锅炉,可大大改善当地的环境质量,使现有机组发电热效率、热电负荷显著提高,有效提高了能源的利用率,减少了热电分产的燃料消耗。

该机组高中压通流改造为国内首台前苏制215 MW型汽轮机节能增容改造,积累了宝贵的经验,对于20世纪80年代投产的17台同类型汽轮机节能增容改造具有参考意义。

[1] 王雪峰.漳泽发电分公司3号汽轮机A修前热效率试验报告[R].2008-3-73.太原:山西电力科学研究院,2008:1-11.

[2] 赵杰.漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司3号机组汽轮机性能考核试验报告 [R].TPRI/TH-RA-095-2008.西安:西安热工研究院有限公司,2008:1-15.

The Modification of Passage Flow of HP and IP Cylinder for 215 MW Turbine

WANGChen-yu1,ZHANG Long-ying2
(1.Shanxi Zhangze Electric Power Co.,Ltd Zhangze Power Plant,Changzhi,Shanxi 046201,China;2.Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

This paper illustrates the scheme and the effectiveness of the modification of the passage flow of H IPC for 215 MW Turbinemade by former Soviet Union.A fter themodification,the efficiency of H P cylinder and IP cy linder reaches 84.4%and 93.94%respectively;and the heat loss rate is 7 984.4 k J/(kW·h).Meanw hile,themodification of steam extracting and heat supp lying is done in the connecting pipes betw een HP and IP,which can imp rove the unit output and reduce energy consump tion.

H IPC;modification of passage flow;connecting pipes betw een HP and IP;modification of steam extracting and heat supplying;energy consump tion reducing

TK 263.1

B

1671-0320(2010)03-0041-03

2009-12-22,

2010-04-13

王晨瑜 (1968-),男,山西沁县人,1991年毕业于太原理工大学热能动力专业,高级工程师,享受国务院政府津贴专家,从事电厂生产运行技术管理工作;

张龙英 (1967-),女,山西太原人,1989年毕业于太原理工大学电力分院热能动力专业,高级工程师,从事汽轮机技术工作。