次高压背压式汽轮机机组改造

崔素玉 张玉峰 崔健锋 孙迎芬 田松峰

(石家庄双联化工有限责任公司 河北石家庄050200) (华北电力大学 河北保定071003)

1 机组情况

石家庄双联化工有限责任公司有1台B12-4.9/0.98型次高压背压式汽轮机机组，进汽压力4.9 MPa,温度435 ℃，最大进汽量150 t/h，1个双列调节级，3个压力级，套装转子，喷嘴调节。 2003年，针对热用户用蒸汽量少、达不到设计要求，对汽轮机机组通流部分作过一次调整，目的作为抽背压机组使用。在实际运行中，锅炉主汽压力在4.1～4.2 MPa，低于原机组设计进汽压力(4.9 MPa)，背压在高限约1.1 MPa纯背压方式运行。随供热需求增大,机组进汽流量达50 t/h时，复速级后压力达1.7～1.8 MPa，调节级后温度有时达到380～390 ℃。由于机组为套装转子，复速级在此温度下对机组安全性影响较大，且机组出力仅1 800～2 200 kW ，相对内效率﹤50%。为此，提出对该机组进行二次改造。改造目标：调节级后温度350 ℃，排汽压力仍为原设计低限0.98 MPa(表压)，运行方式为纯背压运行。

2 综合分析

在次高压背压式汽轮机机组实际运行中，由于初压及背压变化，原设计调节级蒸汽有效焓降为159.6 kJ/kg，实际调节级蒸汽有效焓降仅为85.2 kJ/kg；压力级原设计蒸汽有效焓降为144.25 kJ/kg,实际蒸汽有效焓降为84.4 kJ/kg。

根据喷嘴调节与调节级的工作特点，喷嘴调节的调节级中工作特点为依次开启，每个门头控制一个弧段的喷嘴组，故调节级都是部分进汽，在工况改变为低于额定负荷运行情况下，只有未完全开启的调节门才有节流作用，全开的调节门节流损失很小。本机组调节级共有5组喷嘴和8只调节门，随着负荷的升高顺序开启，改变调节级的通流面积。该机组在50 t/h负荷运行时，只有1#和2#调节门完全开启，1#和2#调节门控制第1组喷嘴，3#和4#调节门控制第2组喷嘴，通过第1组喷嘴造成的节流损失很小，而3#和4#调节门节流损失很大；这两部分汽流在各自喷嘴汽道中膨胀到调节级汽室压力下混合，使混合后蒸汽焓值升高，进汽初压的降低也使全开调门喷嘴前初压降低, 蒸汽焓降减少。

由于2003年堵喷改造是根据抽背原则所进行的改造，压力级喷嘴堵得较多。经初步计算,如果调节级蒸汽流量与喷嘴面积配合得合适，调节级后蒸汽温度也不会高于380 ℃，但最后1个压力级处于鼓风工况，而流体的特性会使机组内部流体根据具体整机蒸汽理想焓降重新分配每一级理想焓降，这样导致压力级每级蒸汽有效焓基本正常，调节级蒸汽有效焓降低。根据初步计算数据结果可得知，调节级第2列动叶栅的排汽速度为-101.6 m/s，余速方向角为-66.7°。计算表明，第2列动叶栅实际是在做负功。

3 改造措施

3.1 改造方案

降低调节级后压力、调整通流面积、增加调节级有效焓降、确定最佳速比(双列调节级0.23～0.25)，以减少损失和 降低调节级后温度；降低背压、重新整理压力级部分通流面积，以适应热负荷。故需重新进行热力计算(表1)，根据改造要求对机组通流部分进行重新设计。

从表1数据可知：调节级后温度为348.4 ℃，排汽温度为287.6 ℃，级总功率为3 403.50 kW，电功率为3 100 kW。新蒸汽经调节级和第1压力级到第2压力级做完功,级后压力即降低到0.968 MPa(绝压)，故需在改造中去除第3压力级叶轮，拆除第3压力级隔板；根据设计流量下所需要的通流面积，折算成调节级和第1、第2、第3压力级的喷嘴数量， 最后确定机组每一级喷嘴整数数量(见表2)。

表1 热力计算数据汇总

表2 机组改进前、后喷嘴数目 只

3.2 改造方案的实施

3.2.1 调节级喷嘴的改造

由于1#和2#调节门控制7只喷嘴(第1喷嘴组)，3#和4#调节门控制10只喷嘴(第2喷嘴组)，实际运行中1#和2#调节门全开，第2喷嘴组只有3#调节门部分开启，4#调节门关闭，总共有17只喷嘴参与做功(见图1)。这与设计差别很大，利用专用堵块堵住喷嘴的办法，无论是内封堵还是外封堵，都会破坏原有的结构，给以后恢复工作造成困难。但7#或8#调节门分别控制5只喷嘴，1#，2#，7#或者1#，2#，8#调节门组合(控制的喷嘴数量为12组)将会更接近设计值，且有利于缩小上、下汽缸蒸汽的温差。经查原图纸，3#，4#和7#，8#调节门门头图号相同，3#，4#和7#，8#调节门门座图号相同，故只需要把7#或者8#门头和3#或4#门头更换位置，松开各门杆锁母，将3#和4#门杆长度数值与7#和8#门杆长度值对调调整，对调后顺序开启，1#和2#，7#和8#，3#和4#，5#和6#重叠度不变。实施改造之前，对门头顺序变更后引起的叶片激振力变化进行了计算和校核，结果表明在安全范围(±15%)内。

3.3.2 压力级

对于压力级，在改造过程中把对第1和第2压力级隔板喷嘴上原来封堵较多的专用喷嘴堵块进行拆除，拆除第3级隔板，取出第3压力级叶轮的叶片并保留叶根(从恢复和保护叶根槽部考虑)，增加同质量配重环以防止汽轮机重心偏移，经过计算，临界转速应控制在2 000 r/min以内。为了降低排汽压力，对排汽背压管廊管道进行改造，最大程度上减少压损，提高整机蒸汽有效焓焓降。

图1 改造后机组高压缸喷嘴组前视图

4 改造后运行效果

改造后，该机组一次并网成功，基本解决了存在的问题,经1年多的运行，实际效果良好。机组改造前、后典型运行工况比较见表3。

在设计主汽流量高限时，该机组改造后平均发电负荷由改造前的1 580 kW提高至3 100 kW，增加了约1倍的发电量。设计主汽流量下，该机组相对内效率由改造前的45.60%提高至72.56%，机组汽耗由改造前的22.38 kg/(kW·h)降至17.42 kg/(kW·h)左右，供热标煤耗基本在3.8～4.0 kg/GJ。

表3 机组改造前、后典型运行工况比较

改造后，在相同主汽流量参数和不增加人工费用、设备折旧等费用构成成本情况下，每月即可增加纯效益35.38万元。