GE 公司660 MW 亚临界汽轮机通流部分改造后性能评价及分析

王敬光， 马智勇， 韩 爽

（1.广东省粤电集团有限公司沙角C 电厂，广东 东莞 52300；2.陕煤集团府谷能源开发有限公司沙梁川电厂，陕西 榆林 719400；3.西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710032）

0 引言

对于国产引进型600 MW 等级机组通流改造，目前国内已经了有较为成熟的改造业绩，而GEC ALSTHOM TURBINE GENERATORS LIMITED（简称ALSTOM 公司） 生产的660 MW 汽轮机尚未有过进行通流改造的经验。沙角C 电厂3×660 MW机组为ALSTOM 公司生产的T2A-650-30-4-46 型亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机，3 台机组于1996 年6 月相继投入商业运行[1]。该机型为20 世纪90 年代设计生产的汽轮机，受当时汽轮机机组设计水平及制造工艺的限制，存在着叶片型线设计技术相对落后、各级焓降分配不合理、余速损失较大、高中压间汽封圈数偏少等问题，同时由于长期运行及老化的原因造成高中压转子动叶被固体颗粒冲蚀、高中压隔板静叶出汽边损伤和低压转子末级叶片水蚀严重等问题，导致缸效率偏低、机组经济性较差。

为了解决机组存在的问题，提高机组运行的可靠性、经济性，由通用电气（上海） 电力技术有限公司（原阿尔斯通技术服务上海有限公司） 对2号汽轮机通流部分进行了现代化技术改造。

1 机组通流改造目标

根据该机组目前存在的问题及机组适应目前电网的需要，该机组的改造目标如下。

a） 消除机组原有缺陷及安全隐患，提高设备可靠性，确保机组能安全稳定运行，减少运行维修成本[2]。

b） 提高汽轮机缸效率，节能降耗。改造后三阀全开工况下缸效率和热耗率达到如下水平：高压缸的效率（阀点） ≥88.10%，中压缸的效率≥93.28%，热耗率≤7 628.2 kJ/（kW·h）。

c） 适应节能调度政策。通过节能改造、降低消耗来增强竞争能力，不断扩大市场份额，在激烈的市场竞争中实现可持续发展。

2 机组通流改造技术路线和方案

通用电气（上海） 电力技术有限公司于2017年11 月至2018 年4 月期间，对该厂2 号汽轮机通流部分进行现代化技术改造，主要工作如下[3]。

2.1 高压和中压缸部分

a） 除高中压外缸保持不变外，高中压内缸、隔板、汽封（包括隔板汽封、轴封、通流汽封）、高中压转子等全部更换。

b） 高、中压通流部分采用冲动式设计，高压缸部分通流级数增加1 级至10 级（包括1 个调节级），中压缸部分通流级数增加1 级至10 级。

c） 高压内缸与高压进汽环室铸为一体，避免由于分离蒸汽室的变形导致漏汽现象。

d） 动叶采用整体围带可防止铆接围带可能发生的固态颗粒冲蚀，并采用内缸/持叶环结构，提高运行的安全性。

e） 高、中压缸轴封和动叶顶部围带处均采用交替的嵌入迷宫式汽封。

2.2 低压缸部分

a） 除低压外缸及连通管保持不变外，低压内缸、低压转子、隔板、汽封（包括隔板汽封、轴封、通流汽封） 等全部更换。

b） 低压缸部分通流级数由2×5 级改为2×6级，增加2 级，叶片采用反动式。末级叶片为阿尔斯通RS37T 新型高性能叶片。

c） 低压转子采用鼓型结构的焊接转子。

d） 隔板及叶顶汽封采用迷宫式汽封，末级不需要特殊的密封措施。

e） 对排汽导流环进行优化，将部分排汽损失动能转化成压力。

f） 高压调门具备“2+1+1”的运行方式。

3 机组改造效果分析

2 号机组通流改造前，对汽轮机进行了性能测试；在改造并网投运后一个月内，对2 号汽轮机进行了性能测试和改造效果评价。改造前[4]与改造后[5]的试验结果对比见表1。

从表1 可以看出，2 号汽轮机高、中压缸采用阿尔斯通的先进冲动式叶片技术，低压缸采用新型高性能反动式叶片，以及高、中、低压内缸结构优化和汽封改造，在三阀全开（3VWO） 工况下经济性指标有了明显提升，详情见表2。

表1 改造前后试验结果对比

表2 各负荷下单阀、顺序阀性能对比的主要数据汇总表

（1） 改造后的高压缸效率达到89.05%，比设计值（88.39%） 高0.66 个百分点，比改造前（85.46%） 提高了3.59 个百分点。

（2） 改造后的中压缸效率达到93.95%，比设计值（93.90%） 高0.65 个百分点，比改造前（90.69%） 提高了3.26 个百分点。

（3） 改造后低压缸效率达到90.56%，比设计值（89.85%） 高0.71 个百分点。

（4） 实际测试结果表明：改造后汽轮机热耗率为7 610.2 kJ/（kW·h），比改造前（7 954.4kJ/（kW·h）降低344.2 kJ/（kW·h），即2 号机组经济性比改造前提高4.3%。

（5） 由表2 可以看出，采用“2+1+1”的滑压运行方式，100%额定负荷工况下，机组经济性提高0.85 个百分点；75%额定负荷工况下，机组经济性提高1.03 个百分点；50%额定负荷工况下，机组经济性提高1.13 个百分点。

4 机组通流改造的性能偏差及影响

表3 为主要性能试验数据。从表3 可以看出，2 号机组通流部分改造后也存在一系列问题，后期改造需要重视这些问题，以提高改造效果[6]。

表3 主要性能试验数据

a） 改造方案保留冷却蒸汽，三阀全开（3VWO） 工况下，一抽至中压缸冷却蒸汽流量为11.990 t/h。经计算分析，若取消一抽至中压缸冷却蒸汽，机组热耗率下降9.7 kJ/（kW·h），经济性提升0.13%。

b） 改造后的高压缸排汽温度设计值为318 ℃，比改造前的设计值（328 ℃） 降低了10 ℃，造成在满负荷时，再热蒸汽温度均比设计值（538 ℃）偏低约10 ℃。根据估算，再热蒸汽温度偏低10 ℃，影响机组经济性约0.2%。建议改造中，如果考虑锅炉以及辅机设备的实际情况，可以最大限度地发挥出改造后机组运行的经济性水平。

c） 2 号机组负荷低于550 MW 时，由于冷再或辅汽温度未能满足高压轴封的温度要求，所以轴封系统均需采用主蒸汽作为备用汽源。若能采用冷再或辅汽作为备用汽源，将提高机组在低负荷时的经济性（50%负荷工况下影响约7 kJ/kg）。

5 结论

a） 通流改造后，机组的经济性有了明显的提升。汽轮机各缸效率有了显著的提升，机组经济性上升约4.3%。

b） 机组运行经济性仍有一定的提升潜力。取消一抽至中压缸冷却蒸汽，提高机组的运行经济性；轴封系统的备用汽源利用低压汽源（四段抽汽或冷再） 可以满足机组汽封系统的工作需求，采用高品质的主蒸汽，造成高能低用，影响机组低负荷时的经济性。

c） 汽轮机改造中，不仅需要解决汽轮机当前存在的问题，还应考虑锅炉、机组等其他主要辅助设备以及边界条件的匹配情况，通过整体分析研究，使改造后的各系统之间协调优化，避免局部系统因为兼容性问题而影响其他系统或设备的性能，保证机组在不同负荷下的运行经济性均为最优。