汽轮发电机组提效增容改造与性能评估研究

赵栋

摘要：随着环保理念的发展，社会对于绿色能源需求的提高。电力企业为践行节能减排理念，需对自身产业和技术的发展进行分析。汽轮发电机组是电力企业应用最广泛的生产设备，在使用中存在能耗高、经济性不佳等情况，因此对其改造尤为关键。本文针对汽轮发电机组提效增容改造进行分析，确定改造原则和具体性能评估方法。

关键词：汽轮发电机组;提效;增容改造;性能评估

汽轮发电机组是复杂的热力学机械设备，运用范围比较广泛，主要是利用高温、高压水蒸气冲转叶轮带动发电机发电。汽轮发电机组在实际运用中普遍存在能耗较高，效率低下的情况，这就需要对设备进行分析，了解其工作原理，提出合理的提效、增容需求，对其改造方案和性能评估进行分析。

一、汽轮发电机组提效增容改造原则

为了保证汽轮发电机组提效、增容改造的顺利运行，应对机组在各工况下的长期运行进行深入分析，并提出必要的改造和改进措施。汽轮发电机组的提效、增容改造应遵循以下造原则：

1. 利用主辅机现有的设计裕度，深度挖掘设备潜力，实现能耗降低;

2. 在保证安全、可靠的前提下，适当增加锅炉蒸发量;

3. 改造汽轮机通流，更换更高效的动叶片、静叶片;

4. 提升机组热效率;

5. 进行机组冷端优化，降低机组运行背压和热耗;

6. 机组改造涉及的所有项目应在一次大修时间内完成。

二、汽轮发电机组提效、增容改造方案

2.1汽轮机本体系统改造方案

在汽轮发电机组提效、增容改造过程中，为减少系统漏汽损失，减少汽轮机各缸隔板汽封漏汽量、提高汽轮机效率，应调整汽封与轴封间隙。同时，为了提高汽缸接触面密封性，减少漏汽，可在进汽口中间接触面开密封槽，以加强密封效果。机组各隔板汽封的设计间隙应修改为以規定的下限为标准，然后减小0.04mm，以减少漏汽损失。此外，对于叶片顶部汽封的蒸汽泄漏，与相邻汽封弧接触的表面凸出部分应磨平，两个相邻弧段之间的间隙应消除，并在叶片顶部上下汽封弧段之间留有浮动间距（约0.9mm），以减少叶片顶部汽封的漏汽。表1为改造调整后的运行数据与节能降耗的对比。

针对低压缸上下缸结合面受力造成低压缸在运行中变形，导致低压缸进汽部分结合面漏汽的问题，低压内缸下缸及蒸汽爆破室开8mm密封槽，槽内用10mm密封盘根部密封。螺栓紧固后可有效达到减少蒸汽泄漏的目的。

2.2循环水系统改造

根据机组提效、增容改造的要求，拟对循环水系统进行冷端优化。在不改变管道系统的前提下，改造原循环水泵叶轮和导叶体的导流部分，采用高效鱼头叶片，提高泵的运行效率和出力，增加循环水流量8%～10%（流量不超过3m/s），相应降低泵组电耗;在凝汽器冷凝面积不变的情况下，提高凝汽器冷凝速度，提高机组真空度，增加机组出力。

2.3循环水泵改造后机组增容量计算

循环水一般直接采用河水或海水作为水源，因此水温及循环水泵流量的改变，对凝汽器真空度的影响乃至机组出力的提升作用将会十分显著。表2为某电力企业全年不同时段，循环水泵在不同运行方式下的运行时间。

同等厂用电率的情况下，增加机组出力，等同于降低厂用电率，节电增效，基本计算如下：

ΔGi=K·ΔPi·A·H

改造实施后，在相同流量下，降低循环水泵的电耗，提高冷凝器的冷凝速度。在面积不变的情况下，装置的真空度增加。以每种运行方式下的运行时间为权重，单位产量平均增加2.19%。由于机组整体有功功率的增加，厂用电率和供电标准煤耗均有一定程度的降低。根据测算，凝汽器真空度每提高1kPa，低压缸每吨蒸汽可多发电1.67kw.h。

2.4发电机系统改造方案

2.4.1发电机本体系统

为保证机组提效、增容改造后发电机各部件安全稳定运行，发电机制造厂对定子铁芯、定子线圈、端部连接线出线、进出口汇管、绝缘引水管等进行了全面检查和处理，增容前检查测温元件及测温元件出线板、出线瓷套、出线盒及中性点盖盒、转子气路及外部，确保各部件绝缘良好，无缺陷。

2.4.2发电机励磁系统

原励磁变压器容量能满足增容要求，但不能满足强励2倍（极端电压跌至80%时）10s的要求，励磁变压器低压侧电压需增加至926V。由于现有励磁变压器低压侧电压无法调整，则需将励磁变容量更换为3×2400kVA;变比为20kV/950V;对励磁系统板件有关励磁电流、电压量程进行修改;对励磁系统相关控制参数进行修改;励磁控制、整流、灭磁及起励部分基本不变，集电环装置基本不变，在机组大修时需加强检查。

2.4.3发电机辅助系统

发电机转子绕组和定子铁芯采用氢气冷却，定子绕组内部采用水冷却。增容后，机组转子绕组、定子绕组和定子铁芯的热值增加。为了更好地带走发电机的热值，保证发电机安全稳定运行，机组增容时需要将发电机氢气压力调整到0.45MPa，氢气压力的增加将提高其导热能力。同时，对发电机原有氢冷却器进行冷却以增加容量，其外形保持不变。此外，由于机组额定容量的增加，发电机运行期间将产生更多的热量。因此，定子水冷却器的容量需要同步增加。经计算，定子水冷却器的额定换热功率需增加至3300kW。

三、汽轮发电机组提效增容性能评估

3.1改造后的机组性能评估

发电机和汽轮机组改造后的性能数据见表3。机组满负荷修正后热耗率为7584kJ/kWh，比设计值7620kJ/kWh低36kJ/kWh，比改造前低192kJ/kWh;满负荷供电煤耗比改造前降低7.3g/kWh。在额定输出条件下，校正功率为678.470MW;在最大连续出力（TMCR）条件下，修正后的电力功率为704.824MW，因此汽轮机可达到660MW的设计额定出力。

3.2提高汽轮机的安全可靠性

通过改造，解决了目前机组存在的低压缸刚度不够、各级抽汽普遍超温、高压调节阀阀座动作时阀体上浮、高压调节阀阀杆频繁脱落等问题，消除了故障，提高了机组运行的可靠性。

3.提高汽轮机经济性

由表3可以看出，汽轮机在60%负荷和80%负荷时的供电煤耗率均低于300g/kWh，热耗值和汽缸效率也处于理想水平，汽轮机大部分时间都能满足经济性要求。

四、结论

汽轮发电机组是发电厂的关键设备，其技术水平的提高对于电力行业发展有重要价值。当前汽轮发电机组设计不断优化，但是总体效率提升不高，消耗的能源较大。为促进可持续发展更需要重视汽轮发电机组的提效、增容技术的提升。需要着重研究汽轮发电机组提效、增容改造的原则，制定合理的改造方案，加强机组提效、增容性能评估，在保证安全的前提下全面提高汽轮发电机组运行效率、降低能耗。

参考文献：

[1]朱鸿飞，孙国斌，刘军，等.部分负荷进气加热提效技术在F级燃机的应用研究[J].节能，2019（9）：23-24.

[2]王定，王清，吴晓干.600MW亚临界机组增容提效至660MW的改造方案分析[J].节能与环保，2020，316（11）：64-65.