600MW汽轮机优化改造设计

王德文

摘要：某公司1号汽轮机为东方汽轮机厂设计制造的超临界、一次中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，型号为N600-24.2/566/566，于2008年1月投入运行。1号汽轮机组自投运以来，一直存在机组热耗率比设计值偏高的问题。通过调整运行参数，优化运行调节方式，热耗率有所降低，但距离设计值的差距仍然较大。本文针对该类型汽轮机热耗率偏高的原因如缸效率、调节级内效率等进行了分析，对提高汽轮机组经济性的可行性进行了论述。

关键词：超临界;汽轮机组;节能;优化改造;

目前我国的经济发展已经进入新常态，今后发展的必然趋势：认识、适应、引领新常态。火力发电行业的发展也同样呈现新常态，在当前激烈竞争的新形势下，火电发电厂的新任务就是如何使火电机组能源利用率更高，以达到节能减排，促进环境保护的目的。

1.机组性能现状

为了解机组的性能状态，对某公司1号机组进行了性能诊断试验。依据试验数据，通过对试验3vwo工况与设计THA工况数据进行对比，分析机组及热力系统的状态及其对机组经济性的影响，为科学地制定节能优化改造方案提供依据。

试验时机组低负荷工况均采取滑压运行方式，未进行主蒸汽压力修正随电功率变化较设计值平均高约550kJ/kWh，热耗率随负荷降低而升高。机组热耗率修正后热耗率高负荷区域偏高的程度较大。3VW0工况下，经过系统修正及参数修正的热耗率为8159.98kJ/kWh，比设计THA工况（7564kJ/kWh）高595.98kJ/kWh;经过参数修正后的热耗率为8197.30kJ/kWh，比设计值（7564kJ/kWh）高633.3kJ/kWho根据对试验数据的详细分析，影响机组经济性的主要因素依次为：汽轮机缸效率（287.3kJ/kWh）、轴封及汽缸漏汽（52.0kJ/kWh）、热力系统泄漏（260kJ/kWh）、排汽压力（93.2kJ/kWh）。

综上所述，目前汽轮机组热耗率偏低。影响机组经济性的主要因素依次為：汽轮机缸效率（287.3kJ/kWh）、热力系统泄漏（260kJ/kWh）、排汽压力（93.2kJ/kWh）、轴封及汽缸漏汽（52.0kJ/kWh）。为提高机组经济性可进行以下工作：

1、汽封系统改进。

2、控制汽轮机本体变形，加强密封面密封。

3、进行热力系统优化，治理阀门泄漏。

2.影响热耗率的因素分析

2.1汽轮机各缸相对内效率对热耗率的影响

汽轮机组的热耗率与设计值存在很大差距，额定工况三缸相对内效率普遍不高，以低压缸最为突出，比设计值低14%。由相关理论公式可知，汽轮机的相对内效率直接影响机组经济性。高、中、低压缸内效率对机组热耗率的影响不同，三缸相对内效率均变化1%，对热耗率的影响，低压缸是高压缸的2.33倍，是中压缸的3.5倍。由此可见，低压缸相对内效率偏低是影响机组热耗率的主要因素之一。

2.2热力系统

热力系统存在内漏大、冗余系统多、工质利用不合理。系统内漏一方面导致主蒸汽流量增加;另一方面凝汽器热负荷增大，特别是热力系统直接排入凝汽器的内漏蒸汽，使真空进一步下降，根据机组特性，真空每下降1kPa，功率下降4.8MW，发电煤耗率增加2.1g/kWh左右。结合不同电厂对热力系统的治理经验，及试验中检查的阀门泄漏情况分析，机组热力系统阀门泄漏合计影响机组热耗率约为180kJ/kWh左右。

3.节能优化改造方案研究

3.1汽轮机本体相关完善措施

从加工成本、基建成本考虑，要求汽轮机具有结构紧凑特点，为便于快速启停与适应变负荷能力，并减少整个轴系长度，汽轮机设计上采用高压缸、中压缸内缸合缸，缸的两端跨度较长，汽缸壁壁面设计较薄，如此在温差的影响下，汽缸容易变形，从而导致结合面漏汽。吸收国外同类型机组设计思想，采用结构完善措施，减少泄漏，提高蒸汽利用效率和对真空的影响，可有效降低机组热耗率。主要包括：

1、主机及小汽轮机通流部分玻璃珠喷丸（抛光、除垢等）

汽轮机经过一段时间的运行之后，由于蒸汽中杂质（如固体颗粒、蒸汽积盐等）的影响，对汽轮机的通流部分如叶片、隔板等部位产生一定程度的冲蚀，从而对通流表面产生负面影响，对级内蒸汽做功及能量转换是不利的。部分机组由于隔板和叶轮之间的轴向距离较小，无法对通流表面进行处理。为解决这些问题，部分企业采用玻璃珠喷丸除锈、除垢工艺，经过喷丸处理后，可以使汽轮机通流部分效率增加1-3，表面疲劳强度提高10%。玻璃珠喷丸除锈、除垢工艺一般采用气动机械喷丸（压缩空气压力控制在0.45-0.6MPa），材料专为喷丸用的粒径为0.25mm-0.35mm的玻璃微珠。喷丸施工过程要求严格，一是环境要求密封，二是操作人员要求技术娴熟。通流部分经过喷丸处理后，效果较好。

2、高中压缸、低压缸结合

为减小高压内缸漏汽，尤其是汽缸上下结合面漏汽，可在结合面上加工密封槽，安装密封键。

由于低压缸排汽参数很低，故低压缸效率不像高中压缸效率容易且较准确的定量。机组试验数据显示，低压缸5、6段抽汽量普遍较设计值高得多，密封面漏汽造成低压缸工质损失增大。为防止机组低压缸变形，低压内缸加密封键。中分面增设耐高温盘根仅需对低压内缸下半中分面补充加工，低压进汽室中分面法兰也可增加盘根密封结构。

3、更换高、中压缸进汽导管密封圈主蒸汽经过4根高压导汽管进入汽轮机高压缸，高压进汽管位于缸体上半两根、下半两根。再热蒸汽经过四根中压导汽管由中部进入汽轮机中压缸，中压进汽管位于缸体上半两根、下半两根。进汽导管密封圈泄漏是造成抽汽温度升高，缸效率下降的重要因素之一，漏汽量大的情况下也是造成汽缸温差大的影响因素。1号汽轮机组目前1段抽汽温度远高于设计值，3段抽汽温度由于夹层汽源冷却，低于设计值，但参照同类型机组情况，密封圈泄漏是普遍现象。对有影响的密封圈进行更换，并严格注意安装正确。

4.结论

当前中国正处于建设资源节约型的社会阶段，节能降耗已成为电力生产企业的主要工作之一，节能降耗不仅是企业提高经济效益的内在需求，也是节能调度争取发电量的必要手段。通过汽封改造、热力系统优化、汽轮机本体完善、真空系统优化等系列节能措施的实施，机组经济性得到了较大幅度的提升，节能降耗的作用非常明显，具有较好的经济效益与社会效益。通过上述优化改进可提高降低机组热耗率180kJ/kWh，相当于降低供电煤耗6g/kWh，取得了较好的效果。

参考文献

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