630 MW超临界汽轮机高压缸进汽喷嘴组优化改造

0 引言

由于清洁能源的迅猛发展，清洁能源的发电比例增加导致了电力结构的变化，使电网用电负荷峰谷差激增，致使大容量燃煤发电机组也需参与调峰，经常处于中低负荷运行工况。燃煤机组负荷的降低意味着效率下降、供电煤耗上升，如何提高大容量机组在低负荷下的效率是当前燃煤发电企业急需解决的问题。

在汽轮机本体不进行较大改变的情况下，优化汽轮机高压调门配汽函数、获得最佳主蒸汽压力滑压曲线、提高主蒸汽压力、降低高调门节流损失是目前提高机组效率常见的方法。国内对高调门配汽方式的优化有深入的报道

，但对汽轮机本体喷嘴组的节能改造实施方案报道较少。本文介绍了某发电厂630 MW超临界汽轮机高压缸进汽喷嘴组的改造方案，该方案根据机组实际平均负荷率和汽轮机控制方式，重新设计了高压缸进汽喷嘴，采用四高调阀喷嘴数非等量配置方法，并综合考虑一次调频、低负荷调门节流损失和夏季满负荷工况等因素，降低了喷嘴通流截面积，并根据改造后的喷嘴组重新进行阀门流量特性试验，优化配汽函数，有效提高了主蒸汽压力，获得了较好的节能效果，平均供电煤耗下降约1．5 g/kWh，为国内大型汽轮机组喷嘴改造提供了理论依据和实践经验。

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1 设备概况

某发电厂1号机组为630 MW汽轮发电机组，汽轮机型号为上汽厂N630-/24．2/566/566，型式为一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、八级回热抽汽超临界机组。汽轮机高压缸喷嘴为4组，每组对应一个高压调门。改造前4个喷嘴组的喷嘴数量均为28只，总通流截面积达33 433．4 mm

。改造前高压缸调门及喷嘴布置见图1。

由于国家能源政策调整，清洁能源迅猛发展，使机组负荷逐年下降，常处于低负荷运行状态，导致喷嘴节流和喷嘴前主汽压低于设计值。

按630 MW额定容量重新设计高压缸喷嘴，减小喷嘴通流截面积，以提高主蒸汽压力。4组喷嘴采用不同的通流截面积：第一阀序的2个调门对应的喷嘴通流截面积减小，保证在低负荷段时第二阀序的调门有一定的开度，满足一次调频要求；第二、第三阀序2个调门对应的喷嘴通流截面积增大，保证夏季工况时机组可达铭牌出力。

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此外，由于机组运行方式与设计不同，使机组主汽压与热平衡图偏差较大：在进行1号机组通流改造时，上汽厂设计500 MW负荷以下采用2阀滑压调节、高压调门不调节的方式，但实际运行中由于机组的一次调频，第3个调门需保持25%左右的开度，导致主汽压明显低于设计值，特别是与热平衡图相比，偏差很大，对经济性造成较大影响，对平均供电煤耗至少有1～2 g/kWh的影响。为此，对高压缸喷嘴进行了重新设计，使之更加符合实际工况。

2 改造内容

知识可视化(Knowledge Visualization)作为在科学计算可视化、信息可视化和数据可视化基础之上发展起来的新兴研究领域，通过可视化的方式，知识可以被人们用来更好地存取、讨论、评估和日常管理，这就为应对信息时代人类所面临的挑战——快速获取和掌握知识提供了有力的支持[2]。知识可视化在缓解知识飞速增长所带给人们压力方面有着很重要的作用。

根据《发电企业生产经营指标管理手册》及《600 MW火电机组不同负荷下主蒸汽压力变化对机组煤耗率影响的计算模型》可得

，供电煤耗试验值为292．46 g/kWh，在THA、75%THA、50%THA工况下，主汽压力每变化0．1 MPa，供电煤耗变化率分别为0．035 6%、0．045 6%、0．049 9%，对应的供电煤耗分别变化0．104、0．133、0．146，即喷嘴改造后供电煤耗分别下降了1．04、1．796、2．044。主汽压变化对煤耗率的影响随着负荷的降低而增大，负荷越高，主汽压变化对煤耗率的影响越小，反之则越大。此外，负荷越低，主汽压降低越明显，节能效果也越显著

。按照表3所列的3种工况计算平均供电煤耗。

具体改造方案为：第一阀序为3、4号调节汽门，对应喷组数各22个，2VWO流量为1 218 t/h，功率454 MW；第二阀序为2号调节汽阀，对应喷嘴数27个，3VWO流量1 685 t/h，功率607 MW；第三阀序为1号调节汽阀，对应喷嘴25个，4VWO流量1 930 t/h，功率661 MW。改造后高压缸调门及喷嘴布置图见图2，改造前后喷嘴参数对比见表1。

3 改造后经济性分析

新的顺序阀阀序综合考虑了喷嘴的优化和机组的安全稳定运行，在顺序阀模式下，汽轮机转子振动、轴承金属温度、轴向位移、主蒸汽压力等主要参数均在可控范围内。在480 MW负荷点进行了顺序阀向单阀、单阀向顺序阀的切换试验，切换时间为8 min，负荷波动小于3 MW，主汽压力波动小于0．5 Mpa。机组在顺序阀模式下各负荷点工况运行稳定，瓦温、振动与阀门关闭试验阶段基本相符。改造前后主汽压力的对比见表2。

阀门流量特性不准确会影响机组的快速响应，阀门开启顺序会影响机组在部分负荷时高压缸轴承瓦温和振动，顺序阀模式时阀门的重叠度会影响机组运行的经济性。改造后由于喷嘴的布置和总面积较之前有了变化，故原高调门流量特性及控制参数不再合适，需重新试验和计算，使单阀、顺序阀的切换更平稳、负荷扰动更小、机组变负荷和一次调频能力更强。改造后顺序阀流量开度曲线见图3。

因调节级动叶不更换，故喷嘴的高度不改变，通过改变喷嘴的数量来调整各组喷嘴通流截面积，同时采用上汽厂喷嘴组型线优化技术来减少叶栅的二次流损失，提高调节级效率。

平均供电煤耗=（1．395×0．875×1 744+1．919×0．675×4 136+2．043×0．5×592)÷（0．875×1 744+0．675×4 136+0．5×592)＝1．754 g/kWh。

根据试拌选定的配合比，在监理见证下，从商品混凝土公司拌和楼料仓、料罐中抽取各种原材料和拌和楼的拌和用水，送第三方检测公司进行配合比复核，同时进行原材料碱含量、氯离子含量检测，取得满足设计和规范要求的配合比报告报监理批复后使用。

按年发电量25亿kWh计算，每年可节约4 386 tce，煤价以700元/t计算，年收益300多万元（项目总投资320万元）。此外，由于第一阀序通流截面大幅减小，可保证部分负荷下第二阀序的合适开度，既满足了一次调频，又减小了调门的节流损失，且第三阀序较大的通流面积保证了夏季工况下达到额定负荷。

4 结论

1号机组高压缸喷嘴改造后运行稳定，节能效果显著，一次调频满足电网要求，在常用负荷段满足第三阀序开度在20%以上，节流损失大幅减小，同时主汽压升高明显，有效提高了机组运行效率。

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