国产350MW超临界汽轮机性能分析及改进措施

国产350MW超临界汽轮机性能分析及改进措施
秦建柱;谭龙胜
【摘要】介绍了350 MW超临界汽轮机的发展状况.以8台已投产的350 MW超临界机组为例,比较了典型350 MW超临界汽轮机的技术差异,总结了其性能现状,并详细分析了影响热耗率的主要因素,提出了降低热耗率的主要措施和大修内容,经实施后取得明显效果.
【期刊名称】《发电设备》
【年(卷),期】2012(026)003
【总页数】4页(P194-197)
【关键词】汽轮机;超临界参数;性能
【作者】秦建柱;谭龙胜
【作者单位】华能东方电厂,东方572600;华能东方电厂,东方572600
【正文语种】中文
【中图分类】TK267
截至2009年底，国内在建和投运的600MW及1 000MW等级超（超）临界机组分别达到了100余台和200余台［1］，各发电企业将大容量、高参数机组作为当今火电发展的首选，国产350 MW超临界汽轮机因其能效高且适应性广而得到了快速发展。

1 350MW超临界汽轮机组的发展
自2005年华能集团提出建设350MW超临界机组的设想以来，350MW超临界
汽轮机得到快速发展。

截至2011年6月30日，全国350 MW超临界汽轮机已
有102台，其中已投产16台，14台正在安装，72台正在制造。

350MW超临界汽轮机近几年快速发展，主要因为小电网限制了大容量机组的扩建，并且350MW超临界汽轮机有较好的经济性能。

发电厂的最大机组容量不宜
超过系统总容量的10%［2］，否则可能危及电网的安全运行。

2006年全国共有
8个地区的火力发电装机容量低于6 000MW。

以海南电网为例，2006年全省装
机容量2 580MW，统调燃煤机组930MW，最大电力负荷141.3MW，“大机小网”的局面导致海口电厂330MW机组投产2年多从未带过满负荷。

直到2011年，海南电网在孤网方式下依然对300 MW机组进行负荷限制。

另外，与同容量亚临界机组相比，350MW超临界机组设计循环效率可提高2.5%～3%，发电煤
耗低2.7%，每年节约标煤（2.5～2.9）×104 t，并有显著的环保效益［3］。

已投产16台350MW超临界汽轮机中，哈尔滨汽轮机厂有限公司（哈汽）生产
12台，东方汽轮机有限公司（东汽）生产4台。

哈汽首台350MW超临界汽轮机于2008年12月5日投产，汽轮机为反动式，在消化吸收三菱600MW超临界技术及西屋300MW亚临界技术的基础上自主研发，高、中压缸采用350MW亚临界模块基础上进行通流面积优化和超临界高温技术
设计，低压缸采取自主研发的300MW等级亚临界低压缸模块，通流级数为36级，低压转子末级叶片长度1 029mm。

东汽首台350MW超临界汽轮机于2011年1月1日投产，汽轮机为冲动式，高、中压缸采用引进东方日立的600MW超临界汽轮机通流技术，低压缸采取自行开
发的300MW亚临界低压缸模块化设计，通流级数为27级，末级叶片长度为1 016mm。

2 350MW超临界汽轮机性能
根据8台350MW超临界汽轮机组（分别称为机组A、B、C、D、E、F、G和H）性能测试数据，性能主要呈现以下特点。

2.1 热耗率水平明显优于亚临界机组
国产350MW超临界汽轮机的设计热耗在7 650kJ／（kW·h）左右（见表1），
比当前国产350MW亚临界汽轮机的设计热耗低200kJ／（kW·h）以上。

已投产的350MW超临界汽轮机在THA工况点下的热耗（修正后）均在7 750～7
850kJ／（kW·h），低于近年投产的300MW 亚临界机组8 050kJ／（kW·h）的平均水平。

表1 350MW超临界汽轮机热耗试验结果kJ／（kW·h）注：1）、2）试验时
GV3均未能全开。

机组代号设计值 THA工况试验值修正前修正后A B 7 646 7 848 7 769 C D 7 701 7 849 7 909 E F 7 647 7 783 7 780 G1）H2） 7 619 7 784 7 765 7 767 7 727
2.2 热耗未能达到设计保证值
350MW超临界机组的运行热耗虽然比同容量亚临界机组降低较多，但均明显高
于制造厂的设计保证值，3阀全开工况下的试验热耗（修正后）较制造厂保证值平均偏高约150 kJ／（k W·h）。

造成这一状况的原因主要受生产厂商的设计水平、加工制造工艺的影响，安装单位的施工水平也是重要的因素。

安装单位往往受施工周期短等因素的影响，汽封间隙不能严格按照制造厂的要求调整，甚至为启动顺利而人为放大，对机组效率，尤其是高、中压缸效率有一定的影响。

2.3 缸效率普遍低于设计值
表2为汽轮机高、中、低压缸效率设计值和实测值。

表2 350MW超临界汽轮机缸效率试验结果%机组代号 3阀全开时高压缸效率
（设计值）中压缸效率（设计值）低压缸效率（设计值）AB 79.5 81.0（84.0）92.7 93.5（91.8）84.5 85.9（92.5）CD 82.1 80.9（84.0）87.7 87.5（91.8）
91.0 90.0（92.5）EF 80.5 80.6（83.9）88.6 89.8（91.9）86.6 86.1（89.8）
GH 81.2 81.7（84.7）91.8 87.3（92.0）87.3 89.2（91.6）
从表2可以看到，已投产的350MW超临界机组缸效率均低于设计值很多，其中：高压缸效率低于设计值约2%～3.5%；个别中压缸效率受高、中压缸间轴封漏汽
的影响而虚高，扣除该部分影响后，中压缸效率平均偏低2%以上；低压缸效率由于测量过程和方法十分复杂，容易引入不确定因素，故其试验结果分散度较大，可比性不强，但根据大量的试验结果可知，其效率一般集中在88%～90%，低于设
计值2%～3%。

根据热平衡法计算得知，350MW超临界汽轮机高、中、低压缸效率变化1%时，对热耗的影响分别为15kJ／（kW·h）、18kJ／（kW·h）、33kJ／（kW·h）。

据此可知，由于缸效率低于设计值，使汽轮机热耗偏高100～150kJ／（kW·h）。

2.4 高、中压缸间轴封漏汽量超设计值
从已投运的350MW超临界机组性能考核试验来看，采用变汽温试验测定的高、
中压缸间轴封漏汽量基本都在5.0%左右，最大的为5.9%，最小的为3.3%，远高于设计值（见表3）。

根据计算，再热蒸汽流量的1%汽封漏汽量就会使机组能耗升高约0.17%，可见，高、中压缸间轴封漏汽量大也是汽轮机热耗高的主要因素
之一。

由于设计的漏汽量不同，哈汽汽轮机热耗平均上升约50kJ／（kW·h），东汽则上升约25kJ／（kW·h）。

表3 350MW超临界汽轮机高、中压缸间轴封漏汽量测试结果%机组代号设计值
测试值A B 5.0 CD 1.2 3.3 5.9 EF 1.2 5.2 4.8 GH 1.2 5.5 2.9 4.8 5.5
2.5 低压段抽汽温度高
已投运的哈汽350MW超临界机组均出现五抽、六抽蒸汽温度超温的现象，五抽
超温30K左右，六抽超温50K以上（见表4）。

五抽和六抽汽温偏高是国产西屋
体系低压缸模块的共性问题，主要是设计缺陷造成运行时低压缸密封配合面漏汽严
重，并主要分布在抽汽口。

多年来，制造厂和电厂曾尝试了多种改善措施，包括增大螺栓紧力，调整螺栓分布，配合面加装密封条等，但均未能有效解决该问题。

东汽的低压缸模块系国产改进型，虽没有发现五抽和六抽抽汽温度明显偏高的状况，但出现三抽汽温低于设计值30K左右，主要原因是高压缸排汽区蒸汽通过高、中
压缸夹层漏入三抽中。

表4为350MW超临界汽轮机低压抽汽温度试验数据。

表4 350MW超临界汽轮机低压抽汽温度试验数据机组代号五抽汽温／℃ 六抽汽温／℃AB 280.4 288.0 214.6 221.4 CD 283.3 284.2 213.3 214.2 EF 294.1 292.2 235.6 216.7 GH 267.3 202.1 202.1 202.8
2.6 汽轮机通流面积普遍偏大
在调节阀全开（VWO）工况下，将主蒸汽修正至额定参数下时，几台机组的主汽
流量分布在1 183～1 302t／h（见表5），较设计值平均偏高约12.6%，说明汽
轮机通流面积普遍偏大，造成在额定负荷下机组必须降压运行，或减小调门开度，使机组运行经济性下降。

表5 350MW超临界汽轮机VWO工况试验数据机组代号功率（修正后）／MW
主汽流量（设计参数）／（t·h-1）AB 410.2 419.4 1 267 1 283 CD 423.0 413.8 1 284 1 302 EF 394.0 410.6 1 183 1 214 H 409.5 1 239
3 降低热耗的措施及效果
针对目前350MW超临界机组热耗率普遍高于保证值的问题，可通过以下措施加
以改进：
（1）对汽轮机通流部分进行全面检查，准确测量通流部分间隙，通流部分间隙按偏下限值调整，以改善通流效率。

（2）改造汽轮机汽封结构，如考虑到调节级前后压差最大，可在调节级处增加一道汽封齿，提高调节级效率。

（3）采用新型汽封，如平衡盘汽封可改为弹性可调汽封，中压缸隔板汽封可采取
弹性可调汽封或收放刷式汽封，低压缸轴端汽封可采用接触式汽封或常规汽封，低压缸隔板汽封可采用蜂窝式汽封或铁素体浮动齿汽封或常规汽封。

（4）针对通流面积偏大的问题，可通过封堵部分调节级喷嘴的方法加以解决。

截至2011年7月，机组A和B、D和E先后完成了汽轮机开缸检修。

机组A和B、机组D汽轮机开缸检修实施的具体项目见表6。

开缸检修后，机组A和机组D均进行了较为严格的热力性能试验（见表7）。

试验结果表明：大修效果明显，每台机组的热耗比大修前降低100kJ／（kW·h）以上。

根据核算，高、中压缸效率和高中压缸间轴封漏汽量的改善，可使2台机组的热耗下降约50kJ／（kW·h）。

因低压缸效率计算的特殊性，缸效率提高均反映出热力系统严密性方面的改善。

可见，对机组热力系统的改善（包括阀门治理等工作），与汽轮机开缸检修相比，不仅投资收益比高，而且效果明显。

封堵喷嘴、减小调节级通流面积后对机组经济性的改善，无法通过试验的热耗或缸效率直接反映，但在运行中会通过主汽压力的提高幅度显示出来。

表6 350MW超临界汽轮机开缸检修主要项目处理部位机组A 机组B 机组D高压调节级喷嘴 -在1、2、3汽室对应的高压调节级分别加4、4、7块塞块增加一道汽封齿，并将原汽封间隙由1mm降低至0.80±0.05mm高中压缸平衡鼓高压侧汽封改为布莱登汽封高中压缸平衡鼓中压侧汽封改为布莱登汽封高压缸排汽平衡环汽封改为布莱登汽封高中压缸调端轴封 - - 内侧1圈改为布莱登汽封高中压缸励端轴封 - - 内侧1圈改为布莱登汽封高压缸隔板及叶顶汽封拔除原汽封，重新镶汽封，缩小汽封间隙，并根据高压缸汽缸变形量修刮汽封齿，优化汽封间隙。

中压缸隔板汽封 - 2～9级改为布莱登汽封中压缸叶顶汽封按照制造厂要求调整汽封间隙低压缸隔板汽封改为蜂窝汽封两齿改三齿，加焊蜂窝带，并调整间隙改为蜂窝汽封低压缸叶顶汽封改为蜂窝汽封低压缸5～6叶顶汽封两齿改三齿，加焊蜂窝带，并调整间隙改为蜂窝汽封低压缸轴端汽封调端、励端内侧各2圈汽封改
为接触式汽封调端、励端各4圈汽封改为接触式汽封
表7 350MW超临界汽轮机开缸检修效果机组D比较参数机组A检修前检修后
改善效果检修前检修后改善效果3VWO工况热耗（修正后）／（kJ·kW-1·h-1）7 848.5 7 741.8 -106.7 7 909.2 7 796.6 -112.6高压缸效率／% 79.54 81.57 ＋2.03 80.92 82.00 ＋1.08中压缸效率／% 94.05 94.85 ＋0.80 89.73 90.19 ＋0.46低压缸效率／% 84.5 86.66 ＋2.16 90.00 90.66 ＋0.66高中压缸间漏汽量／%3.33 3.49 ＋0.16 5.88 4.66 -1.22
4 结语
350MW超临界汽轮机能耗水平明显优于同容量亚临界机组，显示了超临界发电
技术的先进性。

但与亚临界机组一样，受制造商和安装单位的技术水平制约，其运行热耗比设计值平均偏高约150kJ／（kW·h）。

多台350MW超临界汽轮机在首次开缸检修时，通过受损汽封修复、调整汽封间
隙以及局部汽封的改造等工作，机组通流效率得到改善，热耗降低约100kJ／（kW·h）。

通过封堵喷嘴，改善调节级通流面积，运行中主蒸汽压力得到提高，
有利于改善机组热耗。

热力系统优化和内漏阀门治理对机组经济性的改善较明显，且投资收益比高。

【相关文献】
［1］朱宝田.超临界、超超临界燃煤发电技术的发展和现状［R］.西安：西安热工研究院有限公司，2010.
［2］国家经济贸易委员会.DL5000-2000火力发电厂设计技术规程［S］.北京：中国电力出版社，2001.
［3］朱宝田，杨寿敏.超临界参数应用于350MW级机组的可行性研究［C］／／中国动力工程学
会透平专业委员会2007年学术研讨会论文集.上海：中国动力工程学会，2007.。