#1机组通流改造性能分析

专业技术报告
#1机组通流改造性能分析
摘要
由于我厂350MW汽轮机组经过近三十年运行，老化明显，效率低下，经济性较差，为提高机组效率，我厂与2012年对#1机组进行通流部分改造。

本文首先分析了国际以及国内的汽轮机通流改造的必要性，以及通流改造经过多年的实践取得的丰富的经验
本文指出了我厂350MW进口汽轮机改造前具体问题，并逐一说明了此次通流改造所做的针对性的改造；机组经过通流部分改造后额定工况下机组的热耗为7928.3kJ/(kW.h)，低于设计值约0.15个百分点，机组的改造比较成功，高压缸㶲效率提高了0.9%，中压缸㶲效率提高了3.4%，低压缸㶲效率提高了3.6%，使得整个机组的㶲效率有了很大的提升。

关键词：350MW机组，通流改造，性能试验，机组效率
#1机组通流改造分析
1引言
1.1 选题背景及意义
我国04年以后，发电装机容量和发电量增速更快，2005年、2006年和2007年，中国电力装机容量连续突破5亿千瓦、6亿千瓦和7亿千瓦，到2008年末，我国发电装机容量达到7.9亿千瓦，比2007年增长10.34%，发电量达到3.4万亿千瓦时[1], 其中，燃煤机组占了75.7%，发电量占80%以上，耗煤量大，能源利用率目前也只有30%，低于世界先进国家20~30个百分点[2]，从我国350MW 机组运行情况看这些机组设计技术是20世纪60年代的，主要投产于80年代至90年代。

由于机组老化，其经济性已经远低于原设计水平；同时由于设计技术落后，机组的经济性远远低于国际先进水平。

全国数十台300MW机组的平均供电煤耗为340~360g/(kW·h)，比设计值高20~25g/(kW·h)，比国外同类运行机组高40g/(kW·h)左右[3] 。

随着现代科学技术快速的发展，国内制造厂通过对关键加工工艺的改进和引进大型精密加工设备，产品工艺和质量得以大大提高，为先进机组国产化生产制造提供了可能。

利用原有热力系统的基础上，引入先进技术对汽轮机进行改造，提高现役机组的出力和经济可靠性，既节约时间，又节约费用。

1.2 国内外汽轮机研究改造的现状
近几年来，美国、日本等国对运行中的汽轮机组进行改造，做了很多基础工作，取得了显著成绩。

美国的GE公司和西屋公司（WH）均在积极进行机组翻新工作。

1994年2月中旬WH公司动力部年会上指出，美国的装机容量已接近饱和，目前的主要任务是老机组改造。

根据上述两公司的统计，翻新改造后的老机组，其出力、效率均可提高，且新增出力每KW的投资仅为新机组的50%左右。

日本的日立公司从80年代初就对125—1000MW老机组进行改造，改造的主要内容为改进动、静叶型、改进汽封、降低中低压缸排汽损失，改造后的机组的热效率提高2—4%。

东芝公司对110、165、220MW等老机组进行通流改造部分更新，使3种汽轮机的热效率分别提高了1.2%、1.4%和1.3%。

可见老机组的改造对于节能降耗、提高出力具有极为重要的意义，国际上称这一措施为“决策
性的措施”[4]。

1986年联合国援助第三世界国家的项目中，对我国200MW汽轮机低压缸效率低，叶型设计不合理，拟进行全面的技术改造，以达到节约能源，减少环境污染的目的。

随即我国骨干汽轮机制造企业，组成精干的班子，着手设计200MW 汽轮机低压缸通流部分的改造方案。

东方汽轮机厂于93年10月在四川白马电厂实施改造后投运，各项技术经济指标都达到了设计的保证值，通过了联合国的项目验收，达到了预期的目的。

从200MW机组开始的。

随着改造的逐步深化与推广，相继在125MW机组和300MW机组上实施。

1999年1月，国内第一台125MW 汽轮机组通流部分改造在徐州发电厂#4机实现。

1998年7月，国内第一台300MW 汽轮机组通流部分改造在国电谏壁发电厂#7机实现，并且是国内第一次采用国外先进技术进行改造的汽轮机组[5]。

迄今为止，全国已经改造的大型火电机组多达70台，国产125MW、200MW以及300MW机组的现代化改造已经进入全面铺开的时期。

参与现代化改造工程的有东方汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、北京汽轮电机厂、龙威公司以及国外的SIEMENS公司等多家制造厂。

与此同时，取得了丰富的经验，主要体现在以下几方面[6]~[11：
（1）通过运用最新的叶片和隔板的结构来减少汽轮机因汽流扰动及节流产生的损失，并提高机组调峰性能和安全性能；
（2）采用先进的改进制造工艺，来减少汽轮机因磨擦造成损失外，提高了机组的安全性和可靠性；
（3）采用新型汽封结构和轴封结构来减少汽轮机因泄漏造成的损失；
（4）改进调节汽门来改进汽轮机在这方面造成的节流损失；
（5）改变反动度使之合理，来减少汽轮机因汽流扰动造成的损失。

2机组存在问题及改造必要性
2.1改造背景
华能电厂#1汽轮机组，所沿用的设计为上世纪70年代的产物，在制造工艺等方面受到诸多的限制，与现在的大型机组相比较，经济性能十分的低下。

华能凝汽式350MW汽轮机，1号机组于1990年7月4日并网发电。

由于机组投产较早，运行已达22年之久，当时的设计技术、加工等条件下，具有很多不完善的地方，经济性大大降低。

在运行中，该机组高、低压缸㶲效率均较低，机组热耗和汽耗偏高，使得经济性更差。

经过分析发现该通流部分设计落后是造成该汽轮机性能低下的最主要原因，主要表现在：1、总的原因是设计年代较早、技术
落后。

2、叶型损失非常大。

3、热力特性参数偏离最佳值，某些级的速比和焓降分配不合理导致级效率低。

4、通流面出现污垢，对水蒸气流场有很大影响，加大了通流损失。

5、动静叶片损失大，叶片来流攻角偏大，增加了攻角损失。

综上所述，若想要提高此汽轮机的机组经济性，解决在运行影响经济性、经济性的因素是关键，对机组进行通流部分改造是唯一方法。

2.2汽轮机存在的问题
2.2.1高压缸存在的问题
（1）调节级效率低
由于调节级动叶的弦高比很大，型线不流畅，导致二次流损失在总损失里占了很大的一部分，而且没有采用任何可以减小二次流损失的一些措施，以致效率较低。

（2）静叶型损失较大
机组的静叶片型线老，使产生的损失较大，比先进的层流静叶叶型产生的损失高20%左右。

静叶片出汽边偏厚，叶栅尾迹损失大。

出汽边厚度与叶栅尾迹损失呈线性关系，对叶栅损失影响很大。

（3）气动设计方法过时
高压通流部分叶片设计方法简单，仅采用二元流设计的，为简单的的扭叶片，与实际流动有差别，使流动产生很大的损失。

（4）动叶片型损大
该机组所有动叶片均为设计方法仍偏简单的扭叶片。

与汽流实际流动状况存在较大差别，致使动叶型损失较大。

（5）动叶顶部汽封齿数少，漏汽量大
机组叶片采用铆接围带，且铆钉头外露，围带上只能装两面汽封，汽封齿数少，且高压缸各级压差大，根据以上分析可知叶顶汽封漏汽损失较大。

可以相应的增加汽封齿数以减少漏汽损失。

（6）高压缸动叶片较短
高压缸动叶片短，相对高度小，是导致二次流损失很大的重要原因之一。

目前东汽普遍采用可控涡流型和弯扭静叶片技术，经实践检验可以有效地减小径向二次流损失，使级效率提高1.5～2.0%。

（7）轴端汽封间隙大
高压缸压力较高，轴端汽封间隙较大，造成漏汽损失较大。

2.2.2中压缸存在的问题
（1）静叶型损失较大
原机组中静叶叶型不是低损型层流叶型[25]，叶型总损失比层流静叶叶型高18%左右。

（2）动叶片型损较大
动叶片型损较大、攻角偏大，1~3级正攻角偏大，4~7级负攻角偏大，最大达-48°，导致很大的攻角损失。

（3）与高压缸相同，动叶顶部采用铆接围带，汽封齿数较少，漏气量较大[14]~[15]。

（4）末采用内平外斜围带光顺子午通道。

（5）动叶片未采用弯曲叶片。

（6）轴端汽封间隙大，增加了漏汽损失。

2.2.3低压缸存在的问题
（1）低压正反向4、5级动叶为无锁口叶片
这两级叶片原设计从安全性考虑，采用锁块封口而无叶身，不但对级效率有较大影响，而且对锁块相邻叶片动强度不利。

目前，东汽已将锁块改为钛合金锁口叶片，级效率约提高0.5%。

（2）低压缸1~3级静叶型损大
低压缸1~3级静叶为直叶片，并且叶片型线为80年代叶型，叶型损失较大，效率低。

目前东汽改进的高效后加载层流叶型比原叶型总损失下降20%。

（3）未采用弯曲和弯扭叶片技术
低压缸叶片较长，径向压力梯度较大，由于未采用弯扭叶片，二次流损失较大虽然其在级内损失占的比例不像高压缸那么大，但是绝对值较大。

目前东汽采用弯曲或弯扭叶片可大大降低端部损失。

（4）汽封间隙大，漏汽量大。

（5）第3~6级采用铸造隔板由于铸造隔板制造偏差较大，影响缸内气动性能，与焊接隔板相比，其效率可低2~3%。

（6）末级静叶未采用空心叶片
湿汽损失是机组低压缸主要级内损失。

不但影响了级内效率，并且湿蒸汽对动叶片冲蚀作用严重影响了机组的安全运行。

根据影响汽轮机经济运行的因素，提出了机组通流改造的可行技术，主要有：
1、除高中压外缸保持不变外，高压内缸、隔板、汽封、轴封、高中压转子
等全部更换。

2、高、中压通流部分采用冲动式设计，高压缸级数由原来的1+8级改为1+7
级，中压缸级数维持7级不变。

3、高、中压缸均采用传统梳齿式汽封，高中压间汽封由4圈增为8圈，高、
中压间汽封体后部外侧设计3圈过盈密封圈，以减少高压内缸与中间汽封体之间的漏气量。

对低压缸的改造措施有：1、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、前后轴封等全部更换。

2、低压缸级数由2x6级，前3级为反动式，末3级为冲动式，末级叶片采
用1029mm叶片。

3、隔板及叶顶汽封采用传统梳齿汽封，低压轴封加装接触式汽封。

4、3号、
4号轴承改为可倾轴承。

3号、4号瓦加装顶轴油。

3改造后性能参数
汽轮机通流部分改造后，于2012年4月并网发电，运行稳定、振动指标良好，天然煤耗下降明显，并于2012年5月对#1机组进行汽轮机热了试验。

试验数据得出：额定工况下机组的热耗为7928.3kJ/(kW.h)，比设计值7940kJ/(kW.h)低约0.15个百分点，机组的改造比较成功
经过西工院对通流部分改造前后的热力试验分析得出以下结论：
在50%THA、75%THA、100%THA负荷下，对通流改造前后高压缸、中压缸、低压缸㶲效率进行对比分析。

表1 100%THA负荷通流改造前后对比
高压缸㶲效率中压缸㶲效率低压缸㶲效率
通流部分改造前88.3% 88.7% 80.3%
通流部分改造后89.2% 92.1% 83.9% 由此结果可知，当机组100%THA负荷工况工作时，机组经过通流部分改造后，高压缸㶲效率提高了0.9%，中压缸㶲效率提高了3.4%，低压缸㶲效率提高了3.6%，使得整个机组的㶲效率有了很大的提升，低压缸承担的做功量最大，所以低压缸㶲效率的大幅提升大大提高了机组的热经济性。

经过通流部分改造之后，低压缸的㶲效率还是很低，所以低压缸具有最大的节能潜力。

表2 75%THA负荷通流改造前后对比
高压缸㶲效率中压缸㶲效率低压缸㶲效率
通流部分改造前82.9% 90.6% 82.0%
通流部分改造后85.0% 90.2% 83.2% 由此结果可知，当机组75%THA负荷工况工作时，机组经过通流部分改造后，高压缸㶲效率提高了2.1%，中压缸㶲效率下降了0.4%，低压缸㶲效率提高了1.2%，由于机组在75%THA下运行，使得机组中压缸的㶲效率低于通流改造前的㶲效率，但是整个机组的㶲效率相对于通流改造前还是有一定的提高。

表3 50%THA负荷通流改造前后对比
高压缸㶲效率中压缸㶲效率低压缸㶲效率
通流部分改造前82.0% 83.9% 77.6%
通流部分改造后81.8% 80.4% 79.9%
由此结果可知，当机组50%THA负荷工况工作时，机组经过通流部分改造后，高压缸㶲效率降低了0.2%，中压缸㶲效率下降了3.5%，低压缸㶲效率提高了2.3%，由于机组在50%THA下运行，使得机组高压缸、中压缸的㶲效率低于通流改造前的㶲效率，同时，使得整个机组的㶲效率不仅不会提高，反而可能会出现下降。

由此可知低负荷运行使得机组㶲效率迅速下降，电厂热经济性急剧下降，不利于节能。

4结束语
通过实验数据表明，#1机组通流改造方案实施后，使得机组的经济性有了明显提升，高压缸、中压缸、低压缸在满负荷下运行时机组效率有了显著提升，而且还解决了汽轮机安全性方面的不足，改造方案和关键技术都是合理有效的。

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