300MW汽轮机喷嘴组改造

300MW汽轮机喷嘴组改造

肖官和，赵丽华，薛飞，曾荣鹏

北京龙威发电技术有限公司，北京市海淀区中关村南大街乙56号方圆大厦，100044 Retrofit of Nozzle Group for 300MW Steam Turbine Xiao Guanhe，Zhao Lihua，Xue Fei，Zeng Rongpeng

Fang Yuan Building Second 56 Zhongguancun South Street Haidian District，Beijing 100044 PRC

Abstract: It is a common problem that the efficiency of governing stage is significantly lower than the design value in 300MW steam turbine worked in china. This paper introduced the optimization retrofit technology for nozzle group of 300MW steam turbine from the design, manufacturing and installation. The technology was adopted for retrofit of nozzle group in more than 20 300MW steam turbines. After retrofit, acceptance test shows that the efficiency of governing stage was increased by 10%~15% at rated conditions. The effect of energy-saving was significant.

KEY WORD: 300MW steam turbine; nozzle group; retrofit; energy-saving

摘要：我国在运300MW汽轮机普遍存在调节级效率远低于设计值的情况，严重影响了汽轮机的经济性。本文从设计、加工制造和安装等方面介绍了汽轮机喷嘴组优化改造技术，该技术已成功应用于国内20余台300MW汽轮机的喷嘴组改造。改造后的性能测试结果表明，额定工况下，调节级效率提高了约15%～20%，节能效果显著。

关键词：300MW汽轮机; 喷嘴组; 改造; 节能

1 引言

300MW汽轮机组是我国电力生产的主力机组，目前国内在运的300MW汽轮机组已有500多台[1]。喷嘴组是汽轮机的关键部件之一，与调节阀相连，实现汽轮机主蒸汽流量的调节。受设计、制造和安装等方面不合理因素的影响，我国在运300MW汽轮机普遍存在调节级效率远低于设计值的情况。额定工况下，汽轮机调节级的功率约占高压缸功率20%，占整机功率约6.2%，调节级效率远低于设计值将严重影响高压缸效率，显著降低汽轮机的经济性。

北京龙威发电技术有限公司（以下简称龙威公司）技术人员，从调节级的特点和影响其效率的因素着手，提出了喷嘴组优化改造的技术措施，开发了300MW汽轮机喷嘴组改造技术。截至2010年6月，已应用该技术对国内20余台300MW 汽轮机喷嘴组进行了改造。改造后汽轮机的热力性能试验结果表明，额定工况下，调节级效率相对改造前提高了约15%～20%，节能效果显著。

2 300MW汽轮机调节级的特点

调节级的工作特点是部分进汽和变工况时焓降变化大，调节级承担的焓降比中间级大。表1为某型号300MW汽轮机调节级的设计特性。

表1 某型号300MW汽轮机调节级的设计特性[2]

由表1可见，汽轮机调节级的特点可以进一步总结如下：（1）设计级效率低，额定工况下的设计效率通常比中间级效率低约15%~20%，随着全开阀门数和部分进汽度的减少而降低；（2）功率大，且随机组功率的降低而增大；（3）功率份额大，在额定工况下，调节级功率约占整机功率的6.2%，且随着机组功率的下降显著增大，在30%额定工况下，调节级功率可占整机功率的11%以上。

3 300MW汽轮机调节级存在的问题及其影响

3.1 300MW汽轮机调节级存在的问题

（1）实际运行效率远低于设计值。根据西安热工研究院等电力试验研究单位对国内在运多台300MW汽轮机调节级效率的实测结果，额定工况下调节级效率仅为40%-50%左右，比设计值低出约20个百分点。

（2）运行一段时间后，喷嘴汽道存在不同程度的磨损，出汽边尤为严重。喷嘴出汽边破损后，一方面降低了调节级的运行可靠性；另一方面改变了静叶型线，增大了流动损失，同时增大了喷嘴出汽面积和部分负荷下的进汽节流损失，严重降低了调节级效率。

图1 调节级喷嘴组出汽边破损

3.2 300MW汽轮机调节级存在问题的原因分析

（1）喷嘴组的设计存在不合理因素。1）、国内在运300MW汽轮机调节级设计汽封齿数少、间隙大，一方面增大了蒸汽泄漏损失；另一方面，泄漏蒸汽以不正确的方向进入调节级动叶，对主流蒸汽产生一定程度的干扰，增加了流动损失。2）、喷嘴组设计出口面积过大，以H156型300MW 汽轮机为例，若汽轮机内效率能够达到设计性能，锅炉和发电机及辅机出力可以满足汽轮机连续出力达到350MW以上[3]。喷嘴组设计面积过大将导致机组在部分负荷下经济性能差，尤其是70%负荷及以下工况性能下降幅度较大。目前，我国在运的大部分300MW汽轮机组在绝大部分时间内都是带部分负荷运行，喷嘴组设计面积过大已对机组运行的经济性产生了不利影响。3）、部分300MW汽轮机喷嘴组设计汽道数过少，静叶栅的相对节距偏离最佳节距较大，静叶对汽流的导向作用不佳。

（2）喷嘴组材质选用不当。国内在运的300MW汽轮机喷嘴组材质大多采用1Cr12Mo或1Cr11MoV，这些材料的性能等级较低，高温持久强度较差，抗固体颗粒的冲蚀性能差。

（3）喷嘴组的加工工艺相对落后。目前国内在运的300MW汽轮机喷嘴组主要采用以下两种加工制造工艺：1）、静叶采用组焊方式，由于存在焊接定位误差及变形等因素，焊接后汽道节距及喉口尺寸难以精确控制；2）、以石墨为电极，采用EDM（电溶解）加工方式加工汽道，受石墨材质性能的影响，加工精度较差。

（4）喷嘴组的安装、检修方面也存在一定问题，导致调节级动、静叶片之间匹配不佳，降低了调节级效率。

图2 调节级叶顶汽封结构

3.3 调节级存在的问题对汽轮机经济性的影响

[4]

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图3 喷嘴配汽高压缸的热力过程线图3为某300MW汽轮机4阀全开、5阀部分开启工况下高压缸的热力过程线。新蒸汽压力为0p，第I-IV喷嘴组（调门全开）前的压力为0p ，第V