汽轮机热耗偏高原因分析及优化措施

汽轮机热耗偏高原因分析及优化措施
摘要：汽轮机热耗验收THA工况的经济技术指标，包括高压缸效率、中压缸效率、不明泄漏率等，为机组达标提供依据。

汽轮机热耗率高会引起机组煤耗超标，降低发电厂的热经济性，造成汽轮机热耗高的原因很多，本文将介绍广州中电荔新电厂330MW 2号汽轮机热耗高的原因分析及优化措施。

关键词：汽轮机、热耗、THA、汽封间隙
前言：
广州中电荔新电力实业有限公司，工程为”上大压小” 2×330MW 热电联产机组。

汽轮机由东方汽轮机有限公司生产的引进型凝汽式汽轮机（CC330-16.7/3.5/1.0/538/538），单轴、亚临界、一次中间再热、高中压合缸、双缸、双排汽、双抽凝汽式汽轮机，其中高压缸9级，中压缸5级，低压缸14级。

发电机由东方电机厂生产的QFSN-330-2-20 型定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，铁芯为氢冷发电机。

电厂2号机组投产运行后煤耗率一直偏高，9个多月后，于2013年7月，委托广东粤能电力科技开发有限公司，对机组进行了首次全面热力性能考核试验，试验结果发现汽轮机热耗率偏高，热耗率是影响机组煤耗的主要原因。

1、汽轮机设计参数及热耗试验结果
1.1 汽轮机主要设计技术参数
铭牌功率：330MW
额定主蒸汽压力（THA 工况）：16.67MPa
额定主蒸汽温度（THA 工况）：538℃
额定主蒸汽流量（THA 工况）：1001.64t/h
汽机排汽压力 6.6kPa
排汽流量（THA 工况）：610.816t/h
低温/高温再热蒸汽压力（THA 工况）：3.75/3.383MPa
低温/高温再热蒸汽温度（THA 工况）：325.7/538℃
额定再热蒸汽流量（THA 工况）：842.31t/h
给水回热级数：8 级（3 高加+1 除氧+4 低加）
给水温度：273.5℃（额定）
热耗率: 7943kJ/kW·h（THA 工况保证值）
注：THA工况指汽轮机在额定进汽参数下，额定背压，回热系统正常投运，补水率为“0”。

1.2 试验过程简介
试验工况以阀点为基准，即试验在三阀全开工况下进行两次，试验时运行方式为顺阀控制，主汽门前临时滤网已取出，中压联合汽门前临时滤网没有取出。

计算330MW 工况（THA 工况）试验工况修正后的热耗值，作为试验结果。

1.3 热耗性能试验主要结果汇总表
1.4 试验结果分析
机组的试验结果与设计值相差较远，2号汽轮机组THA工况（330MW）平均试验热耗率为8494.3 kJ/kWh，经系统、参数、其它修正后在额定工况下的热耗率为8203.9 kJ/kWh，合同保证值7943kJ/kWh，试验值比保证值高260.9kJ/kWh，机组还有较大节能潜力。

2、汽轮机热耗偏高原因分析
2.1 汽缸效率低。

高、中压缸两效率设计值分别为85.03%、91.66%，两缸效率试验结果比设计值分别低2.94%、2.45%。

分析原因如下：
2.1.1 缸内蒸汽有较严重泄露。

2号汽轮机热耗试验结果发现，一段抽汽温度高出设计值17.9℃；高排温度高出设计值15.2℃；三段抽汽温度高出设计值18.6℃；五段抽汽温度高出设计值36.5℃；六段抽汽温度高出设计值28.9℃。

各
段抽汽温度均较设计值高，可排除抽气参数测量错误，分析汽缸结构后，认为主要是通流部分的泄露造成蒸汽在缸内做功不足，蒸汽的有效焓降减少，上一级高温蒸汽，没有经过汽封依次连接的狭窄通道反复节流降压和膨胀，造成高品质蒸汽泄露，降低了汽缸效率。

2.1.2 隔板汽封间隙偏大。

汽封的作用是防止隔板前较高压力的蒸汽漏到隔板后较低压力处，减少各级的漏气损失，提高汽缸效率。

2号汽轮机高、中压隔板汽封径向间隙设计值上下为0.65mm～1.03mm，左右为0.4mm～0.68mm，高、中压隔板叶顶汽封间隙设计值为 1.0mm～1.38mm，通过查阅安装数据，机组安装方为了防止启停过程中，隔板汽封与转子发生摩擦，使隔板汽封间隙安装数据实际取值偏设计值上限。

2.1.3 高中压缸间过桥汽封漏气量较大。

对汽轮机进行了变汽温试验，发现高压缸前轴封至中压缸漏汽流量与再热蒸汽流量的比例在10.35%，超出设计值0.096%较多。

高、中压缸之间的过桥汽封间隙变大，使得高压缸漏到中压缸的蒸汽量增大，这些泄漏蒸汽经过高调门后未在高压调节作功即进入中压缸，造成漏气损失，高压缸效率降低。

分析原因两缸效率低主要表现为汽封间隙偏大，级内漏气损失，缸内泄露明显，使得汽轮机内部工质损失增加，降低了机组热经济性。

2.2 汽轮机热力系统阀门泄露较多。

热耗试验时，经现场检查和流量平衡试验的计算，THA 两工况下系统不明泄漏率约为1.53%、1.8%，超出试验规程0.3%较多。

泄漏点因不能隔离无法彻底消除，主要有主蒸汽管道疏水、主汽门前疏水、高压内缸疏水等高温高压蒸汽疏水阀门内漏。

这些阀门的内漏，使得高温蒸汽不做功直接排入凝汽器，增加了凝汽器热负荷，也严重影响了机组的热耗率。

2.3 机组未在额定参数下运行。

由试验结果汇总表可知，主蒸汽压力未能达到设计值THA工况16.67Mpa，主、再热蒸汽温度接近设计值，排汽压力分别为10.17kPa和10.46kPa，均高于设计值6.6kPa。

所以影响机组热耗率指标的因素除了机组本身性能外，还跟它的运行方式、运行参数及测量数据的精度有关。

因此建议在正常运行时应调整好锅炉燃烧，使机组在额定参数下运行以保证机组较低的热耗。

3、机组热耗偏高优化措施
2013年12月4日，2号机组开始进行投产后的首次大修，根据汽轮机热耗率偏高原因，结合东方汽轮机厂指导意见，大修期间对2号汽轮机进行了优化改造措施。

3.1 高、中、低压隔板汽封径向间隙优化
大修时，对高、中、低压隔板和叶顶径向汽封间隙做全面检测、记录，并与主机证明书设计数据对照、评判。

发现间隙普遍偏大，有些甚至超过原设计值较多。

检查汽缸、隔板、隔板套中分面未见漏气痕迹。

结合东汽厂指导意见，大修对汽缸全部汽封间隙进行了精细化调整，在原设计值的基础上进行优化。

隔板汽封块通过修刮背弧，缩小间隙，更换隔板叶顶汽封阻汽片，并缩小间隙。

高中压缸汽封间隙优化调整方案如下表。

高中压汽封隔板汽封设计值（mm）优化值(mm)
上下左右上下左右
0.65～1.03 0.4～0.68 0.65～0.8 0.4～0.55
叶顶汽封1～1.38 0.85～0.95（13、14级为1.15～1.25）
3.2 高中压过桥汽封更换
大修检查验证发现，高中压过桥汽封间隙也偏大，有些汽封块间隙已超过设计值。

电厂决定将过桥汽封由原来的传统迷宫式汽封更换为东汽DAS汽封。

3.2.1 传统迷宫式汽封的汽封齿材料硬度较大，不能灵活动作，机组在运行过程中，由于转子的挠度和部件在高温下的热膨胀，密封齿很容易磨损转子表面，使转子弯曲，造成事故，所以传统密封的径向间隙一般取得较大为0.4～0.65mm。

这使得它具有密封效果不佳，能量损耗严重的缺点。

3.2.2 东汽DAS汽封齿为铁素体汽封结构，汽封齿硬度较小，在高温下难以淬硬。

汽封块中两个长齿采用宽齿结构，宽齿间隙较小耐磨，正常运行时能保证其它齿的间隙达到设计值，从而保证了设计的密封效果，径向间隙设计值为0.4～0.55mm。

原迷宫式汽封齿与东汽DAS汽封齿对比图如下：
3.3 转子叶片、隔板静叶结垢清理
大修开缸检查，转子动叶、隔板静叶表面都有结垢部分凹坑现象，电厂对动、静叶片采用高压水冲洗，并对叶片表面进行外观和着色无损检验，凹坑毛刺用角磨机和锉刀进行修复平滑过渡，保证通流部分光滑，降低运行蒸汽损耗。

转子叶片结垢和隔板静叶结垢情况见下图：
3.4 内漏阀门及其它检查处理
热力系统内漏阀门较多，大修期间对这些内漏阀门进行了研磨，密封仍不合格的进行更换，以降低热力系统工质泄露，提高机组的运行效率。

再热临时滤网也在大修时拆除，以降低蒸汽压损。

4、优化效果分析
2号汽轮机大修优化后，电厂运行人员调整好锅炉燃烧，保证机组在额定参数下运行，于2014年3月17日和18日进行了THA工况2次热耗性能试验，经修正后的平均热耗为8011KJ/KWh，较大修前8203.9KJ/KWh，降低了192.9KJ/KWh，大修优化改造效果明显。

其中高压缸效率较大修前提高2.22%；高压缸前轴封至中压缸漏汽流量与再热蒸汽流量的比例为 5.95%，较大修前10.35%大为改善；系统不明泄漏率即系统对外泄漏率为0.45%～0.44%左右，较大修前也有明显改善。

供电煤耗320.3 g/kWh，虽与设计值319.19 g/kWh仍差1.1 g/kWh，但比大修前降低了3.7 g/kWh，按年发电15亿度计算，年节约标煤5550吨，标煤价600元/吨计算，可节约煤价330万元，为公司节省了大笔燃料成本。

5、结论
热力性能试验的目的是检验机组的设计、制造、安装质量，试验数据的计算是更科学地指导机组的运行和检修管理。

广州中电荔新电厂通过机组热耗试验，分析原因，及时优化改造，使得机组热耗率指标大大降低，取得了显著经济效益。

参考文献:
[1] 东方汽轮机有限公司D330J-B00001AZM主机证明书
[2] 电力工业部1998年颁发的《火电机组启动验收性能试验导则》
[3] 中国电力出版社300MW火力发电机组丛书《汽轮机设备及系统》第二版
[4] 广州中电荔新电力实业有限公司2号机组汽机性能验收试验报告。