试论通流某厂300MW汽轮机组通流改造效果分析

摘要：随着国内及区域经济的巨大发展，燃煤发电厂面临的经营形势日益严峻，节能降耗已成为对燃煤发电企业生产的约束性指标。各制造厂近年来引进、消化吸收和自主开发也已掌握了比较成熟的汽轮机通流改造技术。某厂通过大修机会对300MW机组通流部分进行一系列的改造，完工后的机组热耗大幅度下降，达到了较好的改造效果。
关键词：节能降耗；汽轮机；通流；改造；热耗
中图法分类号：TK 文献标识码：A
1基本情况介绍
某厂300MW1号汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的亚临界、中间再热、双缸双排汽凝汽式汽轮机，型号为N300-16.7/537/537-4型（合缸），1998年8月投产。由于设计、制造年限较早，受当时加工工艺、制造水平等因素的影响，主要指标与设计值偏差较大。随着新技术的发展以及机组运行年数的增加，机组存在的问题也随之暴露，进行技术改造、提高机组效率势在必行。
2改造前技术状况
汽轮机的通流设计采用的是70年代后期至80年代初期引进的陡河日立机组和西屋技术，部分采用了原苏联和国产叶型。机组虽能达到300MW出力的要求，但经济性比较差。

2.1高压缸技术状况

2.1.1调节级效率低：动叶弦高比大，型线差、型损大，没有采用减小端部二次流损失的一些措施，级效率低。
2.1.2静叶叶型不是低型损层流叶型：原设计静叶叶型采用的是国产HQ叶型，其叶型总损失比先进的层流静叶叶型高20%左右。
2.

1.3静叶片出汽边偏厚：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。

2.

1.4动叶片型损大：动叶片采用前苏联ЛМЗ1180叶型，型损大。

2.1.5动叶顶部汽封少，漏汽量大：原设计由于围带结构关系，各级都只有两片汽封，高压缸叶片压差大，汽封漏汽量较大。
2.1.6未采用可控涡流型和弯曲叶片技术：高压缸叶片短，相对高度小，二次流损失是级内最主要损失。可控涡流型和弯曲静叶片技术均能有效的减小径向二次流损失，级对比试验表明，两种措施均能分别使级效率提高

1.5%～2.0%。

2.2中压缸技术状况
2.2.1静叶叶型不是低型损层流叶型：设计静叶叶型采用的是CH-3叶型，其叶型总损失比先进的层流静叶叶型高18%左右。
2.2.2动叶片型损大、攻角偏大：动叶片采用前苏联ЛМЗ1176叶型，型损大；1～3级正攻角偏大，4～6级负攻角偏大，最大达48°，导致很大的攻角损失。

2.3未采用自带冠动叶，汽封齿数较少。

2.4未采用内平外斜围带光顺子午通道。

2.5未采用弯曲叶片。

2.3低压缸技术状况

2.3.1低压缸源于：论文范例www.618jyw.com

L-4级（321mm）、L-5级（492mm）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。将锁块改为钛合金锁口叶片，级效率约提高1.0%。
2.3.2低压缸1～3级静叶型损大：通过二维粘性气动计算和平面叶栅吹风对比试验，高效后加载层流叶型比原叶型总损失下降20%。
2.3.3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，二次流损失虽然在级内占的比例不象高压缸那么大，但是绝对值较大，因此可采用弯曲或弯扭叶片降低端部损失。
2.3.4第3～6级采用铸造隔板：铸造隔板制造偏差大，影响气动性能，比焊接隔板效率偏低2～3%。
2.3.5动叶顶部汽封少，漏汽量大：原设计由于围带结构关系，各级都只有两片汽封，高压缸叶片压差大，汽封漏汽量较大。
2.3.6未采用可控涡流型和弯曲叶片技术：高压缸叶片短，相对高度小，二次流损失是级内最主要损失。可控涡流型和弯曲静叶片技术均能有效的减小径向二次流损失，级对比试验表明，两种措施均能分别使级效率提高

1.5%～2.0%。

3改造前主要缺陷及原因分析
3.1改造前热效率试验，高压缸效率79.98%，低于设计值85.06%，热耗8283.63 kJ/（kW.h），高于设计值7992 kJ/（kW.h），中压缸效率93.48%高于设计值9

1.38%，高中压间汽封漏汽严重，造成中压缸效率虚高。

3.2汽轮机的高缸排汽及各级抽汽温度均比设计值高，这不仅降低了汽轮机的效率，也对锅炉的再热器运行工况产生不利的影响，尤其是

一、二、抽汽温度在额定工况时高出18℃左右。

3.3中压通流部分动静叶受再热管道氧化物冲刷严重。
3.4高中压外缸的结构设计存在着中压进汽部位汽缸壁温度梯度大的问题，有较大的热应力，容易产生热变形。
3.5高中压缸前、后轴封漏汽较大，中压缸后轴封尤为严重；低压缸前、后轴封汽压力不易控制。虽然在机组运行中采取了不少措施，但由于轴封的严重漏汽造成润滑油中水份超标的现象仍不时发生。
3.6低压内缸内张口超标严重，空缸时结合面间隙达4mm；在两次机组大修中均发现低压内上缸存在裂纹。

3.7低压末级叶片出汽边（堆焊司太立合金处）水蚀较为严重。

4通流改造整体方案

4.1 改造目标

4.1.1改造后热耗验收（THA）工况下，机组热耗率至7982kJ/kW.h，提高经济性；

4.

1.2消除机组现有缺陷及隐患，提高机组安全性。

2 改造范围 4.

2.1前箱部分

采用低压润滑油挂闸，取消高压启动油泵；更换前轴承箱、主油泵、#1、#2射油器等，主油泵转子与主轴采用刚性连接，前箱与高中压外缸间的推拉装置更换，但结构不变。 4.

2.2高中压缸部分

保留部分：高中压外缸、高压内缸；
更换部分：高中压转子采用新主轴（包括高中-低压联轴器液压螺栓）；高压喷嘴组、高压第2～10级隔板、高压第1～10级动叶片、中压第1～6级隔板（包括隔板汽封圈）、中压第1～6级动叶片；高压后汽封体及汽封圈、高中压间汽封体及汽封圈、中压前汽封体和汽封圈；#1、2、3隔板套；高中压前后油挡采用空气密封油挡；更换#1、2轴承（可倾瓦）、更换推力轴承；高压内缸返厂（含喷嘴室解体检查）加工及缺陷处理；更换高中压外缸、高压内缸中分面螺栓、螺母及附件；高中压外缸现场中分面漏汽处理。
4.

2.2低压缸部分摘自：本科毕业论文致谢词www.618jyw.com

保留部分：低压外缸；
更换部分：低压转子新主轴，更换所有动叶片（909末叶）（包括低-发联轴器液压螺栓）；低压进汽管、低压内缸及排汽导流环；低压正反1～6级隔板、低压正反1～6级动叶片；低压缸前后轴端汽封体；更换#

3、4轴承（椭圆）； 更换#4轴承箱外油挡，油挡采用常规油挡。

4.3改造所用的主要技术

4.

3.1高压通流优化技术

a 调节级改进：优化调节级速比，适当提高级后压力，不但提高了调节级效率，而且把焓降分到效率高得多的压力级，从而提高高压缸的效率；调节级后增设气流防旋档板，减少调节级出口气流不均匀产生的损失。
b 第2～10级采用全三维设计静叶， 级效率可提高0.5～2.0%。
c 叶顶多齿汽封（DAS汽封）：第2～9级动叶采用自带冠CCB结构，叶顶汽封齿可增加到4～5齿，并改为城墙齿汽封，漏汽量减少25%，级效率可提高0.4%以上。
4.

3.2中压通流优化技术

4.3.2.1采用高效后加载层流静叶叶型，使级效率大幅度提高，型损减少23%（相对值），级效率可提高1.0%。
4.3.2.2中压动叶采用高负荷动叶型线（HV叶型）：该叶型相对于BV叶型级效率提高0.8%。
4.3.2.3叶顶多齿汽封：中压全部级次采用自带冠动叶，叶顶汽封齿可增加到4～5齿，并改为城墙齿汽封，漏汽量减少可使中压缸效率提高0.15%左右。
4.3.2.4光滑子午流道：现代设计的汽轮机子午流道均采用光滑的流道，大大减少附加的漩涡损失，中压缸末几级采用外平内斜围带光滑子午通道。
4.

3.3低压通流优化措施

4.

3.1采用优化叶型技术和全三维设计方法。

4.

3.2静叶采用后加载层流叶型。

4.

3.3隔板采用焊接隔板，前隔板中分面增加密封键。

4.

3.4末级动叶片采用大刚性设计原则，自带冠结构、自带拉筋成圈阻尼联接。

4.

3.5动叶采用高负荷动叶型线，叶片材料采用性能优良的材料。

4.

3.6动叶片加工采用模锻毛坯、数控加工的制造工艺。

4.

3.7动叶片采用高频淬火防水蚀，并优化去湿结构设计。

4.3.3.8叶顶多齿汽封：低压动叶全部采用自带冠动叶，前动叶顶部都设计成高、低齿汽封结构，提高通流效率。
4.

3.4隔板结构改进，减少漏汽损失

低压后隔板内外环都设计密封键，增加整个隔板的刚性，减少中分面漏汽（见图2-3）。
4.

3.5转子平衡孔结构

对包含转子平衡孔和汽封的完整级进行三维气动优化设计，优化设计了平衡孔面积，实现了平衡孔最佳抽吸量，使得级效率提高。
4.

3.6高压转子与主油泵的连接方式

由齿型连接改为刚性连接，提高轴系稳定型。
4.

3.7高压内缸肩胛处增设汽封圈密封结构。

4.3.8汽封采用多齿汽封自带冠结构铁素体汽封、铜汽封、蜂窝汽封以及布莱登汽封组合安装方式。

4.4 改造中采取的主要技术措施

为彻底解决轴系振动不稳定以及保证机组热耗，根据厂家设计要求结合机组实际运行情况以及本台机组检修经验，专门制定了轴系调整方案、通流间隙调整方案等技术措施。

4.1轴系中心调整

轴系找中及高差预留问题，结合#1汽轮机以前运行、检修情况进行调整，最终轴系中心结果如下：
高中-低压转子对轮中心：低压转子高：0.53mm；下张口：0.0675mm；右张口：0.0025mm；左偏0.02mm。
低-发对轮中心：发电机转子高：0.04mm；下张口：0.015mm；右张口：0.02mm；左偏：0.02mm。
对轮连接原则性要求为对轮瓢偏大（点）的位置对应瓢偏小的（点）位置。

4.2通流间隙调整方案

汽轮机通流间隙中径向汽封间隙是保证机组效率及热耗的重要手段之一，因此，通流改造实施过程中，根据厂家设计值、各种汽封特性以及之前检修、运行经验，特制定了通流间隙调整方案，如表1所示：
为保证通流部分改造取得预期的经济效果，对通流间隙调整，不能超限，调整过程中按设计值下限并参照上述标准进行。对通流部分间隙调整进行严格的质量控制，分半实缸、全实缸对汽封间隙进行压胶布调整。调整过程中贴两道胶布，第一道胶布厚度按设计值低限保证安全，以胶布上没有压痕或有轻微压痕为准；第二道胶布比第一道厚0.10～0.25mm，胶布上必须有压痕，保证达到提效的经济性目标。
5改进后的效果
改造前后机组在额定工况下的各项指标对比如表2所示：
1号汽轮机通流部分改造后额定负荷在THA1（3VWO）和THA2（3VWO）工况下经过修正后的热耗率的平均值为7966.60kJ/kW.h，该热耗率比设计值7982kJ/kW.h低15.4kJ/kW.h，比改造前的热耗率8238.89kJ/kW.h降低了272.29 kJ/kW.h，热耗率降低明显，通流改造取得了很好的效果。年节约标准煤量：取锅炉效率91%，厂用电率为6%，管道效率98%，根据供电标煤耗的计算公式，改造后降低的供电标煤耗为：272.29/（4.1816*7*0.91*0.94*0.98）=11.1g/ kW.h，按机组年平均利用小时5000小时计算，全年发电量为15亿，折算节省标煤量为1.66万吨，按标煤800元/吨计算，改造后年节约成本1328万元。
6结束语
从上述方案可以看出，1号机通流改造是成功的：
开机并网后，各项性能试验正常，带额定负荷正常，机组修后振动指标良好，明显优于修前水平，高压缸内效率86.03%、中压缸内效率92.73%、热耗7985.68kJ/（kW.h），达到设计值。改造后，机组提高了机组的安全性和可靠性，延长使用寿命；提高了机组运行的经济性，达到了节能降耗的目标；同时，减少了单位发电量SO2等有害成分的排放，使通流改造具有良好的社会效益和经济效益。
作者简介：刘宇进（1986-），男，汉族，湖南省长沙市人，助理工程师，学士学位，主要研究领域为热能与动力工程