上汽B191汽轮机高中压缸通流改造及效益分析郑国强

上汽B191汽轮机高中压缸通流改造及效益分析郑国强

郑国强

（福建省福州市连江县可门港区福建华电可门发电有限公司福建350512）

摘要：本文通过华电可门电厂高中压缸通流改造后汽轮机结构的改进，包括高中压缸缸体、转子及通流部分的改造，以及改造前后的效益对比，分析通流改造后的效果。

关键词：汽轮机；通流改造；高中压缸；热耗；供电煤耗

华电可门电厂#3机组为600MW超临界机组汽轮机，原先为上海汽轮机有限公司引进美国西屋技术设计制造，2008年10月投产。随着汽轮机技术的日新月益，当时引进的技术已不够先进，且机组自投产以来一直存在着运行效率偏低等问题。

1、汽轮机系统概况

华电可门电厂#3机组为上海汽轮机厂生产的600MW超临界机组，汽轮机型号为N600-24.2/566/566，采用超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、反动凝汽式汽轮机，制造厂产品代号B191。锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的SG-1913/25.4-M956型超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊Π型结构、露天布置燃煤锅炉。发电机是上海汽轮发电机有限公司引进西门子技术制造的QFSN-600-2型发电机，为汽轮机直接拖动的隐极式、二极、三相同步发电机，采用水氢氢冷却方式。#3机组于2008年8月投产发电。

根据《可门港经济区（一期）供热专项规划》和《可门港经济区（一期）热电联产专项规划》，可门电厂作为可门港经济区内集中供热热源点，拟通过对电厂一、二期四台凝汽式600MW机组分期供热改造实现热电联产对可门港经济区（一期）进行集中供热。要求#3机实现：中压供汽参数3.0MPa（a）/280℃/160t/h，供热抽汽从再热冷段抽出，经减温减压后供出，减温水来自给水泵中间抽头；低压供汽参数1.0MPa（a）/230℃/220t/h，供热抽汽从中压缸排汽管道上抽出，经减温后供出，减温水采用凝结水。鉴于可门电厂#3汽轮机组的设计特点，本机型高排抽汽最大只能达到100t/h。满足不了热用户的正常供热要求。因此需对汽轮机进行通流改造，提高汽轮机抽汽量以满足供热需求。

同时#3机组热耗水平约为7800kJ/kWh，较设计水平偏高；实际通流效率达不到目前同级别机组先进水平，汽轮机各缸效率偏低。故综上所述，可门电厂于2017年5月~7月对#3汽轮机高中压通流部分技术升级的节能降耗改造，以实现热电联产，降低发电成本，提高企业的市场竞争力和经济效益。

2、改造主要内容

为进一步挖掘机组节能潜力，提高机组经济性和环保性，华电可门电厂于2017年3号机组A级检修期间采用上海电气集团股份有限公司（下称上海电气）的AIBT技术，对3号汽轮机的高中压缸通流部分进行了优化改造，且设定两个热耗率验收工况，分别为，第一验收工况100%THA，第二验收工况75%THA。

AIBT技术是STP在多年通流设计经验的基础上进行二次开发形成的一种先进的整体通流设计技术，与上一代的通流设计技术（应用于超临界600MW等级机组）相比，该技术在通流设计方面主要有以下优势：

（1）该技术包含了通流的整体流道布置、叶片优化选型、差胀间隙设计、叶顶围带和叶根设计以整体方式进行，不需要象传统方式那样逐级匹配设计。

（2）程序功能完备而强大，能够实现通流的效率和强度的自动匹配，差胀安全性和效率的自动匹配，模块跨距与级份的自动匹配。

（3）AIBT通流技术的设计从气动力学角度提出了变反动度的设计原则，即每一叶片级的反动度是不相等的。反动度是与叶片的几何尺寸、焓降、进出汽角特性对应的，以最佳的气流特性决定各级的反动度，而不是按统一的反动度去牺牲某些气动性能，使各个全三维叶片级均处在最佳的气动状态，不同反动度叶片级的组合将提高整个缸的通流效率。

（4）整体围带叶片、全切削加工强度好、动应力低、抗高温蠕变性能好。

2.1总述

本次改造对原超临界、单轴一次中间再热临界、三缸四排汽、凝汽式汽轮机采用AIBT技术及汽轮机整体结构设计技术进行通流改造，改造的主要原则为：1）汽轮机外缸、汽轮机基础、内缸的装配和定位方式、汽轮机轴承不动、转子跨度、汽轮机与发电机联接方式和位置等均保持不变；2）通过对汽轮机高、中压通流部分进行改造，同时，从中低压连通管两根立管上引出供热母管，作为低压供热热源，满足供汽要求，并达到提高汽轮机热效率的目的，改造后汽轮机铭牌出力保证值为600MW。3）改造时，现有的高中压外缸、低压部分和汽轮机基础等不变，内缸的原支撑方式不变。汽轮机各轴承座及转子跨度、高压阀组（高压主汽门、高压调门）、中压进汽阀门、高中压转子与低压I转子接方式和位置不变。改造后对基础负荷无影响，轴系各转子临界转速符合要求。4）保持现有热力系统回热级数不变，配置基本不变。5）质保期内不得出现由于改造原因而导致汽轮机的强迫停运。

改造的范围如下：1）高、中压缸通流部分动、静叶片；2）高、中压转子及附件；3）高中压内缸及组件；4）其它改造前存在的问题；5）所有对轮螺栓更换改造。高压通流级数从原来的I+11级增加至I+13级，中压通流级数从原来的8级增加至9级。

2.2高中压内缸

改造后的高中压内缸有别于原191机组的高中压内缸。它是一个崭新的整体结构，它包括了原高压内缸、中压内缸、高压持环、中压#1持环以及蒸汽室，它彻底解决了原蒸汽室漏汽问题，更简化了现场的安装工作量。

高中压内缸采用铬钼钢铸件（ZG15Cr1Mo1V），高、中压部分反流布置，在中分面处分开，形成上半和下半，上、下半用法兰螺栓连接固定，它们必须预紧以产生适当的应力，以保证中分面的汽密性。内缸下半在靠近高压和中压进汽口附近分别有四个与缸体铸成一体的猫爪在水平中分面处支承在外缸上，顶部和底部用定位销导向，以保持对汽轮机轴线的正确位置，同时允许随温度变化能自由地膨胀和收缩。内、外缸的进汽口通过挠性进汽插管来连接，利于吸收内外缸差胀及减小热应力，进汽插管与内缸进汽口间配有密封环。

2.3高中压转子

高中压转子是由12Cr10Mo1W1NiVNbN整体锻件加工而成的无中心孔转子，高压通流级数增加至I+13级，中压通流级数增加至9级。

高中压转子的高压与中压的蒸汽流向为反流布置，高中压转子支承于两个径向轴承上，跨距为6140mm，装好叶片的高中压转子重约36.5吨。高压包括1级三叉三销叶根的单列调节级及13级压力级，压力级全部为T型叶根。中压共9级，前两级为双T型叶根，其余为T型叶根。各级间的转子外圆有用于供安装隔板汽封齿的齿槽。在各级动叶围带处，均装有径向汽封，在转子两端城墙齿与端部汽封配合，以防各级间漏汽及蒸汽外泄。调节级动叶为三叉三销三联体叶片结构。这种结构的叶片具有良好的强度性能。每组叶片由一块单独的材料通过电脉冲加工而成。叶片根部为三叉形，安装时插入转子上已加工好的与之配合的槽内。再由三只轴向装入的销子加以固定。这种形式的叶片能够承受最小的部分进汽运行工况而不会损坏。

2.4高中压通流

本次改造，采用整体通流设计技术（AIBT），保证了机组的高效性和安全性；该技术主要有以下特点：

（1）小直径、多级数：各级均有汽封，减少漏气损失。

（2）变反动度：变反动度使得叶片级均处在最佳的气动状态，大大提高中压缸的整体通流效率。

（3）采用弯扭马刀型动、静叶。

（4）采用T型（单、双）叶根：有效降低叶根轴向漏汽量。

（5）采用整体围带叶片：全切削加工，强度好、振动应力低、抗高温蠕变性能好。

（6）隔板及径向汽封采用镶片式迷宫汽封：有效降低通流部分的漏气损失。

3、改造后效果

从改造后的情况看，除了高压缸效率与设计值尚有一定偏差外，其它性能指标均达到了较为理想的结果。

#3机组相比改造前，整机热耗降低189.22kJ/kWh，供电煤耗降低了约7.2g/kWh。

4、结语

汽轮机通流改造的原则之一就是不改变汽轮机的热力系统，各级回热抽汽口的参数（包括抽汽压力和温度）基本不变，压力和温度变化范围很小，可以完全保证各级加热器不超压、不超温，加热器的安全运行是完全可以保证的。

参考文献

[1]孔令慧.哈尔滨第三发电厂四号汽轮机组通流改造[J].黑龙江科技信息，2011（14）

[2]王俊，马杰.超临界600MW机组汽轮机汽封改造及通流调整[J].中国高新技术企业，2015（36）