论文部分内容阅读
摘要：火电厂是一次能源消费的大户。节约能源、降低消耗与企业的生存与发展密不可分，减少发电成本、提高企业的经济性对火力发电企业来说很重要。发电煤耗是制约火电厂成本的最关键因素之一，按照对火力发电厂的热经济性分析，电厂能耗比较高的一个重要因素是汽轮机通流部分的效率比较低。所以以汽轮机通流部分增容改造为主的大量节能降耗技术改造项目，已经成为提高发电机组热效率的重要措施。对汽轮机流通部分进行进一步的优化，有助于讓电厂的生产效率得到提高，实现科学节能的目的。
关键词：300MW;汽轮机;流通部分
节能降耗是电厂设备改造的主线，早期服役的汽轮机不仅热耗率高、通流效率低，而且主要部件长期运行后逐渐暴露出各种安全隐患。为适应新的形势，确保电厂汽轮机技术先进、运行效率高、资源消耗少、经济效益好，应积极采用先进、成熟的技术进行汽轮机升级改造，努力挖掘内部潜力，提高运行的可靠性、经济性，减轻污染物排放，并进一步适应电网深度调峰的要求。同时汽轮机流通性能的好坏又直接关系到电厂生产效率，所以需要对汽轮机流通性能进行优化，提高汽轮机运行的经济性，确保其运行过程中节能降耗目标的实现。
一、慨述
国家发展和改革委员会发布了国家重点节能技术推广，将汽轮机通流部分现代化改造列入国家重点节能技术推广适用范围。由于电力行业的特点，发电厂技术改造项目的重点在于提高发电企业的安全性和经济性。以安全生产为基础，以经济效益为中心，以优质服务为宗旨的方针，努力挖掘内部潜力，加强技术进步和技术改造工作，在安全运行的前提下，做到经济运行，稳发、满发、多供、降损以及改善电能质量、减少环境污染，按照国务院和电力行业节能减排计划，切实履行建设―资源节约型、环境友好型社会责任，从而提高电力企业乃至全社会的综合效益。技术改造是电力企业发展的永恒主题，今后在相当长的时期内，发电厂的技术改造仍一项十分艰巨和复杂的任务。
二、汽轮机流通性能的改进与优化
目前，世界各国在汽轮机流通性能改进与优化的研究方向主要有：高效率新叶型的开发、弯扭联合成型技术、子午通道优化技术、新型汽封的开发以及高效进气室和排气缸的研制等。
1、新叶型的开发。研究人员在高效率新叶型的开发和应用上做了大量的工作，首先提出“后加载叶型”的概念，他们指出与传统透平叶栅速度分布相比，后加载叶栅可以有效地推迟速度转捩的发生、减小转捩区范围，降低叶型损失。孙奇等对后加载叶型和高负荷前加载叶型分别进行了环形和平面叶栅吹风实验。结果表明，前加载叶型采用弯曲量大的设计方案可以减少端部二次流，后加载叶型具有很好的变工况气动性能。对 300MW 汽轮机进行改造发现，采用高效后加载层流叶型后，高、中压级型损相对值分别减小 25%、23%，级效率分别提高1%;低压级型损减小 20%。
2、子午通道优化技术。由于汽轮机高压级静叶栅前后压差较大，为满足其刚度和强度要求，高压级静叶设计地通常较厚，但厚叶片端部二次流损失严重。为解决这一问题，目前工程实际中多采用上端壁收缩的方法。气流通道的减小使得叶栅尾部气流速度增加，从而阻滞了附面层的加厚与分离，提高了汽轮机效率。扩缩型动叶与普通动叶相比，仅叶型的内弧有所改动。使原来收缩形通道先扩后缩，通道前端的渐扩减小了叶栅表面的横向压力梯度;后半段的收缩使叶栅内气流加速，出口附面层减薄，减小端部二次流强度。实验证明，采用扩缩型叶片的端部损失最大下降 9%，总损失减小 3%，采用子午扩张及叶片倾斜的方式，使动叶叶栅损失减少了 26%。
三、300MW机组汽轮机流通改造技术措施
1、高压缸技术。基于单轴冲动式四缸四排汽机组进行改造，在改变前该机组由一只单流高压缸、一只单流中压缸和二只双流低压缸组成。三级高压加热器、一级除氧器和四级低压加热器作为给水回流系统，改造前采用的是轴承座和中轴承座台板滑动面结构。在对其进行具体改造过程中，对单流高压缸和二只双流低压缸的流通部分进行了更换，利用一级冲动式调节级和13级反动度为50%的反动级作为改造后高压缸的部件。利用内置式疏水结构作为改造后高压的内外缸，无论是调节级还是内外缸疏水都需要严格按照设计在缸内的通道进行流动，全部流向高压缸末端底部的排汽口处，然后排出时需要以过高压缸排汽逆止门前疏水口来完成。这样对汽轮机进行改造后，不仅其系统得到了简化，而且机组经济性得以大幅度提升，运行操作进一步减少。
2、低压缸技术。低压缸流通部分仍由4x6级组成。低压转子由原来焊接改为整锻结构。前5级动叶片叶根采用四种不同规格尺寸的叉形叶根。为确保叶片有良好的振动特性并减少泄漏汽损失，叶顶采用了铆接围带的结构。叶顶与隔板外环间采用蜂窝式汽封。末级动叶片采用高扭转设计，叶顶为铰接式斜撑连续连接。主要用于控制叶片的振动。末叶片的进汽顶部焊有与叶型相吻合的成型史太立合金，保护叶片防止水蚀。改造后低压流通部分所有低压静叶均为扭转叶片，末级静叶为马刀型叶片。末级叶片由根部到顶部的叶型安装角变化很大，初始安装重心偏离径向线。汽轮机运行时叶片在离心力的作用下向径向线靠拢，产生扭转恢复。其结果是在叶片进、出气边上产生压应力，在中部产生拉应力。改造后的末级叶片，每级104只。根部的反动度+18%左右。为使反动度沿径向分御比较均匀，静叶采用马刀形的弯曲叶片设计，降低了反动度沿径向的梯度分布。
3、300MW汽轮机流通性能优化效果。利用子午收缩静叶栅可以有效的减小流通曲率最大地方的横向压力梯度，这对于叶栅二次流损失的减小具有极为重要的意义。同时在斜切部分处，可以对流道的收敛度进行增加，这样可以有效的确保薄出汽边背弧的附面层厚度减少，从而将所有气流都挤向叶片的根部。这样可以有效的提高静叶栅次流的损失率，确保调节级效率的提高。通过加载叶片型线后，有效的使转捩的发生得以进一步推迟，有利于叶型损失的降低，而且对三维通道的二次流损失及总损失大幅度的削弱，叶栅的总损失也有很大程度的下降。另外在来流攻角变化范围内，总损失不会发生变化，有效的确保了变工况性能能够得以保障。利用分流叶栅，有效的确保了流动损失的降低，有效的提高了压力级隔板的相对内效率。降低了漏汽损失。
改造后的机组运行情况良好，在机组试验方面，都显示了液压调节系统无可比拟的优越性，可合理分配供热、发电能量，即时跟踪热电负荷，使机组调节到热电联产较佳工况，实现机组的高效经济运行;并具有在线检修维护、调试方便快捷等优点，达到了良好的预期效果，提升汽轮机运行的安全可靠性。
参考文献：
[1]陶晨.华电扬州电厂330MW机组汽轮机本体改造研究[D].北京：华北电力大学，2018.
[2]卢方莹.国产四缸四排汽300MW汽轮机本体技改工程分析[J].山东工业技术，2017，（9）：96.
[3]李洪春.影响汽轮机经济性的因素及其影响值的计算方法[J].黑龙江科技信息，2018（15）.
华电湖北发电有限公司黄石热电分公司，湖北黄石 435002
关键词：300MW;汽轮机;流通部分
节能降耗是电厂设备改造的主线，早期服役的汽轮机不仅热耗率高、通流效率低，而且主要部件长期运行后逐渐暴露出各种安全隐患。为适应新的形势，确保电厂汽轮机技术先进、运行效率高、资源消耗少、经济效益好，应积极采用先进、成熟的技术进行汽轮机升级改造，努力挖掘内部潜力，提高运行的可靠性、经济性，减轻污染物排放，并进一步适应电网深度调峰的要求。同时汽轮机流通性能的好坏又直接关系到电厂生产效率，所以需要对汽轮机流通性能进行优化，提高汽轮机运行的经济性，确保其运行过程中节能降耗目标的实现。
一、慨述
国家发展和改革委员会发布了国家重点节能技术推广，将汽轮机通流部分现代化改造列入国家重点节能技术推广适用范围。由于电力行业的特点，发电厂技术改造项目的重点在于提高发电企业的安全性和经济性。以安全生产为基础，以经济效益为中心，以优质服务为宗旨的方针，努力挖掘内部潜力，加强技术进步和技术改造工作，在安全运行的前提下，做到经济运行，稳发、满发、多供、降损以及改善电能质量、减少环境污染，按照国务院和电力行业节能减排计划，切实履行建设―资源节约型、环境友好型社会责任，从而提高电力企业乃至全社会的综合效益。技术改造是电力企业发展的永恒主题，今后在相当长的时期内，发电厂的技术改造仍一项十分艰巨和复杂的任务。
二、汽轮机流通性能的改进与优化
目前，世界各国在汽轮机流通性能改进与优化的研究方向主要有：高效率新叶型的开发、弯扭联合成型技术、子午通道优化技术、新型汽封的开发以及高效进气室和排气缸的研制等。
1、新叶型的开发。研究人员在高效率新叶型的开发和应用上做了大量的工作，首先提出“后加载叶型”的概念，他们指出与传统透平叶栅速度分布相比，后加载叶栅可以有效地推迟速度转捩的发生、减小转捩区范围，降低叶型损失。孙奇等对后加载叶型和高负荷前加载叶型分别进行了环形和平面叶栅吹风实验。结果表明，前加载叶型采用弯曲量大的设计方案可以减少端部二次流，后加载叶型具有很好的变工况气动性能。对 300MW 汽轮机进行改造发现，采用高效后加载层流叶型后，高、中压级型损相对值分别减小 25%、23%，级效率分别提高1%;低压级型损减小 20%。
2、子午通道优化技术。由于汽轮机高压级静叶栅前后压差较大，为满足其刚度和强度要求，高压级静叶设计地通常较厚，但厚叶片端部二次流损失严重。为解决这一问题，目前工程实际中多采用上端壁收缩的方法。气流通道的减小使得叶栅尾部气流速度增加，从而阻滞了附面层的加厚与分离，提高了汽轮机效率。扩缩型动叶与普通动叶相比，仅叶型的内弧有所改动。使原来收缩形通道先扩后缩，通道前端的渐扩减小了叶栅表面的横向压力梯度;后半段的收缩使叶栅内气流加速，出口附面层减薄，减小端部二次流强度。实验证明，采用扩缩型叶片的端部损失最大下降 9%，总损失减小 3%，采用子午扩张及叶片倾斜的方式，使动叶叶栅损失减少了 26%。
三、300MW机组汽轮机流通改造技术措施
1、高压缸技术。基于单轴冲动式四缸四排汽机组进行改造，在改变前该机组由一只单流高压缸、一只单流中压缸和二只双流低压缸组成。三级高压加热器、一级除氧器和四级低压加热器作为给水回流系统，改造前采用的是轴承座和中轴承座台板滑动面结构。在对其进行具体改造过程中，对单流高压缸和二只双流低压缸的流通部分进行了更换，利用一级冲动式调节级和13级反动度为50%的反动级作为改造后高压缸的部件。利用内置式疏水结构作为改造后高压的内外缸，无论是调节级还是内外缸疏水都需要严格按照设计在缸内的通道进行流动，全部流向高压缸末端底部的排汽口处，然后排出时需要以过高压缸排汽逆止门前疏水口来完成。这样对汽轮机进行改造后，不仅其系统得到了简化，而且机组经济性得以大幅度提升，运行操作进一步减少。
2、低压缸技术。低压缸流通部分仍由4x6级组成。低压转子由原来焊接改为整锻结构。前5级动叶片叶根采用四种不同规格尺寸的叉形叶根。为确保叶片有良好的振动特性并减少泄漏汽损失，叶顶采用了铆接围带的结构。叶顶与隔板外环间采用蜂窝式汽封。末级动叶片采用高扭转设计，叶顶为铰接式斜撑连续连接。主要用于控制叶片的振动。末叶片的进汽顶部焊有与叶型相吻合的成型史太立合金，保护叶片防止水蚀。改造后低压流通部分所有低压静叶均为扭转叶片，末级静叶为马刀型叶片。末级叶片由根部到顶部的叶型安装角变化很大，初始安装重心偏离径向线。汽轮机运行时叶片在离心力的作用下向径向线靠拢，产生扭转恢复。其结果是在叶片进、出气边上产生压应力，在中部产生拉应力。改造后的末级叶片，每级104只。根部的反动度+18%左右。为使反动度沿径向分御比较均匀，静叶采用马刀形的弯曲叶片设计，降低了反动度沿径向的梯度分布。
3、300MW汽轮机流通性能优化效果。利用子午收缩静叶栅可以有效的减小流通曲率最大地方的横向压力梯度，这对于叶栅二次流损失的减小具有极为重要的意义。同时在斜切部分处，可以对流道的收敛度进行增加，这样可以有效的确保薄出汽边背弧的附面层厚度减少，从而将所有气流都挤向叶片的根部。这样可以有效的提高静叶栅次流的损失率，确保调节级效率的提高。通过加载叶片型线后，有效的使转捩的发生得以进一步推迟，有利于叶型损失的降低，而且对三维通道的二次流损失及总损失大幅度的削弱，叶栅的总损失也有很大程度的下降。另外在来流攻角变化范围内，总损失不会发生变化，有效的确保了变工况性能能够得以保障。利用分流叶栅，有效的确保了流动损失的降低，有效的提高了压力级隔板的相对内效率。降低了漏汽损失。
改造后的机组运行情况良好，在机组试验方面，都显示了液压调节系统无可比拟的优越性，可合理分配供热、发电能量，即时跟踪热电负荷，使机组调节到热电联产较佳工况，实现机组的高效经济运行;并具有在线检修维护、调试方便快捷等优点，达到了良好的预期效果，提升汽轮机运行的安全可靠性。
参考文献：
[1]陶晨.华电扬州电厂330MW机组汽轮机本体改造研究[D].北京：华北电力大学，2018.
[2]卢方莹.国产四缸四排汽300MW汽轮机本体技改工程分析[J].山东工业技术，2017，（9）：96.
[3]李洪春.影响汽轮机经济性的因素及其影响值的计算方法[J].黑龙江科技信息，2018（15）.
华电湖北发电有限公司黄石热电分公司，湖北黄石 435002