耗率工作,过于分离的组织则易受到一定程度的排斥,造成工作不便开展,提出的意见得不到重视。
3) 其它还有相关信息的传递,对人员的发动,基本知识的培训,等各方面
都对改进经济性工作的开展有至关重要的影响。
2 汽轮机改造
下面介绍汽轮机本体的节能改造技术,主要分三个部分:通流部分改造、汽封改造、及汽缸内漏汽的治理。
2.1 通流部分改造
通流部分改造是大幅度提高汽轮机经济性的一项重要措施,在国内也被广泛地采用,得到大量地实施。
多年来,国内200MW及以下功率等级的汽轮机已有数百台实施改造,改造后的经济性和安全性均有得到提高,取得了良好改造效果。
近年来,早期投运或采用上世纪70年代~80年代技术设计制造的300MW功率等级的汽轮机也已有近40台进行了通流部分改造,为后续的改造积累了大量经验。
(目前600MW等级机组大多投产年限不长,尚无迫切的需要。) 2.1.1 为什么要改造通流部分-改造的必要性
至2007年底,300MW及其以上功率等级机组已占全国总装机容量的56.85%,其中300MW功率等级机组占总装机容量的30.13%。
1) 大量的主力机组存在热耗率偏高的问题,其中汽轮机通流效率低是主要
的影响因素 供电煤耗率水平
07年平均供电煤耗为337g/kW.h 进口机组比国产机组低10g/kW.h左右 早期投产机组供电煤耗为340~360g/kW.h
目前国际上300MW等级机组的先进水平为310~320g/kW.h。
热耗率水平
新投产机组额定工况热耗水平比设计值要低2%左右; 早期投产机组额定工况热耗水平比设计值低6%~7%。 缸效率
新投产机组高压缸效率为83%~84%;中压缸效率90%~91%; 早期投运机组高压缸效率78%~80%;中压缸效率87%~89%。 高压缸效率1%,影响热耗率16.5kJ/(kW?h),影响煤耗0.62 g/(kW?h) 。 中压缸效率1%,影响热耗率23.8kJ/(kW?h),影响煤耗0.89 g/(kW?h) 。 低压缸效率1%,影响热耗率36.3kJ/(kW?h) ,影响煤耗1.36 g/(kW?h) 。 2) 通流效率低的主要原因 早期的技术,设计水平低。
目前在役的多数国产300MW等级汽轮机多采用引进的上世纪70~80年代国外技术,基于一维、准二维或二维设计,存在叶栅型线落后型线损失大、叶栅展弦比较小、级根径比较大、各级焓降分配不合理,各级蒸汽泄漏大等问题。
且随着运行时间的增长,任何机组都会因具体工作环境的影响而发生老化,并受到不同程度的损伤。
最常见的损伤原因包括固体颗粒的冲蚀、积垢、间隙增大、锤痕、异物损伤等。其次,还有结合面或密封环的泄露和点蚀。
静、动部件的摩擦将会增大泄露及其相关损失。引起摩擦的原因包括大的转子振动、静止部件的热变形、轴承故障、进水、固体颗粒冲蚀等。
除了因表面粗糙度增大,反动度改变,正常级内压力分布混乱造成的损失以外,结垢亦可引起较大的出力下降。因为结垢后使喷嘴面积减小,限制了通流能力。锤痕和异物损伤也会同样引起损失。
其它诸如进口密封环、内缸结合面及隔板间的泄漏可引起较大的损失,因为这些泄露流量中有的蒸汽旁通了若干级或整个通流部分。
导致汽轮机各级损失较大,级效率及通流效率低下,多数机组缸效率及热耗率达不到设计值。
3) 安全可靠性
设备经多年运行后,在部件磨损阶段故障率会趋于增长。
300MW等级汽轮机特别是上世纪90年代中期前的国产300MW汽轮机多数不同程度的存在喷嘴室变形、高压调节级及中压第一级固体颗粒冲蚀损坏、内缸体变形严重、低压末级、次末级断裂、损伤故障、水蚀严重及其它影响机组可靠性的安全隐患。
汽轮机在投运若干年后,随着老化其性能逐渐下降变差而无法避免,在机组正常估算寿命期内,其故障率的大小往往呈现“浴盆曲线”式的变化,设备经多年运行后,在部件磨损阶段故障率会趋于增长。
综上,目前国内300MW功率等级机组仍占总装机容量的30.13%,多数运行经济性较差,安全性方面也存在诸多隐患,且部分机组已接近其设计寿命,采用当代先进汽轮机设计技术,对其实施改造,恢复或提高其效率,对节能增效及减少污染排放意义重大。
随着大规模电力建设速度的逐渐放缓及环保压力、运行成本压力的增加及节能调度的实施,可以预见,未来2~5年内,将是300MW功率等级汽轮机通流部分改造的高潮。
2.1.2 具体机组改造目标确定
1) 通流部分改造的目标
? 提高通流效率,实现节能降耗; ? 消除缺陷,提高机组的安全可靠性; ? 使汽轮机具备良好的运行灵活性和调峰能力; ? 实现机组增容,提高机组的铭牌出力。
? 满足用户某些特殊要求如工业抽汽或供热抽汽。 2) 通流部分改造的原则
? 改造收益最大,优先考虑煤耗;
? 改造方案和技术措施应结合机组具体情况,“量体裁衣”进行改造方案
设计;
? 改造涉及范围尽可能最小,对外围系统影响最小; ? 机组外形尺寸基本不变,旋转方向不变;
? 热力系统原设计不变、抽汽参数保持基本不变; ? 与发电机、轴承箱等接口不变。 3) 改造的范围
汽轮机通流部分改造的范围可包括: ? 转子-叶轮、叶片
? 静叶-喷嘴室、隔板套、隔板 ? 汽缸-进汽导流环、排汽扩散段 ? 汽封(轴封) ? 轴承
改造范围的确定,依赖于机组改造前的实际状况和改造的目标及边界条件。 2.1.3 先进的设计技术
1) 先进的气动与流动技术--提高热力过程的效率
先进的结构特点:子午收缩调节级,采用分流叶栅取代加强筋结构,可控涡流型弯扭联合三维叶片,子午面流道优化光顺,排汽扩散段的优化;
多部件的协同设计:包括通流部件与蒸汽泄漏部件流动耦合设计;优化各级的焓降分配;动静匹配多级联合设计;
复杂的、高精度的计算方法:有效地控制通流部分各项损失(叶栅损失、级损失)。
图 含汽封和平衡孔结构的汽轮机内部流动
重点是随着计算技术的发展,三维、非定常(俗称全四维)、可控涡等复杂计算模型的采用,多部件多级耦合计算,多相流混合计算得以实现。可以更加准确地计算以提高设计效率,可以更加快速地完成复杂的设计以提高对具体机组的针对性。
一般的,上述技术的采用,可使多数上世纪80年代后期汽轮机的级效率,特别是高、中压通流部分的级效率提高5~7 个百分点,更早期的机组级效率将提高更多。
根据各改造机组的通流部分的实际状况及改造范围,改造后机组的通流部分效率的改善会与上述指标有所不同。
2) 先进的结构强度技术--提高汽轮机的安全可靠性
在汽轮机通流部分结构与强度设计方面,三维有限元(3D-FEM)数值分析技术已开始广范用于转子、动叶片、隔板、汽缸等部件的设计,使得对于汽轮机通流部分部件的结构强度设计更为先进和精准,确保了部件的高可靠性。