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凝汽式老汽轮机改型为调整抽汽式及其通流部分的现代化技术改造 |
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| 凝汽式老汽轮机改型为调整抽汽式及其通流部分的现代化技术改造 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 16:59:02  |
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1前言
50MW汽轮机是我国60年代设计生产的凝汽式汽轮机。该机组设计年代早，热力性能 差，设计热耗为2261kcal/kw.h(9466kJ/kw.h)，但电厂运行资料表明，大多数机组实际热耗 都在2300kcal/kw.h(9630kJ/kw.h)以上，这一机组的热力性能远低于当代世界先进水平，同 时也远低于国内目前的设计水平。这不仅影响到电厂的经济效益，也造成了能源浪费和环境污染。1999年5月国家经贸委和国家计委下达了关于在2003年底之前关停50MW以下冷凝机组的文件，同时鼓励发展集中供热机组。反以将50MW凝汽式汽轮机组改造为调整抽汽机组为解决中小火电厂避免机组关停问题提供了一条有效的解决途径。
武汉汽轮发电机厂将成熟的调整抽汽式汽轮机结构和调节等新技术，应用于凝汽式汽轮机的 改造，使改造后机组具有灵活的热电联供性能。同时采用当代汽轮机先进技术改造通流部分可达到大幅度增容降耗，延长机组寿命、提高机组运行可靠性，增强机组调峰能力等目的。
2 改造目标
将50MW凝汽式汽轮机改造成调整抽汽式汽轮机，使改造后机组成为符合国家能源政 策的热电联供机组。
a.原凝汽机参数如下：
进汽压力8.83MPa
进汽温度535℃
额定功率50000KW
额定进汽量190t/h
最大进汽量210t/h
额定排汽压力0.0049MPa
热耗938kJ/kw.h
汽耗3.753kg/kw.h
b.改型为调整抽汽凝汽式汽轮机技术要求：
调整抽汽压力0.98Mpa
额定抽汽量60t/h
最大抽汽量100t/h
调节系统采用两种方案：纯液压调节和电液调节
为便于工程实施，并降低成本，改造后保持原机组的轴承跨距不变，即运转平台基础不变的 原则进行结构设计。除增加调整抽汽管路外，给水加热系统及其它辅机部分不变；尽量保留 原凝汽机组本体可用部件。
同时采用北京全三维动力工程有限公司开发的先进成熟的全三维设计技术进行通流部分设计 ，使用通流部分效率提高5%以上。
3本体结构
本改造方案采用成熟的单缸、单抽、冲动式、可调整工业抽汽凝汽式结构，通流部分动静叶片全部采用全三维叶片。原老机组前、中汽缸、转子以及所有叶轮、叶片、隔板需 全部更换。转子为整体加套装结构：由一个高压单列调节级、一个中压单列调结构和十七个压力级组成 ，其中第十五至第十九级为套装结构。汽轮机的工业抽汽设在第9级后，抽汽压力在0.784～1.274MPa之间可调。第10级采用带平衡 室的旋转隔板结构。后汽缸、盘车机构、调节汽门及汽机与发电机的联轴器完全可借用原有部套不变。喷嘴组的 各组喷嘴数目因抽汽工况的要求需作相应调整。调节系统采用电液调节前轴承座可完全不动。
若采用纯液压调节系统，因抽汽机的调节系统较凝汽机复杂，且油泵耗油量大，调节系统部 套需全部变化，前轴承座需要更换。在常规抽汽汽轮机设计中，中压油动机安装在运转平台下汽缸下半。现在原有基础上油动机 不可能挂在汽缸下半。我们在中汽缸上半设计了一个特殊托架将中压油动机托起，油动机底部高于汽机运转平台，保证了原有基础不变。油动机与旋转隔板转动环通过套连杆机构连接 在一起。
新机型的前座架、后汽缸、盘车装置通用原机型结构和部套，这样一方面可保证原有基础原封不动。又可保证改后机组的基础负荷分布与改前相比变化不大(本体总重略有增加)，从而 保证了机组的运行稳定性。
新机组最大起吊重量和最大起吊高度与原机组基本相同，不存在施工难度。
4 辅机系统
主蒸汽管道、汽封管路、凝汽器不必改动，回热系统保持两高压加热器、四低压加
热器和除氧器不动。将第3段抽汽管道抽汽口加大到ψ426¡12，使去除氧器和工业抽汽口共用一个抽汽口，其余回热抽汽管路大小及管道位置可保持不变，在工业抽汽管道上增加必要 的抽汽逆止门，电动闸阀和安全阀等。
5调节保安系统
5.1液压调节系 统
调整抽汽式汽轮机调节系统比凝汽式汽轮机要复杂得多，需要增加抽汽压力控制回路，信号综合装置，同时保护回路需作较大的更改，抽汽机油泵耗油量大量增加，调节系统所有的部件主油泵、注油器、启动油泵、前轴承座内外路管路都要更换。整个系统采用武汉汽轮发电机厂生产的全套调节保护系统。武汉汽轮发电机厂已生产了几十台高压50MW、25MW调整抽汽式汽轮机，在调整抽汽式汽轮机调节系统的设计制造方面有丰富的经验。
50MW单抽凝汽式汽轮机调节系统由弹性调速器、调速器滑阀、抽汽调压器、综合滑阀、高压油动机、中压油动机等机械和液压部套组成。在设计范围内，机组的电负荷、热负荷均能保 持自整调节，即一被调参数的变化不影响另一被调调量。
保安系统由包括危急遮断器、危急断路油门、手动危急遮断器及磁力断路油门及危急遮断试验油门。危急遮断器电指示器此外还设有转速测量、转子相对膨胀、汽缸绝对膨胀、润滑油压、油箱油位，危急遮断器动作等监测保护仪表。
当机组在下述情况下，均使磁力断路油门动作，使机组紧急停机。
当机组转速超速至额定转速的111%～112%，即3330～3360r/min时，危急遮断器动作。
如果危急遮断器不动作，机组转速继续超速至额定转速的114.5%，即3435r/min时，附加保 护装置动作。
转子轴向位移超过1.4mm时
润滑油压降低到0.02MPa时
轴承回油温度超过75℃时
汽轮机排气真空低于0.06MPa时。
5.1电液调节系统
电液调节系统可提高控制系统的性能和机组的安全性。用电液调节系统前轴承座可不更换。
取消原调节系统中的调速器、流量限制器、转速变换器、凸轮配汽机构等部套，采用新华控制工程有限公司生产的DEH-IIIA型高压电液调节系统。该电液调节系统主要由三部分组成：
DEH-IIIA控制器，高压抗燃油供油系统，电液转换器、油动机、电磁阀等控制执行元件。四 只高压调节阀有四只油动机直接控制。
原机组的润滑油系统、主油泵、注油器、电动油泵、冷油器、滤油器及过压阀都不变，油管 路作局部修改。
保安系统的部套基本不变。由于取消了调节系统的调速器、流量限制器等液压部套，原系统 中的一次油路和二次油路均取消，因此危急遮断器油门、危急遮断器试验油门、磁力断路油门中与二次油相通的油路均取消，用螺塞堵上或局部修改。
改造后调节系统主要性能参数：
转速控制范围：20～3500r/min
负荷控制范围：0～115r/min
升速率控制精度：±1r/min/min
转速不等率：3～6%可调
抽汽压力不等率：10%可调
系统迟缓率：≤0.1%
汽轮机从额定负荷甩负荷时，转速的最高飞升小于7%额定转速。
高压抗燃油工作油压：14.0MPa
低压油系统工作油压：不变
6通流部分结构的全三维设计新技术
改造后的新机组采用北京全三维动力工程有限公司开发的全三维气动设计技术对通流部分重新设计，可将通流部分效率提高5%以上。老机组的全部静、动叶都将被更换，在新 的隔板、转子结构中采用了具有当代先进水平的新技术。 6.1三维气动设计特点
a：调节级子午面收缩静叶栅
子午面收缩后叶栅损失会大幅度下降，使调节级效率提高约1.7%。同时，其通流能力增加4% 左右。b：新型“后加载”静叶叶型“后加载”叶型是由北京全三维动力工程有限公司研制的新一代高效率透平叶型。其叶型效率大大高于老的50MW机组中使用的传统叶型，并且在工况变化范围很大时仍有较高效率，这 对机组参加调峰运行非常有利。
c：高压部分隔板分流叶栅
新机型在高压2-4级采用了新型分流叶栅结构，代替传统的窄叶片带加强筋结构。
d：弯扭联合全三维成型静叶栅
弯扭联合全三维成型静叶栅，是第三代汽轮机先进技术的集中体现。这一技术比传统直(扭) 叶栅级效率可提高1.5-2%。北京全三维公司开发出了不同长度的弯扭叶片系列。
e：新型动叶片型线
新设计所有动叶片均采用八十年代新型动叶叶型，在原老叶型基础上改善了速度分布，减少了动叶损失。
6.2通流部分结构设计特点
为提高机组的安全可靠性，进一步减少流动损失提高机组效率，并改善机组的调峰性能，在 通流部分现代化设计中也广泛采用了汽轮机结构方面的许多新技术，这些技术已在实践中证 明是行之有效的，这些新技术主要有：
a：自带冠动叶片及通流子午面光顺
各级动叶片顶部均采用自带冠结构，并且动叶片形成整圈联接。长叶片自带冠为内斜外平形式，这一结构还可形成光顺的通流子午面，通流效率得到进一步提高。
b：铸铁隔板改为焊接钢隔板
焊接钢隔板叶栅汽道精度高，能保证静叶栅达到设计气动热力性能。
c：取消拉筋
由于自带围带整圈联接动叶片具有优良的抗振强度特性，使传统动叶片中用于调频的拉金一般均可取消，从而取消了拉金造成绕流阻力和损失。通常取消一条拉金可使级效提高1%。本机改后除末级保留一根拉筋外，取消所有级拉筋。
d：调整通流轴向间隙
适应抽汽机工况变化和高峰机组要求，改造中对通流轴向间隙作了相应调。
e：增加汽封齿数新设计自带围带动叶片的顶部外圆可以布置多个汽封齿，还可以加工成
凹凸形状构成高、低汽封，从而大大减少了汽封漏汽损失。
7改造设计后汽轮机性能
7.1改造设计后汽轮机主要技术参数
a：名称：抽汽凝汽式汽轮机
b：型号：C50-8.83/0.98型 c：型式：单缸、单轴、冲动式、可调整抽汽凝汽式
d：额定抽汽工况主蒸汽流量：204t/h
e：额定抽汽工况功率：45432kW
f：调整抽汽压力：0.98MPa(0.784MPa-1.274MPa)
g：额定抽汽温度：264℃
h：额定抽汽量：60t/h
i：最大抽汽量：100t/h
j：纯凝汽额定功率：53MW
k：回热级数：2GJ+1CY+4DJ
l：总级数：19级(两个单列调节级加十七个压力级)
m：本体部分最大起吊重量：29t(汽缸上半)
7.2 C50-8.83/0.98型改型汽轮机热力性能
表1是武汉汽轮发电机厂将50MW凝汽机改造设计成C50-8.83/0.98型调整抽汽式汽轮机的热力 性能。
表1C50-8.83/0.98型汽轮机典型工况热力数据汇总表
序号 项目 单位 额定抽汽工况 最大抽汽工况 纯凝汽工况
1 汽轮机进汽压力 MPa 8.826 8.826 8.826
2 汽轮机进汽温度 ℃ 535.00 535.00 535.00
3 汽轮机汽焓 kJ/kg 3475.04 3475.04 3475.04
4 汽轮机进汽流量 t/h 204.00 230.00 190.00
5 抽汽压力 MPa 0.98 0.98 1.31
6 抽汽温度 ℃ 264.00 261.00 300.0
7 抽汽量 t/h 60.00 100.00 0.00
8 抽汽焓 kJ/kg 2975.30 2969.00 3045.00
9 排汽压力 MPa 0.0038 0.0034 0.0049
10 排汽温度 ℃ 27.93 26.01 32.50
11 排汽量 t/h 84.70 61.01 136.60
12 回水温度 ℃ 20.00 20.00 20.00
13 回水焓 kJ/kg 83.74 83.74 83.74
14 给水温度 ℃ 220.80 226.34 222.00
15 给水焓 kJ/kg 950.91 976.31 957.52
16 发电机端功率 kW 45432.00 44206.00 53052.00
17 汽轮机热耗 kJ/kW.h 7515.18 6473.84 9016.0
18 汽轮机汽耗 kg/kW.h 4.490 5.203 3.581
19 机组热效率 / 58.46% 70.1% 39.93%
20 热电比 / 1.06 1.81 0.00
由表1中数据可见，抽汽工况下热电比大于1，机组热效率大于45%，改造后机组完全符合1998年国家四部委《关于发展热电联产的若干问题》文件中对于热电指标的规定。纯凝汽工况热耗为9016.24kJ/kW.h，使用全三维技术改造通流部分后热耗比原机组9466kJ/kw.h降 低了4.99%。
8结束语
将凝汽式汽轮机改造成调整抽汽式汽轮机是改造老电厂凝汽机组的有效途径。其运 行经济性有大幅度的提高，对节约能源，减少污染，保护环境起到积极作用。凝汽式改造成调整抽汽式适合100MW以下的所有凝汽式汽轮机，武汉汽轮发电机厂给河南辉县孟庄电厂成功地将12MW凝汽式汽轮机改造成了C12-3.43/0.98型调整抽汽式汽轮机。
当代最先进的汽轮机通流全三维设计技术，已通过200MW等老汽轮机的改造证实，用全三维技术改造老机组是提高老机组经济性、延长机组寿命的有效措施。武汉汽轮发电机厂在12MW 、25MW、50MW、100MW供热汽轮机设计中采用了全三维设计技术，说明武汉汽轮发电机厂汽轮机通流设计技术达到国外先进水平。
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