崔素玉 張玉峰 崔健鋒 孫迎芬 田松峰

(石家莊雙聯(lián)化工有限責任公司 河北石家莊050200) (華北電力大學(xué) 河北保定071003)

1 機組情況

石家莊雙聯(lián)化工有限責任公司有1臺B12-4.9/0.98型次高壓背壓式汽輪機機組，進汽壓力4.9 MPa,溫度435 ℃，最大進汽量150 t/h，1個雙列調(diào)節(jié)級，3個壓力級，套裝轉(zhuǎn)子，噴嘴調(diào)節(jié)。 2003年，針對熱用戶用蒸汽量少、達不到設(shè)計要求，對汽輪機機組通流部分作過一次調(diào)整，目的作為抽背壓機組使用。在實際運行中，鍋爐主汽壓力在4.1～4.2 MPa，低于原機組設(shè)計進汽壓力(4.9 MPa)，背壓在高限約1.1 MPa純背壓方式運行。隨供熱需求增大,機組進汽流量達50 t/h時，復(fù)速級后壓力達1.7～1.8 MPa，調(diào)節(jié)級后溫度有時達到380～390 ℃。由于機組為套裝轉(zhuǎn)子，復(fù)速級在此溫度下對機組安全性影響較大，且機組出力僅1 800～2 200 kW ，相對內(nèi)效率﹤50%。為此，提出對該機組進行二次改造。改造目標：調(diào)節(jié)級后溫度350 ℃，排汽壓力仍為原設(shè)計低限0.98 MPa(表壓)，運行方式為純背壓運行。

2 綜合分析

在次高壓背壓式汽輪機機組實際運行中，由于初壓及背壓變化，原設(shè)計調(diào)節(jié)級蒸汽有效焓降為159.6 kJ/kg，實際調(diào)節(jié)級蒸汽有效焓降僅為85.2 kJ/kg；壓力級原設(shè)計蒸汽有效焓降為144.25 kJ/kg,實際蒸汽有效焓降為84.4 kJ/kg。

根據(jù)噴嘴調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)級的工作特點，噴嘴調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)級中工作特點為依次開啟，每個門頭控制一個弧段的噴嘴組，故調(diào)節(jié)級都是部分進汽，在工況改變?yōu)榈陀陬~定負荷運行情況下，只有未完全開啟的調(diào)節(jié)門才有節(jié)流作用，全開的調(diào)節(jié)門節(jié)流損失很小。本機組調(diào)節(jié)級共有5組噴嘴和8只調(diào)節(jié)門，隨著負荷的升高順序開啟，改變調(diào)節(jié)級的通流面積。該機組在50 t/h負荷運行時，只有1#和2#調(diào)節(jié)門完全開啟，1#和2#調(diào)節(jié)門控制第1組噴嘴，3#和4#調(diào)節(jié)門控制第2組噴嘴，通過第1組噴嘴造成的節(jié)流損失很小，而3#和4#調(diào)節(jié)門節(jié)流損失很大；這兩部分汽流在各自噴嘴汽道中膨脹到調(diào)節(jié)級汽室壓力下混合，使混合后蒸汽焓值升高，進汽初壓的降低也使全開調(diào)門噴嘴前初壓降低, 蒸汽焓降減少。

由于2003年堵噴改造是根據(jù)抽背原則所進行的改造，壓力級噴嘴堵得較多。經(jīng)初步計算,如果調(diào)節(jié)級蒸汽流量與噴嘴面積配合得合適，調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度也不會高于380 ℃，但最后1個壓力級處于鼓風工況，而流體的特性會使機組內(nèi)部流體根據(jù)具體整機蒸汽理想焓降重新分配每一級理想焓降，這樣導(dǎo)致壓力級每級蒸汽有效焓基本正常，調(diào)節(jié)級蒸汽有效焓降低。根據(jù)初步計算數(shù)據(jù)結(jié)果可得知，調(diào)節(jié)級第2列動葉柵的排汽速度為-101.6 m/s，余速方向角為-66.7°。計算表明，第2列動葉柵實際是在做負功。

3 改造措施

3.1 改造方案

降低調(diào)節(jié)級后壓力、調(diào)整通流面積、增加調(diào)節(jié)級有效焓降、確定最佳速比(雙列調(diào)節(jié)級0.23～0.25)，以減少損失和 降低調(diào)節(jié)級后溫度；降低背壓、重新整理壓力級部分通流面積，以適應(yīng)熱負荷。故需重新進行熱力計算(表1)，根據(jù)改造要求對機組通流部分進行重新設(shè)計。

從表1數(shù)據(jù)可知：調(diào)節(jié)級后溫度為348.4 ℃，排汽溫度為287.6 ℃，級總功率為3 403.50 kW，電功率為3 100 kW。新蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)級和第1壓力級到第2壓力級做完功,級后壓力即降低到0.968 MPa(絕壓)，故需在改造中去除第3壓力級葉輪，拆除第3壓力級隔板；根據(jù)設(shè)計流量下所需要的通流面積，折算成調(diào)節(jié)級和第1、第2、第3壓力級的噴嘴數(shù)量， 最后確定機組每一級噴嘴整數(shù)數(shù)量(見表2)。

表1 熱力計算數(shù)據(jù)匯總

表2 機組改進前、后噴嘴數(shù)目 只

3.2 改造方案的實施

3.2.1 調(diào)節(jié)級噴嘴的改造

由于1#和2#調(diào)節(jié)門控制7只噴嘴(第1噴嘴組)，3#和4#調(diào)節(jié)門控制10只噴嘴(第2噴嘴組)，實際運行中1#和2#調(diào)節(jié)門全開，第2噴嘴組只有3#調(diào)節(jié)門部分開啟，4#調(diào)節(jié)門關(guān)閉，總共有17只噴嘴參與做功(見圖1)。這與設(shè)計差別很大，利用專用堵塊堵住噴嘴的辦法，無論是內(nèi)封堵還是外封堵，都會破壞原有的結(jié)構(gòu)，給以后恢復(fù)工作造成困難。但7#或8#調(diào)節(jié)門分別控制5只噴嘴，1#，2#，7#或者1#，2#，8#調(diào)節(jié)門組合(控制的噴嘴數(shù)量為12組)將會更接近設(shè)計值，且有利于縮小上、下汽缸蒸汽的溫差。經(jīng)查原圖紙，3#，4#和7#，8#調(diào)節(jié)門門頭圖號相同，3#，4#和7#，8#調(diào)節(jié)門門座圖號相同，故只需要把7#或者8#門頭和3#或4#門頭更換位置，松開各門桿鎖母，將3#和4#門桿長度數(shù)值與7#和8#門桿長度值對調(diào)調(diào)整，對調(diào)后順序開啟，1#和2#，7#和8#，3#和4#，5#和6#重疊度不變。實施改造之前，對門頭順序變更后引起的葉片激振力變化進行了計算和校核，結(jié)果表明在安全范圍(±15%)內(nèi)。

3.3.2 壓力級

對于壓力級，在改造過程中把對第1和第2壓力級隔板噴嘴上原來封堵較多的專用噴嘴堵塊進行拆除，拆除第3級隔板，取出第3壓力級葉輪的葉片并保留葉根(從恢復(fù)和保護葉根槽部考慮)，增加同質(zhì)量配重環(huán)以防止汽輪機重心偏移，經(jīng)過計算，臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在2 000 r/min以內(nèi)。為了降低排汽壓力，對排汽背壓管廊管道進行改造，最大程度上減少壓損，提高整機蒸汽有效焓焓降。

圖1 改造后機組高壓缸噴嘴組前視圖

4 改造后運行效果

改造后，該機組一次并網(wǎng)成功，基本解決了存在的問題,經(jīng)1年多的運行，實際效果良好。機組改造前、后典型運行工況比較見表3。

在設(shè)計主汽流量高限時，該機組改造后平均發(fā)電負荷由改造前的1 580 kW提高至3 100 kW，增加了約1倍的發(fā)電量。設(shè)計主汽流量下，該機組相對內(nèi)效率由改造前的45.60%提高至72.56%，機組汽耗由改造前的22.38 kg/(kW·h)降至17.42 kg/(kW·h)左右，供熱標煤耗基本在3.8～4.0 kg/GJ。

表3 機組改造前、后典型運行工況比較

改造后，在相同主汽流量參數(shù)和不增加人工費用、設(shè)備折舊等費用構(gòu)成成本情況下，每月即可增加純效益35.38萬元。