張繼紅，杜文斌，趙 杰，張朋飛

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600 MW等級超臨界汽輪機通流改造綜述

張繼紅，杜文斌，趙 杰，張朋飛

（西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054）

隨著我國能源結構改革的深入和節(jié)能減排要求的提高，近年來600 MW等級超臨界汽輪機通流改造技術發(fā)展迅速。本文介紹了國內(nèi)、外超臨界汽輪機組的改造發(fā)展歷程，對比了主要廠家通流改造方案的技術特點，從經(jīng)濟性、可靠性兩方面對已經(jīng)完成的600 MW等級超臨界汽輪機通流改造項目的效果進行了比較，并與國外超臨界汽輪機進行了對標，在此基礎上對通流改造下一步工作提出了建議。結果表明：600 MW 等級超臨界汽輪機通流改造技術成熟，改造后汽輪機組的經(jīng)濟性得到顯著提高；與國外同類型機組相比，國內(nèi)汽輪機組經(jīng)濟性已接近或達到國際先進水平。

600 MW等級；超臨界；汽輪機；通流改造；深度調峰；經(jīng)濟性；可靠性

我國自20世紀90年代開始引進超臨界600 MW機組，此后通過逐步消化吸收，基本掌握了超臨界機組的設計、制造、運行、檢修技術。受當時設計水平、設計手段和制造加工工藝的限制，目前國內(nèi)在役的600 MW等級超臨界汽輪機普遍存在通流部分效率低、熱耗率高、主要性能指標與設計值的偏差較大等問題，嚴重影響了機組的經(jīng)濟性。同時，國家《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》明確要求：到2020年，現(xiàn)役600 MW等級及以上機組的供電煤耗必須低于300 g/(kW·h)[1]。特別是近年來國內(nèi)發(fā)電機組有效利用小時數(shù)不斷降低，600 MW等級機組平均負荷系數(shù)持續(xù)下降，并且需要參與經(jīng)常性調峰。因此，對600 MW等級超臨界汽輪機進行有針對性的提效改造對提高機組經(jīng)濟性，降低國內(nèi)煤電機組總體能耗水平具有重要意義。

近年來隨著技術不斷進步，國內(nèi)陸續(xù)有40多臺600 MW等級超臨界汽輪機完成了通流部分技術改造，使經(jīng)濟效益和社會效益顯著提升。目前，相關文獻主要側重于對國內(nèi)通流改造機組的經(jīng)濟性研究。本文介紹了國內(nèi)、外超臨界機組改造發(fā)展歷程，從經(jīng)濟性、安全可靠性對比了通流改造后效果，并對國內(nèi)、外同類型機組進行了對標分析，結合當前火電機組靈活性運行等方面提出了下一步工作建議。

1 國內(nèi)、外超臨界汽輪機改造歷程

1.1 國外超臨界汽輪機改造

超臨界發(fā)電技術開始于20世紀50年代，世界上第一臺超臨界汽輪機是1957年投產(chǎn)的美國Philo電廠6號機組[2]。歐洲超臨界汽輪機大多分布在德國、英國、意大利和丹麥[3-5]，其中德國是發(fā)展超臨界技術最早的國家之一，在20世紀50—60年代和美國同步地開展了超臨界汽輪機的研究工作。日本于20世紀60年代中期開始發(fā)展超臨界壓力機組，在吸收美國和歐洲技術的基礎上，通過引進、仿制、創(chuàng)新，發(fā)展成為超臨界汽輪機技術先進的國家。俄羅斯立足于國內(nèi)情況進行超臨界汽輪機的研制，第一臺超臨界300 MW機組于1963年投運[6-7]。

從20世紀80年代起，一方面由于早期投運的超臨界汽輪機事故偏多、可靠性較低，且機組已運行15~20年，經(jīng)濟性降低；另一方面由于材料技術的發(fā)展，汽輪機材料性能有了大幅度改進，美國GE、西屋公司開始對已投運的超臨界汽輪機進行改造和優(yōu)化，開發(fā)形成了新的結構和設計方法，有效提高了機組的經(jīng)濟性、可靠性[8-10]。典型的案例為美國Zimmer電廠1號汽輪機，機組容量1 300 MW，蒸汽參數(shù)25.4 MPa/538 ℃/538 ℃，是世界上單機容量最大的超臨界機組之一，于1986年進行了汽輪機高、中壓缸通流改造。國外600 MW等級及以上機組通流改造情況見表1。

表1 國外600 MW等級及以上機組通流改造情況

Tab.1 The flow path retrofit situation of 600 MW class units and above at abroad

隨著超臨界發(fā)電技術的進步和改造技術的成熟，以彎扭聯(lián)合成型全三維葉片為代表的第三代通流設計進入工業(yè)化實用階段，更先進高效的汽封技術被開發(fā)應用，2000年以后在美國、德國、英國、澳大利亞等國家，超臨界汽輪機通流改造得到快速發(fā)展[11-14]，機組性能得到進一步提升，改造后汽輪機熱效率可達到47%~48%。典型的案例有：1）美國Brayton Point電廠3號汽輪機，機組容量600 MW，蒸汽參數(shù)24.2 MPa/538 ℃/552 ℃/565 ℃，二次 再熱機組，于2011年進行了高壓缸通流改造； 2）上文提到的美國Zimmer電廠1號汽輪機，于2012年又進行了低壓缸通流改造；3）德國Boxberg電廠Q號汽輪機，機組容量908 MW，蒸汽參數(shù) 26.0 MPa/580 ℃/580 ℃，2001年投產(chǎn)時汽輪機熱效率約為48.5%，為當時效率較高的汽輪機組之一，于2014年進行了高壓缸通流改造。國外汽輪機通流改造的特點是，單次改造一般只在部分缸體上實施，很少高、中、低三缸同時進行改造。

1.2 國內(nèi)超臨界汽輪機改造

國內(nèi)超臨界汽輪機設計技術主要是通過對引進機型消化吸收和國產(chǎn)優(yōu)化改進發(fā)展而來。1992年我國引進的首臺600 MW超臨界汽輪機在華能國際電力股份有限公司上海石洞口第二電廠（華能石洞口二廠）投入商業(yè)運行，其后又經(jīng)過了多年的引進、吸收和優(yōu)化，2005年我國首臺國產(chǎn)化600 MW超臨界汽輪機在華能沁北發(fā)電有限責任公司（華能沁北電廠）投入商業(yè)運行。隨著我國電力設備制造水平的整體提升和超臨界技術的研發(fā)進步，我國超臨界機組發(fā)展迅速，近幾年國內(nèi)新增燃煤裝機容量絕大多數(shù)為超臨界和超超臨界機組。截至2017年底，國內(nèi)現(xiàn)役的超臨界及以上參數(shù)機組共約480臺。

國內(nèi)超臨界汽輪機通流改造的發(fā)展與超臨界汽輪機技術的不斷進步密切相關。最早，華能石洞口二廠分別在1996年、2010年對2、1號汽輪機進行了低壓缸通流改造嘗試，取得了預期的效果。其后，在2012—2014年間，浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司（蘭溪電廠）、淮浙煤電有限責任公司鳳臺發(fā)電分公司（鳳臺電廠）、浙江浙能樂清發(fā)電有限責任公司（樂清電廠）進行了首批國產(chǎn)600 MW等級超臨界汽輪機整體通流改造，改造后汽輪機熱耗率可達到7 620 kJ/(kW·h)左右，機組經(jīng)濟性明顯提升。隨著國內(nèi)汽輪機技術的研發(fā)改進，新型低壓斜撐內(nèi)缸[15]、360°蝸殼進汽結構、排汽導流環(huán)優(yōu)化[16]、小間隙汽封等先進技術在超臨界機組通流改造中得到不斷應用。近2年來，平頂山姚孟發(fā)電有限責任公司（姚孟電廠）、國電豐城發(fā)電有限公司（豐城電廠）、阜陽華潤電力有限公司（阜陽電廠）、浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責任公司（烏沙山電廠）等多臺超臨界汽輪機陸續(xù)完成了通流改造，改造后機組熱耗率可達到7 550 kJ/(kW·h)左右，機組的經(jīng)濟性、可靠性均得到進一步提高。

隨著國家節(jié)能降耗要求的不斷提高和發(fā)電機組的有效利用小時數(shù)不斷降低，早期投產(chǎn)的超臨界機組，甚至部分超超臨界機組通流改造的需求也更加迫切，很有必要對已經(jīng)完成的超臨界機組通流改造工作進行梳理、總結，為其他發(fā)電企業(yè)實施同類型機組通流改造提供參考。

2 在役600 MW等級超臨界汽輪機存在問題

600 MW等級超臨界汽輪機存在的主要問題是經(jīng)濟性較差，與設計值的偏差較大。濕冷機組熱耗率設計值7 510~7 550 kJ/(kW·h)，試驗實際測量 值7 720~7 850 kJ/(kW·h)，比設計值偏高200~ 300 kJ/(kW·h)。造成上述情況的主要原因為：1）在未對汽輪機進行技術改進的情況下，制造廠為更大程度爭取項目中標，不斷壓低熱耗率設計值，設計值與機組實際性能偏差較大；2）早期的國產(chǎn)引進型汽輪機受當時設計水平和制造工藝的限制，汽輪機熱耗率較高。汽輪機設計方面存在的主要問題有：1）汽輪機葉片型線設計落后，葉型損失大，級效率低；2）通流級數(shù)偏少，各級焓降分配不合理，通流部分優(yōu)化不充分，汽輪機缸效率低[17-18]；3）高、中、低壓缸進、排汽部分結構設計老套，進排汽損失大[19]；4）高中壓內(nèi)部套結構設計落后，內(nèi)部套數(shù)量較多，接合面較多，發(fā)生變形后內(nèi)漏嚴重；5）低壓內(nèi)缸產(chǎn)生變形，5號、6號抽汽溫度高于設計值；6）汽封間隙偏大，汽封系統(tǒng)漏汽量大。

3 600 MW等級超臨界汽輪機改造技術特點

3.1 高中壓整體內(nèi)缸

從在役機組運行情況看，汽輪機高壓內(nèi)缸變形、高壓內(nèi)缸與噴嘴室等靜止部件配合面泄漏、高壓進汽插管泄漏等問題較為普遍。在汽輪機通流改造中，采用高中壓整體內(nèi)缸方案，高壓缸取消獨立的噴嘴室，將高中壓內(nèi)缸、噴嘴室、高壓靜葉持環(huán)整合為一體，進汽插管焊接在高壓內(nèi)缸上，或優(yōu)化高壓內(nèi)缸與進汽插管之間密封體[20-22]，通過上述措施有效減少接合面漏汽。

3.2 優(yōu)化低壓內(nèi)缸

改造前由于機組中低壓分缸參數(shù)高，低壓缸從入口到排汽口溫度梯度大，而原有的低壓內(nèi)缸結構不合理，機組運行一段時間后，多存在缸體變形 及5號、6號抽汽超溫等問題。在汽輪機通流改造中，S制造廠通過采用新型整體式單層斜撐低壓內(nèi)缸，抽汽室采用新型平行四邊形封閉腔室，使溫度梯度分布更均勻。D制造廠取消原來單獨的低壓進汽室，將進汽部分結構整體焊接到低壓缸上，避免因裝配而帶來的蒸汽泄漏；取消中分面整體法蘭結構，避免因法蘭為整板而產(chǎn)生的熱應力及變形的情 況[23-24]。A制造廠在中分面抽汽口處增加螺栓，適當加大螺栓的尺寸以防止漏汽。

3.3 優(yōu)化高壓調節(jié)級

調節(jié)級運行工況復雜，約占整個高壓缸做功比例的20%，調節(jié)級效率對機組經(jīng)濟性有顯著影響。目前在役運行的超臨界機組普遍存在通流面積偏大、通流級數(shù)少、調節(jié)級單級焓降大、效率低的特點。在機組通流改造中，通過對機組的熱力部分進行宏觀優(yōu)化調整，增加通流級數(shù)，合理選取調節(jié)級噴嘴通流面積，減小調節(jié)級焓降，優(yōu)化噴嘴配汽[25]，綜合提升高壓缸效率。

3.4 優(yōu)化進排汽結構

進排汽結構型線的差異直接影響進排汽流場及前幾級通流的均勻性，進而影響汽輪機性能。對進排汽部分進行優(yōu)化設計也是提高汽輪機經(jīng)濟性的重要措施。通過采用蝸殼進汽、三段漸縮進汽等技術，優(yōu)化高、中、低壓進汽機構及進汽腔室型線，優(yōu)化低壓排汽導流環(huán)型線和擴壓管型線，使進排汽部分流場分布更加均勻，紊流度減小，蒸汽流動更加順暢，流動損失減小，缸效率提高。

3.5 低壓末級長葉片技術

我國大容量機組長期調峰運行，在低負荷工況下，低壓段蒸汽容積流量顯著減小，容易造成低壓末級葉片根部倒吸，引起葉片出汽邊水蝕及葉片顫振，影響機組安全可靠性。為了保證機組在較寬的工況變化范圍內(nèi)保持較高的末級效率，末級葉片需要具有較好的工況適應性。在汽輪機通流改造中，結合機組冷端現(xiàn)狀和負荷率優(yōu)化選取低壓末級葉片長度，滿足機組經(jīng)濟性、安全可靠性以及參與調峰靈活性要求。在600 MW等級超臨界汽輪機中，S制造廠主要采用1 050 mm或915 mm末級動葉片，D制造廠家主要采用1 016 mm末級動葉片，A制造廠主要采用940 mm末級動葉片。

3.6 采用組合型式汽封方案

汽封作為汽輪機中限制蒸汽泄漏的必要部件，其性能的優(yōu)劣對機組運行經(jīng)濟性和安全性均有影響。在汽輪機通流改造中，通過采用新型汽封以減少漏汽損失，提高機組安全性和經(jīng)濟性。DAS汽封、布萊登汽封、刷式汽封、蜂窩汽封、側齒汽封、接觸式汽封、小間隙汽封等多種型式的汽封技術均得到很好的應用。各種不同型式的汽封，特點各不相同，適用的條件和范圍也不盡相同。在目前的汽輪機改造過程中，大多根據(jù)汽輪機不同部位選擇相適宜的不同型式汽封，這種組合型式汽封方案較單一型式汽封方案，能獲得更好的改造效果。

4 各制造廠通流改造方案

600 MW等級超臨界汽輪機通流部分改造中，由于技術路線不同，各制造廠采用的通流改造方案在本體結構、通流部分、進排汽部分以及汽封等部分均有所不同[26-28]。

4.1 S制造廠方案

1）采用小直徑、多級數(shù)的設計理念，適當增加高、中、低壓通流級數(shù)。

2）動、靜葉片采用彎扭馬刀型葉片，變反動度，根據(jù)氣動特性優(yōu)化各級的反動度。

3）調節(jié)級動葉采用自帶圍帶的三叉三銷三聯(lián)體葉片。

4）整體圍帶葉片，全切削加工。

5）全部采用T型葉根。

6）高中壓整體內(nèi)缸，原高壓內(nèi)缸、中壓內(nèi)缸、高壓靜葉持環(huán)等部件合并形成新的整體內(nèi)缸。

7）優(yōu)化高、中壓蒸汽室型線，采用滑入式噴嘴結構。

8）新型整體式單層斜撐低壓內(nèi)缸，低壓內(nèi)缸抽汽室采用新型平行四邊形封閉腔室。

9）徑向隔板斜向布置。

10）三段漸縮低壓進汽結構，優(yōu)化進汽腔室型線。

11）弱化水平中分面螺栓作用以減小缸體變形，在水平中分面處增加彈性密封鍵。

12）優(yōu)化低壓缸排汽導流環(huán)，提高靜壓恢復系數(shù)。

13）低壓末級采用1 050、915 mm長葉片系列，根據(jù)電廠的實際負荷及背壓選擇適當?shù)哪┘壢~片。

14）通流部分隔板和葉頂汽封采用鑲片式汽封替換彈簧退讓式汽封，增加葉頂汽封齒數(shù)，平衡活塞處多采用布萊登汽封或刷式汽封，高中壓及低壓端部汽封采用蜂窩式汽封或刷式汽封，高、中壓進汽插管密封形式由活塞環(huán)式結構改為疊片結構。

15）配合機組改造增容需求，對閥門口徑進行放大，優(yōu)化閥門結構。

4.2 D制造廠方案

1）采用小焓降、多級數(shù)、低根徑的設計理念，合理地增加通流級數(shù)，優(yōu)化通流級焓降分配。

2）動、靜葉片采用彎扭全馬刀型葉片，后加載層流葉型，整體圍帶。

3）調節(jié)級動葉采用四叉三銷三聯(lián)體葉片，雙層鉚接圍帶。

4）使用更高強度的葉片，優(yōu)化相對葉高，減小動靜葉表面二次流損失。

5）采用邊界層抽吸技術，降低動葉根部通道渦。

6）高壓缸動葉采用菌型葉根，中壓缸動葉采用縱樹型葉根，低壓缸前幾級采用菌型葉根，低壓末幾級采用叉形葉根。

7）高中壓整體內(nèi)缸，高壓缸取消獨立的噴嘴室，進汽室與內(nèi)缸鑄為一體，進汽插管焊接在高壓內(nèi)缸上。

8）優(yōu)化高壓、中壓進汽腔室型線及進汽部分結構。

9）中壓第一級隔板采用雙支點設計，去掉原來的加強筋，取消中壓冷卻系統(tǒng)。

10）取消原來單獨的低壓進汽室，將進汽部分結構整體焊接到低壓缸上，優(yōu)化低壓進汽腔室型線。

11）取消低壓缸中分面整體法蘭結構。

12）優(yōu)化高、中壓排汽缸結構，優(yōu)化低壓排汽導流環(huán)型線和擴壓管型線。

13）自帶冠動葉，動葉葉頂采用高低城墻齒密封系統(tǒng)，高、中、低壓端部汽封、隔板汽封處多使用DAS汽封，高中壓缸間過橋汽封采用DAS+刷式汽封，并增加高中壓缸間過橋汽封齒數(shù)。

4.3 A制造廠方案

1）高、中壓動葉為沖動式葉型，低壓動葉為反動式葉型，除低壓末級外均采用整體圍帶。

2）高、中壓動葉葉根為叉型，低壓末兩級動葉葉根為縱樹型，其他低壓動葉葉根為雙T型。

3）采用高強度型線設計，優(yōu)化葉片的節(jié)圓直徑，減小葉片寬度和增大葉片高度。

4）采用大葉柵噴嘴葉片。噴嘴組通常用40~ 70個靜葉，大約是其他機組噴嘴組靜葉數(shù)量的1/2。

5）低壓末兩級為傾斜加彎扭葉片，質量沿葉片徑向分布更均勻。末級動葉為自支撐，不需拉筋等增加剛性的部件。

6）對低壓末級動葉進汽側外緣局部感應硬化處理，對整個動葉表面噴丸處理。

7）高中壓整體內(nèi)缸，高壓缸取消獨立的噴嘴室，進汽室與內(nèi)缸鑄為一體，進汽管與高壓內(nèi)缸之間采用熱彈性蒸汽活塞環(huán)密封。

8）使用葉輪隔板結構，減小動葉根部直徑處反動度。

9）低壓內(nèi)缸中分面抽汽口處增加螺栓，在靜葉持環(huán)與內(nèi)缸間增加密封環(huán)。

10）低壓轉子為焊接轉子鼓型結構。

11）優(yōu)化低壓缸排汽導流環(huán)。

12）隔板和葉頂采用迷宮式汽封系統(tǒng)，高、中、低壓端部汽封和高中壓缸間過橋汽封采用壓簧式汽封環(huán)結構，并增加高中壓缸間過橋汽封環(huán)數(shù)量。隔板汽封采用防汽流激振設計。

13）高、中壓靜葉材料采用12Cr合金鋼，低壓末兩級靜葉材料為球墨鑄鐵。

5 汽輪機通流改造效果

5.1 改造后機組經(jīng)濟性

2012年以來，主要制造廠陸續(xù)進行了600 MW超臨界汽輪機通流改造，改造效果對比見表2。改造后總體情況良好，機組經(jīng)濟性能得到顯著提高[29-30]，機組經(jīng)濟指標均滿足國家節(jié)能減排要求。

表2 國內(nèi)600 MW等級超臨界機組通流改造效果對比

Tab.2 The results of flow path retrofit of 600 MW class supercritical units in domestic

通過比較主要廠家通流改造后的主要技術指標可知：600 MW等級超臨界汽輪機改造后的高壓缸效率能夠達到88.9%，中壓缸效率（考慮高中壓缸間過橋汽封漏汽）能夠達到93.2%，低壓缸效率能夠達到90.8%，汽輪機熱耗率平均約為7 570 kJ/(kW·h)；經(jīng)過改造，機組熱耗率較改造前一般降低200~ 300 kJ/(kW·h)，供電煤耗降低7~10 g/(kW·h)，經(jīng)濟性得到顯著提高。

5.2 改造后機組安全可靠性

通流改造后，解決了高壓內(nèi)缸變形、低壓內(nèi)缸變形、高中壓隔板套/持葉環(huán)變形、高壓主汽閥、調節(jié)閥卡澀、高壓調節(jié)閥閥桿脫落、斷裂等問題，汽輪機5號、6號抽汽溫度高于設計值的情況也得到明顯改善，部分機組改造后5號、6號抽汽溫度與設計值接近或略低于設計值（表3），機組運行的安全可靠性也得到明顯提升。

表3 通流改造后THA工況5、6號抽汽溫度對比

Tab.3 The No.5 and No.6 extraction temperature under THA condition ℃

6 國內(nèi)、外超臨界汽輪機性能對標

6.1 機組經(jīng)濟性對比

國外早期投運的超臨界機組，受當時技術水平限制，機組熱效率較低，為38%~41%。隨著超臨界汽輪機設計、制造水平的發(fā)展進步，經(jīng)過通流改造后，機組性能不斷提高[31-33]。如澳大利亞Callide電廠汽輪機，2001年投產(chǎn)，是澳大利亞投運的第一臺超臨界汽輪機，機組容量420 MW，蒸汽參數(shù) 25.1 MPa/566 ℃/566 ℃。改造后汽輪機熱耗率 7 513 kJ/(kW·h)（折算到汽輪機排汽壓力4.9 kPa），高壓缸效率88.5%，中壓缸效率93.0%，低壓缸效率為92.0%。

目前已知的資料顯示：國外600 MW等級超臨界汽輪機能效先進水平為熱耗率7 470 kJ/(kW·h)左右，高壓缸效率約91.0%，中壓缸效率約94.0%，低壓缸效率約92.5%。

國內(nèi)600 MW等級超臨界汽輪機通流改造后，熱耗率可達到7 550 kJ/(kW·h)左右，結合實施煙氣余熱利用改造、冷端系統(tǒng)優(yōu)化、輔機變頻改造、空氣預熱器柔性密封等一體化節(jié)能改造，進一步挖掘機組節(jié)能潛力，提升機組整體經(jīng)濟性水平。通過采用上述節(jié)能改造措施，部分機組供電煤耗達到約288 g/(kW·h)，接近美國最先進的AEP公司Joho W.Turk Jr.電廠的供電煤耗水平（287 g/(kW·h)）。

通過以上國、內(nèi)外常規(guī)超臨界汽輪機能效指標的對比，目前我國600 MW等級超臨界汽輪機通流改造后的經(jīng)濟性與國際先進水平還有一些差距，但通過熱力系統(tǒng)一體化節(jié)能改造后，綜合供電煤耗已達到國際先進水平。

6.2 機組可靠性對比

隨著國內(nèi)汽輪機設計技術的研發(fā)進步，汽輪機制造裝配工藝的優(yōu)化改進，高性能汽輪機材料的開發(fā)應用，以及電力企業(yè)管理水平的不斷提高，國內(nèi)機組的運行可靠性得到顯著提升。

通過調研淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠（田集電廠）、樂清電廠、江蘇常熟發(fā)電有限公司（常熟電廠）、蘭溪電廠、姚孟電廠等已進行600 MW等級超臨界汽輪機通流改造的發(fā)電企業(yè)發(fā)現(xiàn)，改造后機組總體運行穩(wěn)定，機組性能保持較為良好，未存在明顯影響機組可靠性的設備缺陷。

根據(jù)北美電力可靠性組織（NERC）和中國可靠性中心[34-35]發(fā)布的2017年度電力可靠性統(tǒng)計數(shù)據(jù)，北美地區(qū)（美國、加拿大、墨西哥）600 MW等級機組的等效可用系數(shù)、等效強迫停運率為80.76%和8.24%，國內(nèi)600 MW等級機組的等效可用系數(shù)、等效強迫停運率為92.54%和0.57%，國內(nèi)600 MW等級機組的運行可靠性總體較高。

7 下一步工作建議

在國內(nèi)已經(jīng)完成40多臺次的通流改造實踐中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，需要在今后的通流改造項目中予以重視。

1）通過通流改造后機組的性能試驗及改造前、后技術方案對比表明，國內(nèi)超臨界汽輪機通流改造在通流部分設計、新型缸體結構設計等方面取得了明顯技術進步，但與國外汽輪機制造廠家先進技術相比，在調節(jié)級動葉葉型設計，低壓缸末級葉片葉型設計，內(nèi)缸結構設計，各缸體進、排汽結構優(yōu)化等方面還有進一步節(jié)能提升空間，特別是高、中、低壓缸排汽端的優(yōu)化。

2）在汽輪機通流改造的同時，建議與目前普遍采用的一體化節(jié)能改造通盤考慮，充分考慮通流改造與其他節(jié)能措施的耦合效應，進一步挖掘機組節(jié)能潛力，提升機組整體經(jīng)濟性水平。

3）隨著可再生能源裝機容量的迅速增長，電源側負荷隨機快速擾動增強，需要燃煤機組快速響應以匹配可再生能源發(fā)電負荷的快速擾動。我國電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃中明確提出挖掘燃煤機組調峰潛力，提升我國火電運行靈活性。建議在制定汽輪機通流改造方案時，應綜合考慮未來機組參與電網(wǎng)深度調峰和進行靈活性改造的需求。

4）通流改造后個別機組仍然存在5號、6號抽汽溫度偏高的現(xiàn)象，說明內(nèi)缸仍然存在蒸汽泄漏的現(xiàn)象，建議制造廠進一步優(yōu)化低壓缸入口和低壓缸水平中分面處密封方式和結構，考慮優(yōu)化分缸參數(shù)，降低低壓缸溫度梯度。

5）高中壓缸間過橋汽封漏汽量雖較原先已有明顯改進，部分改造后的機組THA工況下的高中壓缸間過橋汽封漏汽流量平均水平仍然有30 t/h左右，與先進水平比還有較大優(yōu)化的空間，建議在后續(xù)改造中繼續(xù)關注高中壓缸間過橋汽封漏汽量較大的問題，在安裝過程中注意控制汽封間隙。

6）在當前發(fā)電企業(yè)降電價、降成本的形勢下，有效提高機組運行可靠性，對改善企業(yè)經(jīng)營狀況、提高企業(yè)競爭力具有重要意義。建議在后續(xù)通流改造實施過程中，不僅要關注機組的經(jīng)濟性，更要關注機組的運行可靠性。通過汽輪機材料的研發(fā)[36]、汽輪機結構設計的改進、機組運行方式的優(yōu)化以及結合狀態(tài)檢修方法[37-39]，提高機組運行可靠性，延長機組檢修周期，降低電廠運行管理成本。

8 結 語

1）600 MW 等級超臨界汽輪機通流部分改造技術成熟，改造后的汽輪機組的經(jīng)濟性、安全性、可靠性均得到提高，具有顯著的經(jīng)濟效益與社會效益，是一項值得推廣的技改項目。

2）與國外同類型機組相比，目前我國600 MW等級超臨界汽輪機通流改造后的整體運行經(jīng)濟性已接近或達到國際先進水平。

3）在制定汽輪機通流改造方案時，應綜合考慮未來機組參與深度調峰的可預見的現(xiàn)實情況，以及與其他節(jié)能、技改措施同步實施的耦合效應，科學選擇改造方案。

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（責任編輯 劉永強）

Review of flow path retrofit of 600 MW class supercritical steam turbines

ZHANG Jihong, DU Wenbin, ZHAO Jie, ZHANG Pengfei

(Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China)

With the deepening of Chinese energy structure reform and increasing of energy-saving and emission reduction requirements, the 600 MW class supercritical steam turbine retrofit technology is developing rapidly in recent years. This paper introduces the process of flow path retrofit of supercritical steam turbine domestic and abroad, compares the technology features of flow path retrofit schemes in main manufacturers, discusses the economical and reliability effect of the completed 600 MW class supercritical steam turbine retrofit project, and benchmarks the performance with foreign supercritical steam turbines. On this basis, it puts forward some suggestions for the next step for retrofit practices. The results show that, the 600 MW class supercritical steam turbine retrofit technology is mature and the economic efficiency of the unit is significantly improved after transformation. Compared with the same type units abroad, the economical efficiency of the domestic steam turbines have been close to or reached the international advanced level. This study provides a reference for flow path retrofit of the same type steam turbines implemented by power generation enterprises.

600 MW class, supercritical, steam turbine, flow path retrofit, depth peak-load regulation, economical efficiency, reliability

National Key Research and Development Program (2017YFB0902102)

TK261

A

10.19666/j.rlfd.201808192

張繼紅, 杜文斌, 趙杰, 等. 600 MW等級超臨界汽輪機通流改造綜述[J]. 熱力發(fā)電, 2019, 48(2): 1-8. ZHANG Jihong, DU Wenbin, ZHAO Jie, et al. Review of flow path retrofit of 600 MW class supercritical steam turbines[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(2): 1-8.

2018-08-06

國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFB0902102)

張繼紅(1986—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為汽輪機性能診斷及運行優(yōu)化，zhangjihong@tpri.com.cn。