蔣冀猛

摘 ?要：文章以敦煌大成聚光熱電有限公司在實(shí)際生產(chǎn)中使用的50MW東汽機(jī)組為例，從汽輪機(jī)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運(yùn)行優(yōu)化這兩方面入手，提出并闡述了光熱發(fā)電中汽輪機(jī)的調(diào)整與運(yùn)行完善方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：光熱發(fā)電;汽輪機(jī);運(yùn)行優(yōu)化

引言：汽輪機(jī)是光熱發(fā)電中需要使用的重要機(jī)械設(shè)備，其運(yùn)行情況直接關(guān)系著光熱發(fā)電生產(chǎn)的效率與質(zhì)量?；谶@樣的情況，出于對(duì)促進(jìn)光熱發(fā)電生產(chǎn)升級(jí)的考量，對(duì)相應(yīng)汽輪機(jī)組展開(kāi)優(yōu)化調(diào)整是必然選擇，值得重點(diǎn)探究。

一、光熱發(fā)電中汽輪機(jī)優(yōu)化項(xiàng)目的背景概述

（一）光熱發(fā)電中汽輪機(jī)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)價(jià)值分析

對(duì)于光熱發(fā)電（太陽(yáng)能光熱發(fā)電）來(lái)說(shuō)，其屬于太陽(yáng)能新能源利用的重要方向，在當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)踐中，其需要著汽輪機(jī)提供主要?jiǎng)恿?。相比于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)而言，太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)具有一定的特殊性，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，主要依托太陽(yáng)島落實(shí)對(duì)太陽(yáng)光能光熱的收集，結(jié)合換熱裝置的應(yīng)用，將其轉(zhuǎn)換為用于蒸汽加熱的熱能;將蒸汽引入汽輪機(jī)內(nèi)，展開(kāi)能量轉(zhuǎn)換做功，從而完成太陽(yáng)能發(fā)電。通過(guò)應(yīng)用太陽(yáng)能光熱發(fā)電，結(jié)合光熱發(fā)電結(jié)合熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的使用，促使24小時(shí)發(fā)電成為現(xiàn)實(shí)，且能夠完成快速調(diào)峰功能，建造、投運(yùn)過(guò)程中不造成環(huán)境污染[1];從規(guī)?；矫鎭?lái)看，其成本能夠降低至光伏發(fā)電成本之下，有著極為理想的應(yīng)用發(fā)展前景?；谶@樣的情況，出于對(duì)提升太陽(yáng)能發(fā)電成效的考量，大力發(fā)展光熱發(fā)電、優(yōu)化其中的汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行條件具有極高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

（二）光熱發(fā)電中汽輪機(jī)的簡(jiǎn)介

敦煌大成聚光熱電有限公司在實(shí)際生產(chǎn)中使用的汽輪機(jī)組型號(hào)為NZK50-12.2/538/538型;型式為超高壓、雙缸、一次再熱、凝汽式空冷汽輪機(jī);額定功率（銘牌功率或保證功率）為50MW;主機(jī)重量約為232噸（包括閥門、基架和墊鐵）;機(jī)組外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高=4800毫米×4200毫米×3400毫米 （高壓模塊）、長(zhǎng)×寬×高=8600毫米×5400毫米×4800毫米（低壓模塊）。

在熱耗率驗(yàn)收工況（額定出力工況）條件下，該汽輪機(jī)的各種主要參數(shù)如下：主汽門前新蒸汽（高壓主汽閥前）為12.2MPa/538℃;再熱蒸汽（中壓主汽閥前）為2.272MPa/538℃;背壓為8kPa（額定工況）/16kPa（夏季工況）。同時(shí)，該汽輪機(jī)組的額定工況（THA）主蒸汽流量為每小時(shí)149噸;最大工況（VWO）（功率53.771MW）主蒸汽流量為每小時(shí)161噸;夏季工況（TRL）（功率50.039MW）主蒸汽流量為每小時(shí)155.8噸;轉(zhuǎn)向?yàn)楦邏焊缀偷蛪焊拙鶠槟鏁r(shí)針（均為由進(jìn)汽端向排汽端看）;額定轉(zhuǎn)速為每分鐘6070轉(zhuǎn)（高壓缸）、每分鐘3000轉(zhuǎn)（低壓缸）。

該汽輪機(jī)的軸系臨界轉(zhuǎn)速（計(jì)算值）具體有：高壓轉(zhuǎn)子一階為每分鐘 2481.7轉(zhuǎn);高壓轉(zhuǎn)子二階為每分鐘 7086.8轉(zhuǎn);低壓轉(zhuǎn)子一階為每分鐘 1748.3轉(zhuǎn);電機(jī)轉(zhuǎn)子一階為每分鐘*1606.3轉(zhuǎn);電機(jī)轉(zhuǎn)子二階為每分鐘*3987.6轉(zhuǎn)（*發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速值以電機(jī)廠提供數(shù)值為準(zhǔn)）。汽輪機(jī)組的通流級(jí)數(shù)共50級(jí)，其中有高壓28級(jí)、低壓22級(jí);回?zé)嵯到y(tǒng)為3高加+1除氧+4低加;汽封系統(tǒng)為自密封系統(tǒng);末級(jí)動(dòng)葉片高度為485毫米;末級(jí)動(dòng)葉片環(huán)形排汽面積為2.8112平方米;抽汽點(diǎn)為第21、28 、32、36、41、44、46、48級(jí)后。

二、光熱發(fā)電中汽輪機(jī)的具體優(yōu)化路徑探究

（一）光熱發(fā)電中汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

第一，在閥門設(shè)計(jì)方面，主要在光熱發(fā)電汽輪機(jī)組內(nèi)引入中壓閥與高壓閥，為水平切向進(jìn)汽布置結(jié)構(gòu);在螺栓的支持下，在汽缸上固定安裝閥門，以此避免生成更高的壓損（維持在不超過(guò)2%的水平）。針對(duì)汽缸的進(jìn)汽部位，要求始終保持溫度場(chǎng)均勻分布;選用主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合組閥作為中壓閥，以此達(dá)到提高光熱發(fā)電汽輪機(jī)組調(diào)節(jié)性能的效果。將錐形密封面引入主閥桿、調(diào)節(jié)閥與套筒之內(nèi)，保證汽輪機(jī)正常運(yùn)行條件下不會(huì)發(fā)生主閥桿泄露的問(wèn)題，且促使調(diào)節(jié)閥全開(kāi)情況下調(diào)節(jié)閥桿做到零泄漏[2]。選擇三支點(diǎn)浮動(dòng)支撐作為閥門支架，充分發(fā)揮出其中彈簧結(jié)構(gòu)的變形作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門與基礎(chǔ)的脹差的有效吸收。第二，在氣缸設(shè)計(jì)方面，應(yīng)用中分法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)定高壓外缸，針對(duì)前部高壓內(nèi)缸，選用筒形缸套環(huán)結(jié)構(gòu)，并加設(shè)隔熱罩;針對(duì)后部高壓內(nèi)缸，引入隔板套，以此促使內(nèi)外缸的熱應(yīng)力呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，保證換熱的充分性[3]。同時(shí)，結(jié)合在高壓缸內(nèi)加設(shè)倒暖裝置的落實(shí)，能夠達(dá)到進(jìn)一步縮減汽輪機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間的效果，促使光熱發(fā)電汽輪機(jī)組的快速啟動(dòng)成為現(xiàn)實(shí)。應(yīng)用單層缸結(jié)構(gòu)設(shè)定中低壓缸，出于對(duì)提升中低壓缸升溫速度的考量，需要引入窄高法蘭，為光熱發(fā)電汽輪機(jī)組快速啟停的實(shí)現(xiàn)提供支持。第三，在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方面，針對(duì)進(jìn)汽高溫段，選用高溫性能良好的材料;針對(duì)低溫段，選用脆性轉(zhuǎn)變溫度偏低且強(qiáng)度更為理想的材料，結(jié)合焊接以及熱處理的落實(shí)，切實(shí)滿足中低壓缸正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)提出的更多要求。另外，需要進(jìn)一步實(shí)施對(duì)圓角結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，促使中低壓缸轉(zhuǎn)子快速啟停過(guò)程中所面對(duì)著的阻礙與風(fēng)險(xiǎn)降低。

（二）光熱發(fā)電中汽輪機(jī)運(yùn)行的優(yōu)化

在本次研究中，主要從汽輪機(jī)冷啟動(dòng)過(guò)程方面入手展開(kāi)運(yùn)行優(yōu)化。結(jié)合對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵部位的應(yīng)力變化進(jìn)行觀察，能夠了解到，由于在沖轉(zhuǎn)時(shí)刻存在劇烈熱沖擊，因此轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力上升。在啟動(dòng)初期，入口蒸汽溫度保持恒定的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，并不能夠達(dá)到理想的降低轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力的效果，反而會(huì)使得汽輪機(jī)實(shí)際的啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。

實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)對(duì)汽輪機(jī)啟動(dòng)初期的蒸汽溫度保持恒定的時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)縮短，實(shí)施提前并網(wǎng)，促使并網(wǎng)后的溫升率提升，縮減汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，并以此達(dá)到減小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵部位熱應(yīng)力值的效果。出于對(duì)維護(hù)光熱發(fā)電汽輪機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定性的考量，并在實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、滿足負(fù)荷迅速變化現(xiàn)實(shí)需求的同時(shí)，降低啟動(dòng)應(yīng)力以及汽輪機(jī)實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程中疲勞壽命損耗，需要切實(shí)參考啟動(dòng)方式的特點(diǎn)、啟動(dòng)方式對(duì)汽輪機(jī)各部件啟動(dòng)參數(shù)的影響，完成對(duì)最優(yōu)啟動(dòng)方案的制定，在縮減汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的同時(shí)節(jié)約能源，促使光熱發(fā)電汽輪機(jī)組的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間縮短。對(duì)于光熱發(fā)電汽輪機(jī)而言，在不承擔(dān)負(fù)荷進(jìn)行暖機(jī)的過(guò)程中，蒸汽流量、壓力、轉(zhuǎn)子表面換熱系數(shù)等均處于較低水平，轉(zhuǎn)機(jī)金屬與氣缸溫度呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢(shì)，暖機(jī)效果并不理想?；谶@樣的情況，可以在兼顧縮減啟動(dòng)時(shí)間、降低轉(zhuǎn)子熱機(jī)械應(yīng)力的條件下，對(duì)該階段沖轉(zhuǎn)暖機(jī)的時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)性縮減，并在動(dòng)靜部分未發(fā)生碰撞磨損的基礎(chǔ)上，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施增速處理，促使其在中低速情況下展開(kāi)暖機(jī)的時(shí)間呈現(xiàn)出縮短的趨勢(shì)。對(duì)光熱發(fā)電汽輪機(jī)組并網(wǎng)后的低負(fù)荷暖機(jī)時(shí)間長(zhǎng)度展開(kāi)適當(dāng)增加，相比于不承擔(dān)負(fù)荷進(jìn)行暖機(jī)操作，這種低負(fù)荷暖機(jī)操作的落實(shí)可以收獲更高的蒸汽流量，推動(dòng)著主蒸汽溫度、沖轉(zhuǎn)參數(shù)升高，實(shí)現(xiàn)對(duì)更為理想的暖機(jī)效果的獲取，明顯降低汽輪機(jī)組啟動(dòng)前期所面對(duì)的熱機(jī)械應(yīng)力值，以此達(dá)到進(jìn)一步延長(zhǎng)對(duì)應(yīng)光熱發(fā)電汽輪機(jī)組實(shí)際使用年限的成效。

總結(jié)：綜上所述，出于對(duì)提升太陽(yáng)能發(fā)電成效的考量，大力發(fā)展光熱發(fā)電、優(yōu)化其中的汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行條件具有極高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。在對(duì)光熱發(fā)電汽輪機(jī)組的閥門結(jié)構(gòu)、汽缸結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)汽輪機(jī)啟動(dòng)初期的蒸汽溫度保持恒定的時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)縮短，實(shí)施提前并網(wǎng);在兼顧縮減啟動(dòng)時(shí)間、降低轉(zhuǎn)子熱機(jī)械應(yīng)力的條件下，對(duì)該階段沖轉(zhuǎn)暖機(jī)的時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)性縮減;在動(dòng)靜部分未發(fā)生碰撞磨損的基礎(chǔ)上，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施增速處理等一系列運(yùn)行優(yōu)化措施的落實(shí)，縮減了汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，達(dá)到了降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵部位熱應(yīng)力值的效果，延長(zhǎng)了光熱發(fā)電汽輪機(jī)組的實(shí)際使用年限。

參考文獻(xiàn)：

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