陸子龍， 茆亞平， 吳曉佛， 李 進

(1. 江蘇國信高郵熱電有限責(zé)任公司， 江蘇揚州 225600； 2. 通用電氣(中國)有限公司，上海 200000)

某電廠2臺100 MW燃?xì)廨啓C熱電聯(lián)產(chǎn)機組配置的PG6111FA型燃?xì)廨啓C自機組投運以來，1號機組相繼出現(xiàn)了透平一級葉輪前的輪間溫度超溫、6號燃燒室火焰探測器火焰檢測(簡稱火檢)信號丟失等問題。通過內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)，6號燃燒室火焰探測器周邊熱端裂紋較多、透平一級噴嘴裂紋較長等問題。由此判斷，現(xiàn)運行的熱通道部件不能滿足32 000 h的中修檢修間隔時間要求。因此，在機組運行15 771 h后，對其進行先進熱通道(AGP)升級改造，確保機組安全穩(wěn)定運行，并對運行參數(shù)進行優(yōu)化，以提高機組的各項性能。

1 燃?xì)廨啓C概況

該PG6111FA型燃?xì)廨啓C的主要技術(shù)參數(shù)見表1，對應(yīng)大氣條件為溫度15 ℃、壓力0.101 61 MPa、相對濕度77%。

表1 PG6111FA型燃?xì)廨啓C的主要技術(shù)參數(shù)

2 AGP升級改造

AGP升級改造的主要部件有：過渡段部件，透平一級噴嘴、護環(huán)、動葉，透平二級噴嘴、護環(huán)、動葉，透平三級噴嘴、護環(huán)。

為滿足機組運行安全性要求，對燃料噴嘴、火焰筒冒罩、火焰筒、透平三級動葉進行了更換，新部件與機組原安裝的部件一致。原配置的三級動葉在葉片流型、涂層等方面已達(dá)到AGP的要求[1]。

主要改造工作項目如下：

(1) 檢查過渡段部件并將其更換為升級的全新部件。

(2) 檢查熱通道8大部件并將其全部更換為升級的全新部件。

(3) 根據(jù)新部件的安裝技術(shù)要求進行間隙調(diào)整等。

(4) 為滿足新部件的運行要求進行冷卻風(fēng)量調(diào)整等。

(5) 為滿足新部件的運行要求進行Mark Ⅳe 控制邏輯參數(shù)修改等。

(6) 機組啟動后的調(diào)試工作。

2.1 動葉的升級改造

動葉的升級改造(見圖1)主要集中在涂層材質(zhì)及葉片流型的優(yōu)化等。

圖1 動葉的升級改造圖

在涂層材質(zhì)方面，將一級、二級動葉原鈦合金涂層改為CoCrNiWC涂層，原鈦合金涂層摩擦因數(shù)大、耐高溫磨損性能較差，由圖1可見原一級、二級動葉的表面已出現(xiàn)部分腐蝕及磨損，而新的CoCrNiWC 涂層具有硬度低、耐腐蝕和抗高溫性能好等特點，可以延長動葉的使用壽命。

在葉片流型方面，葉柵內(nèi)邊界層攻角變大，使得氣流經(jīng)過葉柵時的流動損失減小，總壓損減小，從而一定程度上提高了透平效率。一級動葉應(yīng)用了葉根C型密封，增加了隔板冷卻孔，從而改善了整體冷卻效果；二級動葉應(yīng)用了葉根C型密封，改進冷卻方式減少蠕變強度并調(diào)整為榫頭連接。

2.2 噴嘴的升級改造

噴嘴的升級改造(見圖2)主要集中在冷卻方式的調(diào)整，升級了涂層材料，改善密封插片的密封性能等。

圖2 噴嘴的升級改造

在冷卻方式方面，增加了一級、二級噴嘴內(nèi)外冷卻孔數(shù)量，并對密封結(jié)構(gòu)進行了升級，提高了冷卻和密封能力，而三級噴嘴主要是增加了套管，通過將套管插入噴嘴增加了冷卻風(fēng)量，提高了冷卻能力。

在噴嘴涂層材料方面，一級、二級噴嘴涂層材料升級為GTD*262，提高蠕變強度、抗疲勞強度和抗氧化能力，從而延長了噴嘴的使用壽命。由圖2(a)、2(b)可見：一級噴嘴、二級噴嘴表面的涂層出現(xiàn)了嚴(yán)重的氧化，現(xiàn)場解體時氧化層已部分脫落。

2.3 護環(huán)的升級改造

護環(huán)的升級改造(見圖3)主要集中在涂層及密封性能的升級。

圖3 護環(huán)的升級改造

轉(zhuǎn)子動葉和機匣定子的間隙是變化的，動葉和護環(huán)之間可能會發(fā)生摩擦，造成動葉葉尖磨損，導(dǎo)致機組性能下降。為此，一級護環(huán)使用了加厚的GE第3代可磨涂層，原平面涂層改為波紋狀可磨涂層，從而增加了一級護環(huán)的可磨層厚度，提高了部件的使用壽命；對二級護環(huán)、三級護環(huán)的密封插片進行升級，采用布條式密封、金屬插片密封代替凹凸齒密封面，并加厚了蜂窩密封，減小間隙，提高了密封性能。

2.4 過渡段部件的升級改造

過渡段部件的升級改造主要集中在外套及內(nèi)、外浮動密封。外套增加了冷卻孔數(shù)量，以增大內(nèi)部熱通道的冷卻風(fēng)量，同時對內(nèi)、外浮動密封進行了升級，降低了流動壓差，改善過渡段部件的密封性能。

2.5 熱通道間隙調(diào)整

所有熱通道部件都更換為全新的部件，大部分熱通道部件進行了改動，部分通流間隙的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了變化，現(xiàn)場安裝過程中根據(jù)最新的間隙標(biāo)準(zhǔn)進行了檢查和調(diào)整。主要對一級、二級動葉葉頂與護環(huán)密封間隙進行了調(diào)整。一級動葉葉頂與護環(huán)間隙由8.19～12.07 mm減小至7.19～11.07 mm，二級動葉葉頂與護環(huán)間隙由7.38～9.05 mm減小至6.38～8.05 mm，減少了透平動葉葉頂與護環(huán)間的漏氣量，從而提高了機組的輸出功率和效率。

2.6 冷卻風(fēng)量調(diào)整

對透平段冷卻風(fēng)量進行了調(diào)整，壓氣機第9級抽氣管路流量孔板內(nèi)徑由24.5 mm 調(diào)整為24 mm，第13級抽氣管路流量節(jié)流孔板內(nèi)徑由54.5 mm調(diào)整為44.9 mm；拆除了壓氣機排氣缸12點鐘方向的堵頭，從而增加轉(zhuǎn)子軸內(nèi)部冷卻風(fēng)量。

3 AGP升級改造后安全性分析

機組經(jīng)過AGP升級改造后，原先存在的6號燃燒室3號/4號火焰探測器火檢信號丟失、透平一級葉輪前輪間溫度超溫和燃?xì)廨啓C艙室輕微超溫等缺陷全部消除，極大地提高了機組運行的穩(wěn)定性和安全性。

3.1 火焰探測器火檢信號丟失

該機組共有6個燃燒室，2號、4號燃燒室各裝有1個火焰探測器，6號燃燒室裝有2個火焰探測器，若4個火焰探測器的火檢信號丟失3個，則機組跳機?；鹧嫣綔y器由一路閉式冷卻水進行冷卻，防止?jié)袷交鹧嫣綔y器超溫導(dǎo)致火檢信號丟失[2]，若火焰探測器內(nèi)部超溫，會導(dǎo)致火檢輸出脈沖信號的波動，從而造成火檢信號丟失。

機組運行9 427 h后，開始出現(xiàn)了6號燃燒室2個火焰探測器的火檢信號丟失現(xiàn)象；雖然采取了增加火焰探測器冷卻水排空口、增加閉式冷卻水管道保溫、增加冷卻水自動排氣閥等措施，但是均未達(dá)到預(yù)期效果，只能通過火檢信號強制及定期排空氣的手段維持機組運行。

在實施AGP升級改造的過程中，解體時發(fā)現(xiàn)，6號燃燒室火焰探測器套圈涂層出現(xiàn)裂紋(見圖4(a))；2個火焰探測器(FD-6A/6B)外套法蘭有燒蝕痕跡(見圖4(b))；火焰探測器套管與火焰筒噴嘴套圈接觸處有磨損痕跡。將火焰筒更換后，目前6號燃燒室火焰探測器運行情況良好。

圖4 6號燃燒至火焰探測器

3.2 透平一級葉輪前輪間溫度超溫

PG6111FA型燃?xì)廨啓C在國內(nèi)外普遍存在透平一級輪盤超溫的現(xiàn)象。一級葉輪前輪間報警溫度為490 ℃，國內(nèi)同類型機組在夏季工況一級葉輪前輪間溫度最大能達(dá)到545 ℃。

為此，在機組AGP升級改造中，拆除了壓氣機排氣缸12點鐘方向的堵頭，以增加轉(zhuǎn)子軸內(nèi)部冷卻風(fēng)量，同時對二級、三級冷卻風(fēng)量進行了調(diào)整。改造后一級葉輪前輪間溫度超溫的現(xiàn)象得以徹底消除。改造前后的輪間溫度見表2。

表2 改造前后的輪間溫度

由表2可見：改造后相同工況下一級輪盤前、后溫度分別下降了32 K、43 K，二級、三級輪盤后溫度分別下降了44 K、11 K，提高了機組運行的安全性。

3.3 燃?xì)廨啓C艙室輕微超溫

針對機組燃?xì)廨啓C艙室超溫的問題，通過前期對通風(fēng)系統(tǒng)中的排氣風(fēng)扇進行擴容改造，已基本解決該問題；但1號燃?xì)廨啓C艙室溫度比3號燃?xì)廨啓C艙室仍然高出10 K左右[3]。由此，估計該機組經(jīng)長期運行后，熱通道部件間可能存在燃?xì)庑孤┑那闆r。在AGP升級改造過程中，對燃燒室進行解體檢查時，發(fā)現(xiàn)火焰筒與火焰探測器間、過渡段密封墊片處存在泄漏。將所有熱通道的密封墊片、密封插片進行了更換，從而徹底消除了燃?xì)廨啓C艙室超溫的問題。表3為1號燃?xì)廨啓C改造前后及3號燃?xì)廨啓C艙室的溫度，其中A側(cè)為從壓氣機端向后看燃?xì)廨啓C艙室的左側(cè)，B側(cè)為從壓氣機端向后看燃?xì)廨啓C艙室的右側(cè)。

表3 改造前后燃?xì)廨啓C艙室的溫度

4 AGP升級改造的經(jīng)濟性分析

4.1 機組性能參數(shù)提高

機組在AGP升級改造后，減小了透平動靜部件之間的間隙，通過熱通道材料更換及燃燒調(diào)整升級提高了燃?xì)獬鯗?，?號燃?xì)廨啓C的性能指標(biāo)得以提升。表4為改造前后機組的性能參數(shù)(大氣條件參數(shù)為環(huán)境溫度15 ℃、壓力0.101 61 MPa、相對濕度77%，燃料氣低位熱值為36.812 MJ/m3)。由表4可見：1號燃?xì)廨啓CAGP升級改造后，其聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電的燃料氣耗率降低了0.003 3 m3/(kW·h)。按照單臺機組全年發(fā)電量為6.231×108kW·h(單臺機組聯(lián)合循環(huán)平均輸出功率為113.3 MW，運行時間為5 500 h)，平均氣價為2.34元/m3計算，全年可節(jié)省燃料費用481.2萬元。AGP升級改造后燃?xì)廨啓C輸出功率增加了4.97%，每年可增加收入約140萬元。

表4 改造前后機組的性能參數(shù)

4.2 檢修間隔時間加長

1號燃?xì)廨啓CAGP升級改造費用包含在燃?xì)廨啓C長期維護協(xié)議(CSA)費用中，未產(chǎn)生額外的生產(chǎn)成本(每臺燃?xì)廨啓C機組AGP升級改造費用為3 200萬元)。

AGP升級改造后，PG6111FA型燃?xì)廨啓C燃燒室及透平噴嘴、動葉、護環(huán)等熱通道部件壽命使用壽命從12 000 h延長至16 000 h，即在CSA總費用不變的情況下，一個CSA周期從48 000 h延長至64 000h，確保了設(shè)備的安全使用周期。

5 結(jié)語

該PG6111FA型燃?xì)廨啓CAGP升級改造后，機組的運行經(jīng)濟性得到了提升，降低了機組運行的生產(chǎn)成本，延長了機組的檢修間隔時間，降低了檢修維護成本。

通過該PG6111FA型燃?xì)廨啓C的AGP升級改造，進一步提高了燃?xì)廨啓C運行維護水平，為國內(nèi)燃?xì)廨啓C，特別是PG6111FA型燃?xì)廨啓C的檢修積累了寶貴的經(jīng)驗和技術(shù)數(shù)據(jù)，并提供參考。