李興強(qiáng)

摘要：汽輪機(jī)作為火力發(fā)電的核心設(shè)備，具有將蒸汽能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的功能，但由于制造廠設(shè)計(jì)或抽汽供熱原因無法達(dá)到設(shè)計(jì)出力。通過性能試驗(yàn)分析，這種情況的產(chǎn)生歸結(jié)為機(jī)組的通流能力不足、未考慮長期低負(fù)荷工況，會(huì)嚴(yán)重制約機(jī)組額定出力和安全運(yùn)行。因此，對汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行改造、對低壓轉(zhuǎn)子次末級葉片換型、末級葉片噴涂，成為供熱汽輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)革新的重要任務(wù)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；通流；改造

DOI：10.12433/zgkjtz.20240135

隨著《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的實(shí)施，在國家“雙碳”目標(biāo)下，新能源裝機(jī)容量迅猛發(fā)展，供熱火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)進(jìn)一步降低。非供暖期，兩臺(tái)供熱機(jī)組（2×350MW）長期45%額定負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)安全運(yùn)行受到前所未有的挑戰(zhàn)。因此，供熱火電機(jī)組“三改聯(lián)動(dòng)”，對汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行優(yōu)化，對低壓轉(zhuǎn)子次末級葉片換型，末級葉片超音速火焰噴涂，對低壓缸后缸噴水降溫系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高機(jī)組帶負(fù)荷能力和設(shè)備本質(zhì)安全水平勢在必行。

一、改造的必要性

昌吉熱電廠一期工程，配套建設(shè)2×350MW超臨界燃煤發(fā)電供熱機(jī)組。汽輪機(jī)是哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的超臨界、單軸、雙缸、雙排汽、一次中間再熱、直接空冷、單抽凝汽式汽輪機(jī)，擔(dān)負(fù)昌吉市40%供暖面積冬季民生供暖任務(wù)。該機(jī)型在設(shè)計(jì)期間未考慮機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行工況，機(jī)組長期在45%額定負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)汽流量和過熱度減小，對低壓轉(zhuǎn)子次末級、末級葉片安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。存在的主要問題如下：

（一）汽輪機(jī)次末級葉片不能滿足長期低負(fù)荷運(yùn)行要求

1號機(jī)組低壓缸次末級葉片為哈爾濱汽輪機(jī)有限公司的352mm型葉片，低壓轉(zhuǎn)子次末級設(shè)計(jì)時(shí)未考慮機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行工況，廠家核算其強(qiáng)度只能滿足正常工況運(yùn)行，次末級在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)已處于蒸汽過渡區(qū)，運(yùn)行環(huán)境惡劣，頻繁應(yīng)用于汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)（干濕交替頻繁出現(xiàn)）無法確保運(yùn)行安全性。需要更換成帶穿孔拉筋結(jié)構(gòu)的新型352mm葉片。

（二）汽輪機(jī)末級葉片水蝕加重

汽輪機(jī)低壓末級葉片工作在濕蒸汽區(qū)，易發(fā)生水蝕。當(dāng)機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，濕度的增加會(huì)使末級葉片遭受水蝕的侵害，不管是從進(jìn)汽側(cè)還是出汽側(cè)，都會(huì)受到蒸汽凝結(jié)過程中攜帶小水滴的沖刷。水蝕的嚴(yán)重程度會(huì)影響末級葉片的使用壽命，存在低壓轉(zhuǎn)子葉片斷裂風(fēng)險(xiǎn)，危及機(jī)組的安全運(yùn)行。

（三）汽輪機(jī)低壓缸小容積流量條件下運(yùn)行存在鼓風(fēng)發(fā)熱

汽輪機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，低壓缸通流部分運(yùn)行條件大幅偏離設(shè)計(jì)工況，處于小容積流量條件下運(yùn)行，鼓風(fēng)發(fā)熱現(xiàn)象明顯，會(huì)導(dǎo)致排汽溫度升高（特別是在高背壓情況下，這種現(xiàn)象更為明顯）。為有效控制排汽區(qū)溫度，防止過熱引起的缸體變形等問題，需要對低壓缸噴水減溫系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造。

（四）昌吉熱電廠承擔(dān)昌吉市40%多供暖面積，冬季供暖是民生工程壓力巨大

汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠三大主機(jī)之一，如果一臺(tái)機(jī)發(fā)生故障，昌吉熱電廠只能自費(fèi)啟動(dòng)天然氣鍋爐，天然氣費(fèi)用400萬元/天左右。停機(jī)一天發(fā)電量損失600萬kWh，發(fā)電利潤按照0.05元/kWh，單機(jī)電量利潤損失30萬元/天，直接損失合計(jì)430萬元/天，造成的社會(huì)影響更無法估量。

二、改造的可行性

針對以上問題，通過改造機(jī)組，使其具有更好地適應(yīng)低負(fù)荷運(yùn)行的能力，提高機(jī)組的可靠性與安全性。目前，陜西榆林熱電廠、內(nèi)蒙古錫林熱電廠、深能庫爾勒熱電廠、哈爾濱汽輪機(jī)廠機(jī)組均已完成汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子葉片適應(yīng)低負(fù)荷運(yùn)行改造，機(jī)組運(yùn)行兩年從低壓缸人孔查看，低壓轉(zhuǎn)子葉片完好，無水蝕現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了改造目標(biāo)。華電昌三電廠于2022年完成一臺(tái)機(jī)組改造，運(yùn)行至今機(jī)組參數(shù)正常。

三、汽輪機(jī)通流部分改造技術(shù)原則

考慮到汽輪機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)和改造可靠性，本次汽輪機(jī)通流部分改造遵循以下技術(shù)原則：

第一，通過對現(xiàn)有設(shè)備的優(yōu)化和升級，減少新增投入。

第二，盡量保留原有的結(jié)構(gòu)和零部件，避免產(chǎn)生額外的二次維修費(fèi)用。

第三，為確保汽輪機(jī)通流部分改造質(zhì)量和性能的穩(wěn)定，由哈爾濱汽輪機(jī)廠提供配件和實(shí)施。

第四，最大限度地降低現(xiàn)場施工的復(fù)雜性，汽輪機(jī)高中壓缸通流部分改造返廠實(shí)施。

第五，汽輪機(jī)低壓缸通流部分改造，由哈爾濱汽輪機(jī)廠到現(xiàn)場施工。

四、汽輪機(jī)通流部分改造存在的問題

為了提高汽輪機(jī)的效率和可靠性，可以采取三種不同的改造方法：

第一，通流部分完整改造，包括替換內(nèi)缸、轉(zhuǎn)子等零部件，這種方法適合運(yùn)行頻繁、成本較高的機(jī)組。

第二，通流部分局部改造，對汽封系統(tǒng)和其他關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行更新。例如，高壓轉(zhuǎn)子部分動(dòng)、靜葉更換，高壓缸汽封優(yōu)化更換，低壓轉(zhuǎn)子次末級葉片換型、末級葉片超音速火焰噴涂等。

第三，汽輪機(jī)擴(kuò)容改造，徹底改裝原汽輪機(jī)，以期達(dá)到更高的經(jīng)濟(jì)效益。

汽輪機(jī)通流部分改造前，需結(jié)合機(jī)組性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分論證，制定汽輪機(jī)通流部分改造實(shí)施方案。汽輪機(jī)出力、運(yùn)行年限不同，汽輪機(jī)通流部分改造效果也存在差異。例如，300MW汽輪機(jī)通流部分改造后，在額定負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)性增加5%，但出現(xiàn)一些新問題，例如，進(jìn)汽參數(shù)不合理、抽汽參數(shù)不當(dāng)以及給水溫度偏低等。因此，在對汽輪機(jī)通流部分改造工作中，專業(yè)技術(shù)人員要充分考慮各個(gè)負(fù)荷階段的運(yùn)行情況，確保汽輪機(jī)通流部分改造預(yù)期效果。如果僅把機(jī)組額定出力視為汽輪機(jī)通流部分改造目標(biāo)，而忽略機(jī)組節(jié)能降耗、供熱需求和靈活性等因素，會(huì)嚴(yán)重影響汽輪機(jī)改造效果，甚至降低汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。

五、高中壓轉(zhuǎn)子改造實(shí)施內(nèi)容

第一，汽輪機(jī)高壓缸前四級動(dòng)靜葉片、高壓進(jìn)汽平衡環(huán)汽封、高壓1～12級固定汽封進(jìn)行優(yōu)化更換。

第二，返廠改造清單

序號 涉及部套 工作內(nèi)容 備注

1 高中壓轉(zhuǎn)子

1.1 彎曲度檢查及修復(fù)

1.2 高壓1～4級動(dòng)葉拆除

1.3 高壓1～4級動(dòng)葉安裝

1.4 圍帶溝痕及錯(cuò)牙車削、修復(fù)

1.5 動(dòng)平衡

2 高壓內(nèi)缸

2.1 高壓1～4級隔板拆除

2.2 高壓5～12級32圈汽封拔除

2.3 高壓5～12級32圈汽封槽道修復(fù)

2.4 水平中分面間隙消除

2.5 高壓1～4級隔板鑲裝

2.6 高壓5～12級32圈汽封鑲裝

2.7 高壓1～12級48圈汽封齒車削

六、低壓轉(zhuǎn)子改造實(shí)施內(nèi)容

第一，汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子次末級葉片換型、末級葉片超音速火焰噴涂、低壓缸后缸噴水降溫系統(tǒng)優(yōu)化。

第二，現(xiàn)場施工項(xiàng)目

序號 施工項(xiàng)目 工作內(nèi)容 備注

1 葉片換型 低壓轉(zhuǎn)子次末級葉片換型

2 葉片噴涂 低壓轉(zhuǎn)子末級葉片噴涂

3 噴水系統(tǒng) 低壓缸后缸噴水降溫系統(tǒng)改造

4 葉片監(jiān)測 葉片振動(dòng)、測溫等監(jiān)測、分析項(xiàng)目

5 控制優(yōu)化 涉及DEH、DCS改造

七、改造過程安全措施

（一）通用安全措施

第一，參與施工人員必須遵守《安全生產(chǎn)法》《安規(guī)》等相關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)章制度。

第二，施工人員應(yīng)進(jìn)行入廠三級安全培訓(xùn)并考試合格，特種作業(yè)人員持證上崗，并進(jìn)行安全技術(shù)交底。

第三，開工前取得開工令，工作票中所列安全措施執(zhí)行完畢并履行開工手續(xù)后方可進(jìn)入現(xiàn)場工作。

第四，嚴(yán)格執(zhí)行有限空間作業(yè)規(guī)定，作業(yè)前在空間內(nèi)充分通風(fēng)，進(jìn)行氣體檢測，確保沒有有害氣體并辦理受限空間作業(yè)票后方可進(jìn)入，作業(yè)人孔門處必須有專人監(jiān)護(hù)，受限空間要嚴(yán)格執(zhí)行六項(xiàng)旁站制度，做好出入登記、氣體檢測記錄備查。

第五，檢修人員應(yīng)進(jìn)行安全學(xué)習(xí)，特種工種人員持證上崗，并接受發(fā)電公司有關(guān)人員的技術(shù)交底和安全交底。

第六，開工時(shí)確認(rèn)工作票已辦理，安全措施已全部正確執(zhí)行。工作前后安全技術(shù)交底，施工人員必須做到“四明確”：工程任務(wù)明確、施工方法明確、吊裝物體重量明確、安全措施明確。

第七，進(jìn)入施工現(xiàn)場人員規(guī)范著裝、正確佩戴安全帽，聽從項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的管理，佩帶工作證，否則不得入內(nèi)。

第八，腳手架要綁扎牢固不留空隙并設(shè)有防護(hù)欄桿，懸掛腳手架合格證，經(jīng)過驗(yàn)收后方可使用。

第九，所有電動(dòng)工具絕緣可靠，使用帶漏電保護(hù)器的電源，電源線完整無破損，電動(dòng)工器具要檢驗(yàn)合格。

第十，所有起重工具必須經(jīng)過檢驗(yàn)合格后方可使用，不得超限及使用不合格工具。起吊設(shè)備前，應(yīng)先進(jìn)行檢查，合格后方可使用。

第十一，高處作業(yè)時(shí)，必須系好安全帶，在施工中不得上下拋接工具、工件，應(yīng)用繩索綁扎牢固上下吊運(yùn)。

第十二，使用電、氣焊時(shí)氣瓶應(yīng)分別放置并相距8m以上并距離動(dòng)火點(diǎn)10m以上，同時(shí)做好防止火花迸濺造成火災(zāi)的安全措施。

第十三，在吊裝較大物件時(shí)，應(yīng)有專人指揮，工作人員不得在起吊重物下站立和行走。

第十四，施工人員使用臨時(shí)電源時(shí)，應(yīng)聯(lián)系電廠專業(yè)人員裝接，不得擅自私拉亂接。

第十五，施工現(xiàn)場應(yīng)整齊清潔，零部件擺放整齊，確保施工通道暢通，并做到“三不落地”，每天收工時(shí)，須對現(xiàn)場進(jìn)行檢查，保持現(xiàn)場清潔。

第十六，拆卸、檢修、回裝過程中均應(yīng)合理、得當(dāng)?shù)氖褂霉ぞ?，以免傷人或設(shè)備損壞。

（二）高中壓缸、低壓缸揭缸安全措施

第一，檢查起吊工具、合格后方可使用。

第二，揭缸過程中任何人不得將頭、手、身體部位伸入結(jié)合面內(nèi)。

第三，起吊汽缸時(shí)，四周不少于8人扶持，每角2人，并有專人專責(zé)。

第四，當(dāng)汽缸即將脫離隔板槽道時(shí)，四周扶持人員注意安全，防止跌入缸內(nèi)。

第五，起吊過程中，由1人指揮，如有異常情況，任何人可向指揮和行車司機(jī)發(fā)出停止信號。

第六，當(dāng)行車吊缸行走時(shí)，行車下嚴(yán)禁有行人。

第七，及時(shí)封堵缸內(nèi)各抽汽口，疏水口以防異物掉入。

第八，吊出的隔板、隔板套，必須放在專用架上且保持平放，下面墊木板。

（三）汽輪機(jī)軸瓦墊鐵加減墊片安全措施

第一，加減墊片前應(yīng)清掃軸承洼窩及墊鐵，發(fā)現(xiàn)較大的毛刺或異物應(yīng)及時(shí)匯報(bào)專業(yè)，以便及時(shí)調(diào)整。

第二，加減墊片時(shí)不能戴手套，應(yīng)小心防止劃傷手指。

第三，拆下的墊片螺絲應(yīng)妥善放好，以防丟失。

（四）汽輪機(jī)軸瓦檢修安全措施

第一，軸瓦油室內(nèi)清潔，無油垢、雜物、油口、油孔暢通。

第二，翻下瓦時(shí)，必須先檢查頂軸油管接頭是否拆開（1、2瓦無頂軸油管），并注意保護(hù)測溫導(dǎo)線，以防扯斷。

第三，發(fā)電機(jī)、前后軸承組裝后應(yīng)通知電氣測量絕緣。

第四，刮瓦時(shí)應(yīng)特別小心，防止滑傷手指。

第五，壓間隙、緊力時(shí)應(yīng)均勻擰緊兩側(cè)螺絲，防止壓偏。

第六，揭、扣瓦蓋及起吊軸瓦時(shí)，應(yīng)有人扶穩(wěn)，防止碰傷。

第七，可傾瓦壓頂隙兩側(cè)用潤滑脂粘住，防止下落。

第八，可傾瓦須將工藝螺栓上好后才能起吊上瓦，防止上瓦塊脫落。

（五）汽機(jī)翻軸瓦安全措施

第一，翻瓦以前，做好一切起吊及測量準(zhǔn)備工作。

第二，對鋼絲繩、千斤頂由起重檢查，合格后方可使用。

第三，整個(gè)翻瓦過程中起重、鉗工配合工作。

第四，翻瓦過程中，不許用手拿瓦的邊緣，以防傷手。

第五，瓦翻出后，及時(shí)對油管接頭及進(jìn)出油孔進(jìn)行包扎，防止進(jìn)入臟物。

第六，扣瓦時(shí)，檢查頂軸油管、熱工表線是否接好。

第七，可傾瓦翻起后須將工藝螺栓上好后才允許吊瓦。

（六）檢修隔板的安全技術(shù)措施

第一，拆卸隔板套螺絲特別小心，不得有異物掉入抽汽口內(nèi)，如掉入應(yīng)及時(shí)匯報(bào)。

第二，拆下的螺帽、螺栓、銷子等應(yīng)放在專用箱內(nèi)，不得亂丟亂放。

第三，吊出的隔板、隔板套必須放在專用架上，需平放時(shí)，下面必須墊以木板。

第四，隔板清潔，無銹蝕裂紋，噴咀、隔板靜葉邊緣平整無扭曲松動(dòng)。

（七）高中壓缸、低壓缸扣缸安全措施

第一，檢查起吊工具，合格后方可使用。

第二，扣缸時(shí)，檢查汽缸結(jié)合面有無雜物，是否清掃干凈。

第三，抹汽缸涂料時(shí)，把涂料抹均勻，防止異物及灰刀落入缸內(nèi)。

第四，扣缸時(shí)，四周不少于8人扶持，每角2人，并有專人負(fù)責(zé)，扶持人員注意安全、防止跌入缸內(nèi)。

第五，扣缸過程中，任何人不得將頭、手等身體部位伸入結(jié)合面內(nèi)。

第六，起吊過程中，由一人指揮，如有異常情況，任何人可向指揮和行車司機(jī)發(fā)出停止信號。

第七，當(dāng)行車吊缸行走時(shí)，行車下嚴(yán)禁有人走動(dòng)。

八、改造后效果評價(jià)

通過汽輪機(jī)通流部分升級改造，增加單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行出力10MW，且確保長期低負(fù)荷工況安全運(yùn)行目標(biāo)，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

第一，汽輪機(jī)通流改造后，機(jī)組熱（下轉(zhuǎn)第160頁）（上接第103頁）耗率降低300kJ/kWh，按照單機(jī)年發(fā)電量19.5億kWh計(jì)算，年節(jié)省標(biāo)煤1578t（單價(jià)258元/t），年節(jié)約40萬元。

第二，單臺(tái)機(jī)組增發(fā)電量10MW，按照機(jī)組年運(yùn)行260天計(jì)算，電價(jià)收益0.08元/kWh，單機(jī)多發(fā)電量收益499.2萬元。

以上合計(jì)收益539.2萬元/年，汽輪機(jī)通流部分改造經(jīng)濟(jì)效益明顯。

九、結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對清潔、安全、高效能源需求不斷提升，為了滿足這一市場需求，火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)積極推出更節(jié)能、更靈活、更高效的超臨界燃煤發(fā)電供熱機(jī)組。本文分析了350MW汽輪發(fā)電機(jī)組通流部分改造及實(shí)施效果，旨在使火力發(fā)電企業(yè)在市場上更具競爭力，為同行提供有益的參考。

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