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一、前言

田集發(fā)電廠是國(guó)家電投上海電力股份有限公司和淮南礦業(yè)集團(tuán)有限公司雙方均股投資建設(shè)，采用“煤電一體化”模式經(jīng)營(yíng)的坑口電站，總裝機(jī)容量2660MW，年發(fā)電量超過(guò)100億千瓦時(shí)，是“皖電東送”和兩淮煤電基地的主力電廠。電廠一期工程建設(shè)容量2×630 MW國(guó)產(chǎn)超臨界燃煤機(jī)組，于2007年實(shí)現(xiàn)“雙投”，工程先后榮膺“中國(guó)建筑工程魯班獎(jiǎng)”、“改革開放35周年百項(xiàng)經(jīng)典暨精品工程”。二期工程建設(shè)容量2×700 MW國(guó)產(chǎn)超超臨界燃煤機(jī)組，于2014年建成投產(chǎn)，工程先后獲得“中國(guó)電力優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”、“國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程金獎(jiǎng)”。

二、項(xiàng)目實(shí)施背景

某電廠1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為 N600-24.2/566/566。該機(jī)型為引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的，代表了上個(gè)世紀(jì)九十年代國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)制造水平，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)水平、設(shè)計(jì)手段和制造加工工藝的限制，在經(jīng)濟(jì)性能方面存在較多問(wèn)題。

該電廠1號(hào)機(jī)組于2007年7月投入商業(yè)運(yùn)行，在2009年完成了第一次A級(jí)檢修，在A級(jí)檢修中，將汽輪機(jī)高中壓缸內(nèi)過(guò)橋汽封更換為蜂窩汽封，更換了磨損嚴(yán)重的調(diào)節(jié)級(jí)阻汽片，調(diào)整了各汽缸內(nèi)汽封徑向間隙為設(shè)計(jì)最小值，對(duì)內(nèi)漏嚴(yán)重的低壓旁路閥、本體疏水閥進(jìn)行修理或更換。通過(guò)A級(jí)檢修消除了部分影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的因素，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性也有一定改善。

然而隨著機(jī)組服役年限的增加，機(jī)組的效率逐年降低，最近一次性能試驗(yàn)結(jié)果表明，THA工況下汽輪機(jī)熱耗率達(dá)到了7776kJ/(kW.h)，與當(dāng)前先進(jìn)機(jī)組熱耗值7600kJ/(kW.h)相差175kJ/(kW.h);供電煤耗在60%到80%負(fù)荷時(shí)也超過(guò)了305g/kWh(機(jī)組大多數(shù)情況下負(fù)荷率都在60%到80%之間)，也未達(dá)到國(guó)家《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》要求的“改造后現(xiàn)役60萬(wàn)以上燃煤機(jī)組煤耗低于300克/千瓦時(shí)”的要求。

綜上所述，采用常規(guī)的檢修手段很難從根本上解決機(jī)組效率低問(wèn)題，只有通過(guò)全面升級(jí)改造才可取得明顯效果，另一方面也必須遵循國(guó)家當(dāng)前火電行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，基于以上幾個(gè)方面的原因，該廠擬對(duì)1號(hào)汽輪機(jī)的通流部分進(jìn)行增容提效改造。

三、 成果內(nèi)涵和主要做法

(一)成果內(nèi)涵

采用先進(jìn)成熟的三維氣動(dòng)理論進(jìn)行汽輪機(jī)通流部分設(shè)計(jì)，提高汽輪機(jī)汽缸效率，降低汽封漏汽損失，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果，使機(jī)組的熱耗率達(dá)到同類機(jī)組的先進(jìn)水平，改造后機(jī)組THA工況熱耗率為7584 kJ/(kW.h) ，較改造前7776 kJ/(kW.h)，下降了192 kJ/(kW.h);機(jī)組在75%THA工況下熱耗率為7661.0kJ/kWh，較改造前8005.0kJ/(kW.h)，下降了344 kJ/(kW.h)。另外，通過(guò)改造使汽輪機(jī)滿足在不同時(shí)期帶基本負(fù)荷及帶調(diào)峰負(fù)荷的要求，并保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

(二)主要做法

1、針對(duì)高壓缸噴嘴組進(jìn)汽型線設(shè)計(jì)不合理，壓力損失大問(wèn)題的解決方案：對(duì)噴嘴靜葉進(jìn)汽部分采用子午面型線，汽輪機(jī)進(jìn)入葉柵更加順暢，減小了壓力損失。

2、針對(duì)動(dòng)靜葉片氣動(dòng)性能不佳，通流級(jí)數(shù)偏少，級(jí)焓降較大的問(wèn)題的解決方案：對(duì)高、中、低壓各級(jí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化高壓動(dòng)、靜葉片設(shè)計(jì);增加通流級(jí)數(shù)(高壓級(jí)數(shù)：增加2級(jí)，中壓級(jí)數(shù)：增加1級(jí)，低壓級(jí)數(shù)： 增加2×2 級(jí))。

3、針對(duì)低壓缸末級(jí)葉片選配不合理，在低負(fù)荷是經(jīng)濟(jì)型差的問(wèn)題選用低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性更好的915mm長(zhǎng)葉片，具體說(shuō)明如下：目前上汽在超臨界600MW汽輪機(jī)中主要采用1050mm及915mm長(zhǎng)葉片系列，對(duì)于負(fù)荷率較高，運(yùn)行在90%以上負(fù)荷小時(shí)數(shù)較多，平均背壓在5.4kPa以下的電廠建議末級(jí)葉片仍采用1050mm長(zhǎng)葉片系列。對(duì)于負(fù)荷率偏低，運(yùn)行在90%以下負(fù)荷小時(shí)數(shù)較多，平均背壓在5.4kPa以上的電廠建議末級(jí)葉片采用915mm長(zhǎng)葉片系列。該電廠考慮到機(jī)組大部分時(shí)間都是運(yùn)行在60%到80%負(fù)荷，故選擇了低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性更好的915mm長(zhǎng)葉片。

4、改造前汽輪機(jī)低壓缸排汽導(dǎo)流環(huán)排汽型線設(shè)計(jì)不合理，排汽損失大。針對(duì)該問(wèn)題，優(yōu)化低壓缸進(jìn)汽結(jié)構(gòu)，采用三段漸縮結(jié)構(gòu)，可使蒸汽紊流度明顯減小，速度分布更加均勻，氣動(dòng)性能明顯改進(jìn)，蒸汽流動(dòng)損失減少，提高了機(jī)組效率;

5、低壓缸排汽導(dǎo)流環(huán)排汽型線設(shè)計(jì)不合理，排汽損失大：針對(duì)該問(wèn)題對(duì)低壓缸排汽導(dǎo)流環(huán)的排汽型線進(jìn)行全新優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使低壓缸的排汽損失大大降低，提高低壓缸出力和效率。

6、改造前的汽輪機(jī)通流部分汽封選型單一，汽缸內(nèi)不同的位置選取了相同類型的汽封，不能起到很好的密封作用。針對(duì)該問(wèn)題，因地制宜的根據(jù)汽輪機(jī)內(nèi)各部件的特點(diǎn)選擇了合適的汽封：隔板及葉頂汽封采用鑲片式迷宮汽封，端部汽封采用蜂窩式汽封，平衡活塞汽封均采用側(cè)齒汽封。

7、改造前的高、中壓缸內(nèi)部件多，結(jié)合面復(fù)雜，針對(duì)此問(wèn)題，將對(duì)原機(jī)組高中壓靜葉持環(huán)、高中壓獨(dú)立內(nèi)缸、高壓蒸汽室等高溫部件整合設(shè)計(jì)形成新型的高中壓整體內(nèi)缸。新型高中壓整體內(nèi)缸構(gòu)成簡(jiǎn)單，有效解決原內(nèi)缸部件多，結(jié)合面復(fù)雜，長(zhǎng)期運(yùn)行存在配合漏汽的問(wèn)題;同時(shí)，可減小了現(xiàn)場(chǎng)安裝檢修工作量，縮短了現(xiàn)場(chǎng)的安裝檢修周期。

四、取得的經(jīng)濟(jì)效益

1號(hào)汽輪機(jī)實(shí)施增容提效改造，既是響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排政策，又大大提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。改造后機(jī)組THA工況熱耗率為7584 kJ/(kW.h) ，較改造前7776 kJ/(kW.h)，下降了192 kJ/(kW.h);機(jī)組在75%THA工況下熱耗率為7661.0kJ/kWh，較改造前8005.0kJ/(kW.h)，下降了344 kJ/(kW.h)。按機(jī)組年發(fā)電量25億，年平均負(fù)荷70%計(jì)算，機(jī)組供電煤耗平均下降約10g/kWh，每年可節(jié)約標(biāo)煤25000噸，減少氮氧化物排放量20噸，減少煙塵排放量12噸。標(biāo)煤煤價(jià)按750元/噸計(jì)算，節(jié)約燃料成本為：10×10-6×25×108×750=1875(萬(wàn)元)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

基于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)通流改造取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，在2016年中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)“全國(guó)火電600MW級(jí)機(jī)組能效水平對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽”中，改造后的1號(hào)機(jī)組獲得了“600MW級(jí)超臨界濕冷機(jī)組一等獎(jiǎng)”。同時(shí)，根據(jù)本項(xiàng)目撰寫的論文《超臨界600MW汽輪機(jī)組的通流改造》獲得了中電聯(lián)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)。