基于数字化技术的电厂通流改造技术研究报告

摘要：对电厂汽轮机进行通流改造能够提升燃料的利用效率、提高电厂电力生产的效益，电厂采用节能降耗技术改造对于促进我国建设资源节约型社会、减少对环境的污染具有重要意义。本文首先引入了对电厂汽轮机进行通流改造的必要性的分析，根据目前汽轮机改造的现状介绍了基于数字化技术的汽轮机通流改造的工作内容，最后给出了汽轮机通流改造后机组的试验效果。

關键词：电厂;汽轮机;通流改造;数字化技术

引言：作为电力生产的重要部门，电力工业也是耗能大户，而随着我国电力工业的飞速扩张和发展，发电机组巨大的能耗不利于电厂提升电力生产效率。为了能最大限度地提高电厂发电机组的燃料利用效率，提高电厂的经济效益，本文就如何对电厂汽轮机进行基于数字化技术的通流改造的问题进行了研究。

1、电厂汽轮机通流改造的重要意义

1.1提升能源的利用效率

燃煤或燃气发电厂在运行过程中，对燃料的损耗是巨大的，这与目前我国倡导的节能减排、低碳经济理念形成了尖锐的矛盾。同时，在当今能源短缺的情况下，巨大的损耗使得能源形势日益严峻。随着环境污染问题愈加严重，提高燃料利用效率已经成为我国当下刻不容缓的任务。发电厂的节能降耗技术改造有利于提升能源利用效率，对于我国建设资源节约型社会具有重要的促进作用[1]。

通过对已投入运行的汽轮机组进行通流改造，可在不改变原有锅炉和发电机设备的基础上，降低机组能耗、提高机组的效率、提升发电厂装机容量。因此，汽轮机通流改造对发电机组增效降耗的预期效果显著，对于提高电厂能源利用效率具有重要意义。

1.2提高电厂电力生产的效益

目前，电价受计划经济调控，而煤价却是由市场经济决定的，因此对于燃煤电厂来说，火力发电的利润受到了严重的压缩。此外，在现有火电厂能源利用率低而导致的电力输出不足的现状下，装机容量小的火电厂的电力生产效益受到了更大的影响，正面临着更大的生存压力。

而对汽轮机进行通流改造能够在已有热力系统的基础上，通过引入先进的设计和制造技术，提高发电机组出力的经济性和稳定性，对于节省燃料投入费用、提高电厂电力生产效益具有重要意义。

2、基于数字化技术的汽机通流改造工作

2.1汽机通流改造的原则

汽轮机通流改造原则的主要目的是，在不改变现役机组热力系统配置和标准蒸汽参数的前提下，降低机组的热耗、提高机组输出功率和运行时的稳定性与灵活性。

通流改造技术应有较高的安全可靠性，须利用成熟的计算机辅助设计和制造技术开展有关汽轮机改造的设计和制造工作，消除原有汽轮机组的薄弱部件，提高机组的安全性和可靠性。

对汽轮机组进行改造时，应保持其高中压缸和高压隔板支撑方案以及高中低压转子不变。经过改造后机组能够满足深度调峰的需求，当机组在变负荷运行时能够达到电厂对机组经济性指标。

保持汽轮机下班缸不变，机组经过改造后基础符合不受影响。在机组的改造过程中，汽轮机零部件的设计、制造和检验应满足国标及行标的要求。机组改造之后，汽轮机运行时的设备应力控制值能够适应机组运行参数的变化[2]。

2.2汽机通流改造的内容

基于计算机辅助技术的汽轮机虚拟样机设计技术。利用计算机辅助设计工具设计出的汽轮机的虚拟样机能够以数字化的形式描述汽轮机整机产品或具有独立功能的子系统，这种数字化的形式不仅能够反映整机或系统的几何属性，更能直观展示其功能。汽轮机虚拟样机设计技术被应用于汽轮机产品的设计阶段，能够适应整机或系统的整个生命周期，包括但不限于产品工程设计、制造装配和检验等环节。利用该技术能够在汽轮机设计改造的初期阶段对其整机或子系统进行干涉检查、运动仿真分析、性能和加工制造模拟等方面。虚拟样机技术是基于计算机辅助技术，以机械运动学和动力学为核心，在三维图形技术的基础上融合了虚拟现实技术和运动仿真技术，用于将分布式的子系统设计和分析流程集成在一起，使汽轮机改造过程中的相关人员在设计阶段就能直观地对数字化产品样机进行优化设计、测试其性能指标、展示运行和制造仿真[3]。作为全新的数字化设计方法，虚拟样机技术能够显著提高汽轮机通流改造工作的准确度和效率。

汽轮机叶片数字化检验技术。在汽轮机通流改造工作中，需要对汽轮机叶片进行数字化检验。在实施汽轮机叶片数字化检验技术之前，首先要研究确定合理的数字化测量方案。由于汽机叶片结构复杂，制定一个能够涵盖动静叶片各项结构检测且准确反映汽道型面误差和叶片装配尺寸的数字化检测方案就成为了汽轮机改造单位必须重视的工作。目前应用较广的测量方法有三坐标测量法，能够满足对汽轮机叶片结构的测量需求。为了能准确且方便地对叶片各结构部位进行自动测量，需要应用专用的数字化检验设备。根据动静叶片的结构和尺寸的测量要求，在专业软件的辅助下能够按照规程进行自动测量，最终将被测成品的关键参数与设计参数进行对比并输出检验结果[4]。

3、汽轮机通流改造后机组的试验效果

3.1汽轮机中高压缸效率得到提升

以国产引进型300MW的汽轮机改造工作为例，无论汽轮机处于何种工况下，通流改造后汽轮机的中高压缸效率均有所提升，其中中压缸效率提升尤为明显[5]。在SX工况下，中压缸效率提升幅度高达15.31%，在6VWO工况下，中压缸效率提升幅度也可达14.44%.

3.2汽轮机组各项性能和经济指标得到改良

汽轮机各试验工况下监视段内的参数均无异常，其参数值均符合机组安全运行的许可。高出力运行和72h运行的工况下，汽轮机各轴温度、振动频率和轴向位移等参数均与300MW满负荷工况相差无几，符合机组安全运行指标，可长期连续稳定运行。各加热器水位和运行状态正常，回热系统能够在机组满负荷下连续安全运行。通流改造后的汽轮机组在高出力工况下，与改造前机组相比，其各项性能和经济指标均占有优势[6]。

结语：汽轮机组通流改造的工作内容包括利用计算机辅助技术进行汽轮机虚拟样机的设计，利用汽轮机叶片数字化检验技术完成对叶片结构参数的自动化测量。汽轮机经过通流改造后，机组中高压缸的效率均能得到提升，各项性能和经济指标与改造前的汽轮机组相比均有所改良。对电厂汽轮机进行通流改造能够在不影响机组长期稳定运行的前提下，降低汽轮机组的热耗、提高能源利用效率，这对于降低电厂的电力生产成本、提高电厂的经济效益具有促进作用。

参考文献：

[1]陈建华. 国产引进型300MW汽轮机通流改造的分析研究[D].华南理工大学，2012.

[2]洪昌少，段小云.国产引进型300MW汽轮机的通流改造[J].华电技术，2011，33（05）：47-50+66+79.

[3]李朝阳，欧阳亮.汽轮机3D虚拟样机平台设计与研究[J].系统仿真学报，2014，26（10）：2374-2380.

[4]潘毅，章泳健，赵军燧.汽轮机叶片数字化检验技术的研究与实践[J].汽轮机技术，2011，53（03）：233-235.

[5]孙立武，高峰，韩占东.引进型300MW汽轮机通流改造及经济性分析[J].吉林电力，2011，39（06）：51-52.

[6]赖晓华.燃气-蒸汽联合循环机组建设节能高效数字化电厂[J].燃气轮机技术，2017，30（04）：66-72.

作者简介：

周文新（1984.11--），性别男，民族汉族，职称工程师，籍贯：福建省龙岩市，本科学历，热能与动力工程专业。

（国家能源集团福建泉州热电有限公司， 福建 泉州 362801）