探究300MW汽轮机通流优化改造方案

国电泉州热电有限公司 福建 泉州 362804

1 引言

300 MW级别的亚临界汽轮机在数量上一直在发电厂汽轮机总数上占据绝对多数,而根据此类型机组的实际运行数据进行分析,发现此类型机组运行普遍存在热耗偏高的情况,因此开展汽轮机的通流优化改进,可以有效改善汽轮机的热能耗情况。目前的汽轮机通流改进方案大部分是以制造厂的角度出发进行的方案设计,一般以满负荷工况下的试验结果作为通流优化的方案,然而在汽轮机的实际运行中,往往存在运行负荷低的情况,因此通流优化方案存在极大的不适应性。本文主要以发电厂的角度对通流设计方案进行改进,以满负荷和部分负荷均进行考察,以不同负荷下的加权均能耗作为试验性能考核指标,以保证通流设计方案的普遍适应性,提升汽轮机的热效率。

2 发电厂面临的严峻形势

2.1 运行负荷普遍偏低 根据近五年的统计数据,华中地区的火电厂平均发电负荷率维持在70%-75%之间,负荷率偏低已成为全国电厂的常态,因此如果电厂的汽轮机通流改造优化的评价指标还是以100%负荷或THA工况为依据,则会造成与实际情况偏差较大异常,导致实际运行的经济性差,不能起到实际的效果。

2.2 部分运行负荷下的热耗率高 结合某实际电厂汽轮机通流优化改造的数据,具体见表1。可见,相较于100%负荷,75%和50%负荷下的热耗率偏差更大,这就意味着此负荷下的节能潜力也更可观。

表1 改造前后的性能测试结果

2.3 部分负荷下的一次调频响应慢 一般情况下,电液控制系统的信号传输时间越长,直接影响进汽调阀的响应速度。针对某实际电厂而言,该电厂外汽轮机通流改进优化后,部分负荷下高调阀保持两阀全开滑压运行,阀门在大开度下的线性度较差,因此会导致阀门的变化难以实时满足调频信号对负荷的快速要求,这就直接导致一次调频的响应速度变慢,影响调节品质。目前,大部门电厂已将调频响应情况作为机组的硬性考核指标,因此解决电厂一次调频响应情况已迫在眉睫。

3 国产300 MW汽轮机方案设计原则

针对电厂300MW汽轮机存在运行负荷偏低的实际情况,充分考虑汽轮机实际运行条件,利用不同负荷的加权分配方案作为最终的考核热耗率,具体的热耗计算方法见表2所示。

表2 热耗率考核方案及计算方法

由表2可以看出热耗率计算方法中,突出了低负荷运行下的情况,尤其是突出75%THA负荷下热耗率的比重,更能贴合汽轮机实际运行环境。

4 300MW汽轮机通流优化改造策略

4.1 常规通流部位改造 结合此电厂的实际情况,保留原有高中压外缸,对喷嘴室、各级动叶和隔板进行升级改造,取消原有的铆接围带,采取冠结构动叶,同时布设导流密封梳齿,减少漏气导致的主流扰动,提升系统的级效率。动静叶片更换为高效叶型,提升密封性和效率。另外,低压外缸体保持不变,对中低压的连通管、内缸、汽封等进行优化升级,动静叶片采取全三维CFD设计优化的高效叶型,末级叶片采取优化的909mm叶片。

4.2 部分负荷下的滑压运行 此电厂汽轮机为喷嘴配汽汽轮机,部分负荷下的汽轮机运行方式对机组的热耗产生一定影响,以往的运行方式是根据定滑压曲线顺序阀运行,通过对比部分负荷下的三阀全开滑压、两阀全开滑压及定滑压曲线顺序阀运行的经济下,发现运行负荷低于75%时,采取两阀门全开滑压运行方式的经济性最佳,结合此情况优化低负荷下的汽轮机运行方式。

4.3 部分负荷下增加高加小旁路 根据前面分析,汽轮机运行负荷在50%-70%负荷下运行方式为两阀门全开滑压运行,此时的高调阀线性度较差,容易引起一次调频的响应速度受到影响,因此在分析汽轮机的实际热力系统情况,在高加水侧增设高加小旁路,此时一次调频指令提升负荷时,可以提升高加小旁路的气动调节阀开度,减少高加给水流量,进而导致通流部分的蒸汽流量增加,从而快速提升汽轮机的运行负荷。相反如果调低运行负荷,可以降低高加小旁路的气动调节阀开度,增加高加给水流量,进而导致通流部分的蒸汽流量降低,从而快速调低汽轮机的运行负荷。

利用上述的改进措施,汽轮机实际运行中。THA运行工况下,高中低压缸效率分别提升3.7%、0.9%、5.2%,以此可以看出热耗率得到较好的改善,采取的常规通流改造效果明显。利用加权分配参数作为热耗考评指标,优化后的实际运行数据如下:100%THA工况下,热耗率较设计值下降15KJ/kW.h;75%THA工况下,热耗率较设计值下降30KJ/kW.h;50%THA工况下,热耗率较设计值上升19KJ/kW.h。通过数据可见,此次升级改造对于75%THA工况下的热耗能改善效果最佳,这也符合机组实际的运行条件,更贴合电厂实际运行负荷。布设高加小旁路的方式有效提升了一次调频响应速度,随着数字技术的不断发展,逐渐可以通过数字伺服控制模块来实现控制,采用可编程列阵来管理转换器,通过转换器,传输信号功率被放大后传输到伺服器,达到控制目的。此方法具有响应速度快、控制精度高等特点。

5 结语

汽轮机的通流设计改进能够提升汽轮机的热效率,降低热耗能,保证机组运行的高效和经济性。通过对机组实际运行负荷的分析,以不同负荷条件下的加权参数作为优化指标,保证机组不同负荷下的高效性。利用低负荷下的两阀门全开滑压运行提升机组在低负荷下的经济性,同时增设高加小旁路改进一次调频的响应速度,通过一系列的改进方案,根据最终的实际运行数据可以看出,此改进优化方案能够显著改善汽轮机机组的热耗能情况。