1000MW超超临界汽轮机节能提效改造技术及应用

2022-11-09 00:45曹应飞乔朋博邓凌宇东方汽轮机有限公司
节能与环保 2022年7期
关键词:超临界汽轮机高压

文_曹应飞 乔朋博 邓凌宇 东方汽轮机有限公司

为加快煤电行业的清洁、高效升级,实现节能、减排目标,国家发展改革委、环保部、国家能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划》,力争使现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310g/kWh。目前,我国已投运的1000MW等级超超临界机组超过100台,普遍存在机组性能下降、热耗水平高等问题,节能提效改造已成为发电企业的迫切需求。

为落实国家提出的系列“节能减排”政策,降低煤耗、减少排放,某电厂#8机组于2019年委托东方汽轮机有限公司实施了1000MW超超临界汽轮机节能提效改造,改造后机组经济性达到世界先进水平,节能降耗效果显著。本文基于某电厂#8改造机组,介绍了1000MW等级超超临界汽轮机节能提效改造技术及应用效果。

1 概述

1.1 原机组概况

某电厂原8#汽轮机为1000MW超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机,型号为N1000-25/600/600,原机组于2007年投运。机组采用复合调节运行方式,汽轮机具有八级非调整回热抽汽。

1.2 改造原则

改造基本原则如下:

提升机组的安全可靠性,提高可利用率,机组寿命延长。采用先进的汽轮机节能改造技术,达到节能降耗、提高经济性的目的。

保持机组的外形尺寸基本不变,机组旋转方向不变。

机组的热力系统基本不变,各级抽汽参数基本不变。

机组的基础负荷基本不变,不改动原有基础。

1.3 改造范围

总体改造方案及改造范围如下:

保留原机组的中压外缸、低压外缸、中压联合汽阀、轴承箱及轴承。

更换高压外缸、高压主汽阀及高压调节阀,并增设补汽阀及补汽管。

高压模块、中压模块及低压模块的转子、叶片、內缸、隔板、汽封等通流部件进行全新改造。

高压缸取消调节级,改为节流配汽。

2 节能提效改造技术

采用的当前先进的汽轮机技术对1000MW等级超超临界机组进行节能提效改造,改造后汽轮机纵剖面如图1所示。

图1 改造后汽轮机纵剖面图

改造后主要设计参数见表1。

表1 主要设计参数

2.1 高压模块改造技术

高压模块跨距维持不变,高压主汽阀、调节阀布置方式基本不变,增加补汽阀和补汽管。采用先进的通流和结构技术对高压模块进行节能提效改造。高压模块改造后纵剖面见图2。

图2 改造后高压纵剖面图

2.1.1 高压通流

改造前高压通流级数为II+8级,冲动式设计;改造后高压通流级数提升为16级,等根径、全新反动式设计,采用高效混合加载复合流型技术,提升通流效率。

配汽方式由喷嘴配汽更改为补汽阀配汽与节流配汽相结合的方式,提高额定工况下机组效率。

2.1.2 高压缸结构

高压外缸、内缸结构优化设计,高压内缸升级为红套环筒形内缸结构。

高压外缸总体结构同改造前,进行优化改进。高压外缸同改前相比,缸体直径缩小,中分面法兰宽度缩小,螺栓布置向内侧收缩,以上调整有利于加强汽缸中分面密封。

高压 缸新设计,升级红套环筒形内缸结构,并采用整体模块发货,提高汽缸密封性,简化现场安装环节。

筒形内缸结构特点:内、外缸尺寸减小,通流结构紧凑;内缸形状简单,结构对称,温度场均匀,热变形小;对汽轮机启停和变负荷工况适应性好。筒形内缸结构见图3。

图3 筒形内缸结构示意图

高压模块采用整体发货,在制造厂内组装好,现场无需拆卸、重新组装,保证了安装精度,缩短了现场安装工期。

高压缸采用渐变稳压复合进汽腔室,进汽、排汽流道型线均进行气动分析优化设计,降低进、排汽压损,进一步提高机组效率。

2.1.3 高压阀门改造

为进一步提升机组经济性,应用补汽阀技术,并开发了带补汽阀的整体高压阀组结构。

原高压阀组由4个高压主汽阀(MSV)和4个高压调节阀(CV)组成;改造后高压阀组的总体布置基本不变,在4个高压主汽阀和4个高压调节阀的基础上,增设2个水平布置的补汽阀详见图4。通过合理的结构设计,各阀壳为单独铸造加工,并在厂内组焊为一个整体。整体阀组结构紧凑,能很好地适应电厂安装空间,不需要对土建基础进行改动,节省了改造成本和工期。

图4 高压阀门布置示意图

2.2 中压模块改造技术

中压模块跨距不变,阀门布置方式不变,沿用原机组中压外缸。中压内缸和持环新设计,中压转子材质升级。采用先进的通流和结构技术对中压模块进行节能提效改造。

中压模块改造后纵剖面见图5。

图5 改造后中压剖面图

2.2.1 中压通流

改造前中压通流级数为2×6级,为冲动式设计;改造后中压通流级数提升为2×11级,为变根径、全新反动式设计,采用高效混合加载复合流型技术,提升通流效率。

2.2.2 中压内缸及持环

与原机组相比,改造后中压内缸及持环总体结构形式基本一致。由于采用反动式叶片,静叶片直接镶嵌在内缸和持环上,因此需通过结构优化,保证内缸及持环的变形协调性,保证在各工况运行时动、静部件之间的间隙满足运行要求。采用有限元分析方法对中压内缸、持环的强度、汽密性、变形协调性进行分析,确保设计满足规范要求。

2.3 低压模块改造技术

2.3.1 原低压模块简介

原机组低压模块进汽参数1.2MPa/395℃,通流级数2×2×6级,采用1092mm末级叶片。低压缸为三层缸结构,带独立进汽室。每个低压缸共4段抽汽。

2.3.2 低压模块改造技术

采用当前先进的低压模块设计技术,实施低压模块改造。

优化进汽参数,低压进汽参数由原机组的1.2MPa/395℃优化为1MPa/365.7℃。

通流采用双分流2×2×6级,等根径冲动式设计,采用高效叶型、先进通流技术。

首级采用横置静叶结构,采用非切向进汽+径向直立静叶技术。

取消独立进汽室,采用斜支撑整体内缸结构,防止低压缸内漏。

采用1200mm末级叶片,低压排汽缸耦合1200mm长叶片进行优化设计,降低排汽损失。

采用自带冠动叶结构,叶顶采用城墙齿及台阶齿密封技术。

低压模块改造后纵剖面见图6。

图6 改造后低压纵剖面图

3 应用效果

该电厂#8机组实施节能提效改造后,机组成功投运,运行稳定。改造后高压缸效率超过91%,中压缸效率超过93%,机组热耗大幅降低,较改造前降耗超过400kJ/kWh,改造后机组经济性达到世界先进水平。与改造前相比,每年节约标准煤约12万t;同时,每年减少二氧化碳排放约33万t,减少二氧化硫排放约1080t,减少氮氧化合物排放约939t,节能减排效果显著。

4 结语

采用高效叶型及先进通流、汽缸结构优化、阀门配汽优化等改造技术,对某电厂#8机组1000MW等级超超临界汽轮机实施节能提效改造,机组成功投运,改造后机组经济性达到世界先进水平,节能减排效果显著。1000MW等级超超临界汽轮机节能提效改造技术的成功运用,产生了巨大的经济效益及社会效益,对同类型机组节能提效改造有推广、借鉴作用。

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