MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案探討

1、1000MW1000MW超超臨界機(jī)組超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案探討汽輪機(jī)節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案探討潮州發(fā)電公司3、4號(hào)機(jī)為21000MW超超臨界機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司與日本東芝株式會(huì)社聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)非調(diào)整回?zé)岢槠?、凝汽式汽輪機(jī)，凝汽器為雙殼體、單流程、雙背壓表面式凝汽器，并列橫向布置。2.1 2.1 超超臨界汽輪機(jī)揭缸提效超超臨界汽輪機(jī)揭缸提效潮州#3、#4機(jī)組設(shè)計(jì)熱耗7359.9KJ/KWH，高壓缸設(shè)計(jì)效率90.29%，中壓缸設(shè)計(jì)效率94.83%。從機(jī)組熱耗考評(píng)試驗(yàn)看，高中壓缸效率低于設(shè)計(jì)值，熱耗高于設(shè)計(jì)值，

2、需對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行揭缸提效及通流改造。2.1.1高、中壓缸隔板汽封隔板汽封仍采用傳統(tǒng)汽封，汽封型式不做改進(jìn)，只對(duì)汽封間隙按哈汽新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整；葉頂圍帶汽封鑲嵌的硬汽封片拆除，重新鑲嵌汽封片，汽封徑向間隙按哈汽新標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行調(diào)整。2.1.2高、中壓缸軸端汽封為解決高、中壓缸軸端漏汽問題，同時(shí)也考慮了軸端漏汽對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，對(duì)軸端汽封的改造一是使用原傳統(tǒng)梳齒汽封，二是將此部分汽封改為側(cè)齒式汽封。使用范圍：高壓缸調(diào)端（排汽側(cè)）改造6圈，中壓缸電端改造6圈，汽封材料選用1Cr12Mo整體鍛件。汽封間隙按哈汽標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。此部分改造的汽封共12圈，高壓缸電端（進(jìn)汽側(cè)）10圈，中壓缸調(diào)端改造6圈，汽封型式不做

3、改進(jìn)，汽封徑向間隙按哈汽新標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行調(diào)整。2.1.3低壓缸汽封低壓缸隔板汽封及端汽封為平斜齒汽封，斜齒不適合安裝間隙過小，否則斜齒汽封碰磨后接觸面變寬，會(huì)加重磨損，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)增大擴(kuò)散。改造方案將低壓端汽封斜齒汽封改為普通直齒汽封，兩低壓缸電調(diào)端內(nèi)側(cè)3道，外側(cè)2道，端汽封共計(jì)20道，兩低壓缸電調(diào)端19-23級(jí)隔板汽封45共計(jì)20道斜齒汽封改為普通直齒汽封。葉頂圍帶鑲嵌硬汽封視間隙情況確定，如間隙超標(biāo)將其拆除，重新鑲嵌汽封片。將低壓缸隔板汽封（20圈）由平斜齒汽封改為普通直齒式汽封，運(yùn)行安全性提高。2.1.4低壓缸加固低壓缸加固后解決了3、4號(hào)機(jī)組在低負(fù)荷、高真空運(yùn)行時(shí)振動(dòng)爬升需要控制真空的問

4、題，現(xiàn)已取消了低負(fù)荷時(shí)對(duì)真空的限制，3、4號(hào)機(jī)組真空平均上升0.2kPa,供電煤耗降低約0.5g/kWh;通過以上改造，合計(jì)單臺(tái)機(jī)降低熱耗值75kJ/kWh供電煤耗約降低2.10g/kWh潮州電廠4臺(tái)機(jī)組真空系統(tǒng)配有三臺(tái)水環(huán)式真空泵，高、低壓凝汽器抽空氣管原設(shè)計(jì)為串聯(lián)布置方式，如圖1所示，機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，低壓凝汽器運(yùn)行性能較差，高、低壓凝汽器壓力差偏小，一般不超過0.5kPa。我們利用機(jī)組小修期間對(duì)真空系統(tǒng)抽空氣管道進(jìn)行了改造，將真空泵A入口管道接至高壓凝汽器，真空泵B增加一路入口管接至高壓凝汽器，并在高、低壓凝汽器連通管上安裝閥門，如圖。這樣凝汽器抽空氣方式就由原來的單串聯(lián)抽空氣方式改為

5、可以串聯(lián)、并聯(lián)切換運(yùn)行的抽空氣方式，串聯(lián)抽空氣方式下，高、低壓凝汽器抽空氣管道連通，正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)真空泵并列運(yùn)行，由低壓凝汽器側(cè)抽空氣；并聯(lián)抽空氣方式下，高、低壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)完全隔離（關(guān)閉高、低壓凝汽器空氣管聯(lián)絡(luò)門），由兩臺(tái)真空泵分別對(duì)高、低凝汽器抽空氣。試驗(yàn)結(jié)果表明，3號(hào)機(jī)真空系統(tǒng)并聯(lián)方式下的機(jī)組背壓、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于串聯(lián)方式。 1000MW、750MW、500MW三個(gè)工況兩種運(yùn)行方式切換時(shí)背壓變化值分別為0.65kPa、0.58kPa ，0.51kPa，分別影響汽輪機(jī)熱耗率49.1kJ/(kWh)、41.6kJ/(kWh)、33.8kJ/(kWh)，影響供電煤耗率1.9g/(kWh)、1

6、.6g/(kWh)、1.3g/(kWh)，這主要是因?yàn)榇?lián)方式下高壓凝汽器排擠了低壓凝汽器中不凝結(jié)氣體的抽出，影響了低壓凝汽器運(yùn)行效果。在潮州電廠3、4號(hào)機(jī)21000MW機(jī)組真空系統(tǒng)改造后，獲得的經(jīng)濟(jì)效益明顯。為進(jìn)一步挖掘汽前泵的節(jié)能潛力，采用特殊的車削辦法，將前置泵葉輪外徑平均車小16.25%，使葉片出口端呈魚尾形,增大了葉輪與蝸殼隔舌之間的距離,形成了較大的環(huán)室空間,使軸向力波動(dòng)減少50%以上,從而大大降低了低流量時(shí)的流動(dòng)不穩(wěn)定性,并提高了轉(zhuǎn)子的剛度；采用焊補(bǔ)磨削的辦法,減少葉片出口角,并提高葉片的均布對(duì)稱性和削薄葉片出口端,提高葉輪出口流動(dòng)穩(wěn)定性;對(duì)原葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造,提高泵的

7、效率、汽蝕性能及穩(wěn)定性,為了彌補(bǔ)葉輪車削后泵效率下降,并對(duì)葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造，汽前泵改造后電流下降了2030A, 電功率平均下降了248kW,扣除汽前泵改后揚(yáng)程下降導(dǎo)致主給水泵小汽輪機(jī)耗汽量的增加，單泵大約平均每小時(shí)節(jié)電186Kwh；按年運(yùn)行7500小時(shí)計(jì)算,則每臺(tái)泵年節(jié)電139.5萬(kwh)，按上網(wǎng)電價(jià)0.5元/kwh計(jì)算，則年效益為69.75萬元2.4.1中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)改造#3、#4機(jī)中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)在機(jī)組安裝時(shí)，存在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面不夠完善。機(jī)組運(yùn)行中造成管道振動(dòng)大，至中壓缸溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值等諸多安全隱患。經(jīng)與哈汽廠研究，對(duì)中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行改造，消除機(jī)組在運(yùn)行中管道振動(dòng)

8、大等安全隱患，改造后見下圖，高壓進(jìn)汽導(dǎo)管內(nèi)插管冷卻蒸汽接至三段抽汽管路截?cái)?，改接至中壓轉(zhuǎn)子冷卻供汽；高壓調(diào)門一段漏汽接至1段抽汽處另接一路至中壓轉(zhuǎn)子冷卻供汽，在該管路上各裝一道手動(dòng)門，運(yùn)行中可切換，即可關(guān)閉至1段抽汽手動(dòng)門，打開至中壓轉(zhuǎn)子冷卻進(jìn)汽手動(dòng)門。中壓轉(zhuǎn)子冷卻蒸汽一抽及高壓汽封一漏來汽、輔助蒸汽供中壓轉(zhuǎn)子冷卻蒸汽保留，取消高壓汽封一漏來汽至中壓轉(zhuǎn)子冷卻進(jìn)汽前手動(dòng)門后逆止門。運(yùn)行中可關(guān)閉#1抽至中壓轉(zhuǎn)子冷卻手動(dòng)門、調(diào)整高壓汽封一漏來汽、高壓調(diào)門一段漏汽閥門開度來控制中壓轉(zhuǎn)子冷卻蒸汽汽量、溫度及防止管道振動(dòng)。并能降低機(jī)組熱耗10-20KJ/KW.h，達(dá)到機(jī)組節(jié)能的目的。優(yōu)化前中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)

9、圖優(yōu)化后中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)圖2.5.1 2.5.1 主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽改接至汽封冷卻器主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽改接至汽封冷卻器#3、#4機(jī)主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽設(shè)計(jì)接往低壓汽封供汽母管，導(dǎo)致運(yùn)行中汽封汽量大，需開啟軸封溢流門溢流，機(jī)組負(fù)荷1000MW時(shí)軸封溢流基本全開，造成蒸汽未有效利用，提高了機(jī)組熱耗。另外，主汽調(diào)節(jié)閥閥三段漏汽溫度高，設(shè)計(jì)溫度512，排至汽封供汽母管造成噴水減溫量大，噴水霧化效果差易造成軸封供汽帶水。改造后見下圖，將主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽另接一路通過電動(dòng)門后至汽封加熱器加熱凝結(jié)水，原管路逆止門保留，新裝一電動(dòng)隔離門。管道895.5，壓力0.147MPa,溫度512，P91材質(zhì)。正常運(yùn)行中打

10、開主汽調(diào)節(jié)閥三段漏汽至汽封加熱器供汽母管新裝電動(dòng)門，關(guān)閉至新裝低壓汽封供汽母管電動(dòng)門，門桿漏汽排至軸封加熱器。見下圖，保留原排地溝管路，在機(jī)組啟停時(shí)排地溝，正常運(yùn)行排至軸封加熱器。 優(yōu)化前三段漏汽優(yōu)化后三段漏汽軸封溢流設(shè)計(jì)上直接去疏水?dāng)U容器A，由于正常情況下溢流較大，熱量未得到充分利用，因此考慮增加至8A低加管路，共用一個(gè)氣動(dòng)調(diào)整門控制，正常運(yùn)行中優(yōu)先通入8A低加，即打開去8A低加電動(dòng)門，關(guān)閉至疏水?dāng)U容器A電動(dòng)門，具體見下圖，改造后充分利用了漏汽熱源對(duì)8A低加的加熱，提高了凝結(jié)水溫度，減少了冷源損失。優(yōu)化前軸封溢流優(yōu)化后軸封溢流 擴(kuò)大低壓疏水調(diào)門通流面積，治理了低加擴(kuò)大低壓疏水調(diào)門通流面積，治

11、理了低加疏水不暢的問題，優(yōu)化控制低加水位，疏水不暢的問題，優(yōu)化控制低加水位， 低加端差低加端差達(dá)到設(shè)計(jì)值。達(dá)到設(shè)計(jì)值。3.1 3.1 高壓調(diào)門配汽優(yōu)化高壓調(diào)門配汽優(yōu)化充分調(diào)研超超臨界汽輪機(jī)配汽方式，我們對(duì)機(jī)組充分調(diào)研超超臨界汽輪機(jī)配汽方式，我們對(duì)機(jī)組進(jìn)行了閥門優(yōu)化試驗(yàn)，高調(diào)門布置方式下圖，確進(jìn)行了閥門優(yōu)化試驗(yàn)，高調(diào)門布置方式下圖，確定高調(diào)門實(shí)際的流量特性曲線關(guān)系及高調(diào)門的重定高調(diào)門實(shí)際的流量特性曲線關(guān)系及高調(diào)門的重疊度數(shù)據(jù)，優(yōu)化疊度數(shù)據(jù)，優(yōu)化DEHDEH系統(tǒng)高調(diào)門單閥和順序閥流系統(tǒng)高調(diào)門單閥和順序閥流量曲線，使其流量線性，查找高調(diào)門兩閥先開的量曲線，使其流量線性，查找高調(diào)門兩閥先開的閥門開啟順

12、序，并將高調(diào)門開啟順序由三閥先開閥門開啟順序，并將高調(diào)門開啟順序由三閥先開優(yōu)化為兩閥先開，以提高汽輪機(jī)高調(diào)門、中調(diào)門優(yōu)化為兩閥先開，以提高汽輪機(jī)高調(diào)門、中調(diào)門的運(yùn)行安全及壽命、機(jī)組控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)及的運(yùn)行安全及壽命、機(jī)組控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)及機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。為了便于比較兩級(jí)順序閥曲線和機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。為了便于比較兩級(jí)順序閥曲線和三級(jí)順序閥曲線的優(yōu)劣，我們把閥門流量指令與三級(jí)順序閥曲線的優(yōu)劣，我們把閥門流量指令與功率的關(guān)系曲線及閥門流量指令與蒸汽流量的關(guān)功率的關(guān)系曲線及閥門流量指令與蒸汽流量的關(guān)系曲線分別放在一個(gè)坐標(biāo)系里進(jìn)行觀察，見曲線系曲線分別放在一個(gè)坐標(biāo)系里進(jìn)行觀察，見曲線根據(jù)給出閥門流量指令與

13、功率的關(guān)系曲線及閥門流量指令與蒸汽流量的關(guān)系曲線，從這兩條曲線可以觀察到在高調(diào)門由CV1/CV2/CV3CV4兩級(jí)順序閥曲線變?yōu)镃V2/CV3CV1CV4三級(jí)順序閥曲線下，三級(jí)順序閥曲線的線性度比二級(jí)順序閥曲線的線性度要好并且是滿足運(yùn)行要求的，機(jī)組軸系軸振和各瓦瓦溫都沒有明顯變化，閥后壓力也沒有振蕩，證明此機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)三級(jí)閥門管理的順序閥曲線運(yùn)行，結(jié)合曲線可以觀察到閥門流量指令小于82.12%時(shí)，機(jī)組在三級(jí)順序閥曲線下運(yùn)行時(shí)帶同樣的負(fù)荷要比二級(jí)順序閥曲線下運(yùn)行時(shí)所需蒸汽流量要少，其節(jié)能效果比較明顯；閥門流量指令大于82.12%時(shí)，負(fù)荷在918MW以上其機(jī)組效率基本一致，綜合考慮機(jī)組在三級(jí)閥門管

14、理曲線下運(yùn)行時(shí)供電煤耗約降低1.5g/kWh。3.2 高壓調(diào)門閥點(diǎn)滑壓優(yōu)化優(yōu)化后將機(jī)組上滑壓拐點(diǎn)由966MW降至770MW；770MW以下采用兩閥滑壓并保持在最佳閥位點(diǎn)下運(yùn)行，相應(yīng)提高汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力；770MW以上負(fù)荷保持25MPa定壓運(yùn)行，按三閥順序閥曲線運(yùn)行。優(yōu)化后，供電煤耗降低約1.2g/kWh。3.3.1鍋爐上水方式優(yōu)化潮電1 000 MW機(jī)組啟動(dòng)設(shè)計(jì)上水方式為采用電泵上水，電泵設(shè)計(jì)容量為30%BMCR，鍋爐上水方式優(yōu)化即在機(jī)組啟動(dòng)全過程采用汽泵（或汽前泵）向鍋爐上水，不啟動(dòng)電泵運(yùn)行。在鍋爐點(diǎn)火前，采用汽前泵上水，并進(jìn)行鍋爐冷態(tài)沖洗；在鍋爐點(diǎn)火升壓后，及時(shí)利用鄰機(jī)輔助蒸汽沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)，

15、投入汽泵運(yùn)行向鍋爐上水，小汽輪機(jī)保持低速運(yùn)行暖機(jī)，并隨鍋爐升壓相應(yīng)提升汽泵轉(zhuǎn)速，停機(jī)時(shí)依此類推，目前汽泵全程上水和停機(jī)已多次在潮電1 000 MW機(jī)組啟動(dòng)中實(shí)現(xiàn)，經(jīng)初步估算，機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)采用汽泵全程上水和停機(jī)方式，每次可節(jié)約廠用電約35 MWh。哈汽1 000 MW機(jī)組設(shè)計(jì)配置了高、中壓缸的預(yù)暖裝置，其加熱汽源來自鄰機(jī)輔助蒸汽。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)應(yīng)充分利用好預(yù)暖裝置，提前加熱汽缸，一般當(dāng)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)上缸內(nèi)壁溫在130 以下時(shí)，應(yīng)投入汽缸預(yù)暖裝置，機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程中，當(dāng)鍋爐起壓、旁路投運(yùn)后即可開始投運(yùn)汽缸預(yù)暖裝置，當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)上缸內(nèi)壁溫達(dá)150 以上，且汽缸左右側(cè)膨脹值均達(dá)10.5 mm以上時(shí)，預(yù)暖結(jié)

16、束。根據(jù)汽缸金屬溫升率控制要求，經(jīng)初步估算，對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度在50 左右的冷態(tài)啟動(dòng)，通過啟機(jī)前對(duì)汽缸提前加熱預(yù)暖至150 以上，可節(jié)省機(jī)組啟動(dòng)后暖機(jī)時(shí)間75 min左右。哈汽1 000 MW機(jī)組設(shè)計(jì)為高、中壓缸同時(shí)啟動(dòng)，通過調(diào)門控制進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)，冷態(tài)啟動(dòng)設(shè)計(jì)沖轉(zhuǎn)參數(shù)為：主蒸汽壓力8.5 MPa，主蒸汽溫度380 ；再熱蒸汽壓力1.4 MPa，再熱蒸汽溫度340 ，機(jī)組啟動(dòng)至3 000 r/min定速暖機(jī)時(shí)高壓調(diào)門開度只有約13%，中壓調(diào)門開度只有約5.8%，明顯存在高、中壓調(diào)門開度小，進(jìn)汽量不足，暖機(jī)效果差的問題；經(jīng)降低主蒸汽壓力至6.5 MPa、再熱汽壓至0.8 MPa左右后，3 000 r/

17、min定速暖機(jī)時(shí)高壓調(diào)門開度約17.2%，中壓調(diào)門開度約8.4%，機(jī)組進(jìn)汽量明顯增大，暖機(jī)效果相對(duì)較好，為機(jī)組提前并網(wǎng)和快速帶大負(fù)荷創(chuàng)造了條件。高、低壓加熱器采用隨機(jī)投運(yùn)方式，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)即開啟高、低壓加熱器進(jìn)汽電動(dòng)門，隨著汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，高、低壓加熱器筒體也隨之進(jìn)汽暖體，溫度緩慢滑升。由于2號(hào)高壓加熱器抽汽接自高壓缸排汽逆止閥后的再熱冷段管道上，在鍋爐起壓、高壓旁路投入后，再熱冷段管道已充汽帶壓，因此，此時(shí)可開始單獨(dú)投運(yùn)2號(hào)高壓加熱器，提高給水溫度4050 ，這對(duì)增強(qiáng)鍋爐啟動(dòng)初期燃燒穩(wěn)定性、提高鍋爐熱態(tài)沖洗效果、減少鍋爐啟動(dòng)燃料消耗均有明顯作用。潮電循環(huán)水系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元制系統(tǒng)，2臺(tái)機(jī)組間設(shè)計(jì)

18、了循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門，采用“1機(jī)3泵”配置，機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前，如鄰機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行，可稍開循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門向本機(jī)分流供水，機(jī)組帶負(fù)荷至300 MW（冬季500 MW）左右時(shí)增開第一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，初步估算，停機(jī)依此類推，每次啟停機(jī)循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化可節(jié)約廠用電60 MWh左右。#3、4機(jī)大修停機(jī)， 汽機(jī)本體檢修項(xiàng)目繁多，任務(wù)重，檢修工期短，為提前進(jìn)行汽機(jī)本體檢修，需盡早停運(yùn)盤車和潤(rùn)滑油泵（盤車及潤(rùn)滑油泵停運(yùn)條件分別為200和150），準(zhǔn)備對(duì)于#3、4機(jī)進(jìn)行深度滑停，最終順利實(shí)現(xiàn)滑至300和290，并為盡早開工檢修、縮短檢修工期和提前并網(wǎng)創(chuàng)造了條件，從而實(shí)現(xiàn)了搶發(fā)電量和取得較高利潤(rùn)，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益明顯。#3#4機(jī)汽泵密封水是困擾機(jī)組的一個(gè)重大難題，由此而產(chǎn)生的凝泵單耗高和機(jī)組補(bǔ)水率高并且機(jī)組安全性受到較大威脅，凝結(jié)水壓力過低，汽泵密封水水封被破壞，機(jī)組真空急驟下降，威脅機(jī)組運(yùn)行，凝結(jié)水壓力過高，造成凝泵單耗高和汽泵密封水溢流量大，機(jī)組補(bǔ)水率大幅升高，我們對(duì)凝泵進(jìn)行多次試驗(yàn)，并充分利用凝結(jié)水變頻，同時(shí)增加凝結(jié)水出口副調(diào)整門，基本全開凝結(jié)水出口各調(diào)整門，確定出機(jī)組最佳凝結(jié)水壓力定值，對(duì)多級(jí)水封增加調(diào)門和液位計(jì)，保證了多級(jí)水封的安全性，通過調(diào)整#3、4機(jī)凝結(jié)水泵耗電率由原來的0.23%左右下降至0.17