汽輪機(jī)節(jié)能降耗講義

1西安熱工研究院朱小令充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新二00九年三月·江蘇太倉(cāng)·2

概述：長(zhǎng)期以來(lái)一直致力于提高發(fā)電廠設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)性技術(shù)研究工作，為不同電廠各類型機(jī)組解決了諸多提高設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)性等技術(shù)問(wèn)題，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)向國(guó)內(nèi)、外制造廠提出了許多技術(shù)改進(jìn)建議和意見，并得已采納和付諸實(shí)施。

特別是1993年以來(lái)，應(yīng)各電廠邀請(qǐng)，針對(duì)提高機(jī)組性能，策劃和技術(shù)負(fù)責(zé)實(shí)施了由14個(gè)電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，各制造廠設(shè)計(jì)制造的80余臺(tái)次不同型號(hào)及容量機(jī)組的節(jié)能降耗改造項(xiàng)目，每臺(tái)機(jī)組發(fā)電煤耗率平均下降10g/(kW·h)以上；其中17臺(tái)300MW機(jī)組，經(jīng)政府有關(guān)部門組織審查并批準(zhǔn)，成功將銘牌出力提高至320MW。07至08年度，所承擔(dān)改造的6臺(tái)機(jī)組，均獲得政府萬(wàn)噸節(jié)煤政策獎(jiǎng)勵(lì)。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，堅(jiān)持探索，不斷創(chuàng)新，總結(jié)出了一整套系統(tǒng)的、切實(shí)可行的“提高機(jī)組性能技術(shù)”，為電力企業(yè)創(chuàng)造了數(shù)十億元的直接經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益。TPRI充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新3

應(yīng)用該技術(shù)所完成的項(xiàng)目分別獲得省、部級(jí)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)三次、三等獎(jiǎng)一次。各電力公司一等獎(jiǎng)十余次?！吨袊?guó)電力2006專輯》對(duì)“提高機(jī)組性能技術(shù)”進(jìn)行了詳細(xì)介紹，多位中國(guó)工程院院士和國(guó)內(nèi)著名學(xué)者對(duì)該技術(shù)給予充分肯定和高度評(píng)價(jià)。對(duì)于當(dāng)前發(fā)電企業(yè)所關(guān)注的問(wèn)題，匯編了四篇技術(shù)文章，旨在將此應(yīng)用技術(shù)和科技成果展現(xiàn)給社會(huì)，使業(yè)內(nèi)對(duì)此關(guān)注的單位和相關(guān)人員對(duì)其有較全面地了解，加速成果的推廣應(yīng)用，使之轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，造福于人民。充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新TPRI4

交流以下五個(gè)方面問(wèn)題(相互之間的邏輯關(guān)系)：1.提高機(jī)組性能技術(shù)分析(理論是根據(jù))2.機(jī)組的設(shè)計(jì)思想(設(shè)計(jì)是基礎(chǔ))3.提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及出力能力的途徑(途徑是方向)4.存在的問(wèn)題(問(wèn)題是癥結(jié))4.1汽輪機(jī)本體

4.2設(shè)備檢修

4.3輔機(jī)及系統(tǒng)

4.4運(yùn)行與維護(hù)

4.5設(shè)備狀態(tài)診斷5.自主創(chuàng)新(思想是保障)TPRI充分利用資源發(fā)揮設(shè)備性能節(jié)能降耗自主創(chuàng)新51.提高機(jī)組性能技術(shù)分析目的:了解與掌握影響性能因素

相互之間的關(guān)系，明確提高機(jī)組性能的途徑，便于定性定量綜合全面地分析問(wèn)題,提出改進(jìn)措施。

1.1機(jī)組性能

1.2相互之間的關(guān)系

1.3蒸汽熱力循環(huán)過(guò)程

1.1機(jī)組性能

1）安全可靠性

2）經(jīng)濟(jì)性

3）出力能力TPRI61.提高機(jī)組性能技術(shù)分析TPRI71.提高機(jī)組性能技術(shù)分析2）熱耗率與效率之間的關(guān)系A(chǔ)==常數(shù)3）功率與流量、效率之間的關(guān)系TPRI4）發(fā)電煤耗率b與爐效、管效關(guān)系鍋爐效率（90%~94%）管道效率（99%）若鍋爐效率取92%,1g/(kW·h)=26.7kJ/(kW·h)81.提高機(jī)組性能技術(shù)分析1.3蒸汽熱力循環(huán)過(guò)程通過(guò)蒸汽循環(huán)在i-S圖與T-S圖上表示,直觀反映機(jī)組效率,可以概括為三個(gè)典型過(guò)程即：有溫差的熱交換、絕熱節(jié)流、有摩阻的熱膨脹（或壓縮）。盡可能減少實(shí)際熱力循環(huán)過(guò)程不可逆性（即ΔS的增加）,以提高循環(huán)效率。（見圖1、圖2）TPRI圖1提高初參數(shù)、降低終參數(shù)效果圖2朗肯蒸汽循環(huán)的T-S圖

91.提高機(jī)組性能技術(shù)分析提高可概括為以下主要方面：（1）提高蒸汽的初參數(shù)和再熱蒸汽溫度，以提高循環(huán)平均吸熱溫度；（2）保持最佳排汽壓力，盡可能減少冷源損失；（3）提高回?zé)嵫h(huán)效率，減少給水在鍋爐里的換熱溫差；（4）盡可能減少熱力過(guò)程、熱交換設(shè)備中的換熱溫度差；（5）減少汽、水在設(shè)備中工質(zhì)流動(dòng)過(guò)程壓降和散熱損失；

(6)消除外漏、減少內(nèi)漏；（7）提高汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率。TPRI102.機(jī)組的設(shè)計(jì)思想目的:了解掌握機(jī)組設(shè)計(jì)思想和特性，便于準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)設(shè)備狀況，科學(xué)利用現(xiàn)有資源，提高機(jī)組整體性能。2.1銘牌的設(shè)計(jì)與確定2.2主機(jī)設(shè)備配置2.3汽輪機(jī)設(shè)計(jì)2.4電廠設(shè)計(jì)TPRI112.1銘牌的設(shè)計(jì)與確定1)以額定設(shè)計(jì)參數(shù)，循環(huán)水溫20℃（4.9kPa）為條件，定銘牌功率；2)以額定設(shè)計(jì)參數(shù)，循環(huán)水溫33℃△（11.8kPa），補(bǔ)水率3%為條件，定銘牌功率：3)兩者的差別，以上汽廠H156型300MW汽輪機(jī)設(shè)計(jì)為例（見表1）：2.機(jī)組的設(shè)計(jì)思想TPRI12表1上汽廠H156型300MW汽輪機(jī)設(shè)計(jì)特性2.機(jī)組的設(shè)計(jì)思想TPRIABCDEFG序號(hào)項(xiàng)目單位額定工況THA銘牌工況TRL最大連續(xù)出力工況VWO工況1功率MW300.0303.9320.2330.92蒸汽流量t/h911.9985.7985.71025.03主汽壓力/溫度MPa/℃16.67/53716.67/53716.67/53716.67/5374冷卻水溫/背壓℃/kPa20/4.933/11.820/4.920/4.95補(bǔ)水率%03006熱耗率kJ/(kW·h)79028331.87893.17876.87蒸汽量相對(duì)%08.18.112.48功率相對(duì)%01.36.710.39熱耗率相對(duì)%05.4-0.11-0.32132.2主機(jī)設(shè)備配置以汽輪機(jī)為主，設(shè)計(jì)確定鍋爐參數(shù)和蒸發(fā)量，設(shè)計(jì)確定發(fā)電機(jī)容量。2.3汽輪機(jī)設(shè)計(jì)選型：初終參數(shù)；銘牌出力;沖動(dòng)式、反動(dòng)式;分缸、合缸。

1）熱力設(shè)計(jì)：分缸參數(shù)；葉柵氣動(dòng)特性；級(jí)焓降分配；抽汽參數(shù)；通流面積（通流能力）設(shè)計(jì)等。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：汽缸結(jié)構(gòu)；配汽方式；滑銷系統(tǒng)；各缸支撐方式；軸承結(jié)構(gòu)形式；轉(zhuǎn)子平衡推力設(shè)計(jì)；通流動(dòng)靜葉汽封、軸封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抽汽口設(shè)計(jì)；銜接件密封結(jié)構(gòu)；夾層汽流的流動(dòng)方向；動(dòng)、靜葉進(jìn)、出口的蓋度等。2.機(jī)組的設(shè)計(jì)思想TPRI142.4電廠設(shè)計(jì)

1）輔助設(shè)備選型

2）輔助設(shè)備布置

3）熱力系統(tǒng)管道布置

綜上所述，機(jī)組的設(shè)計(jì)和輔機(jī)的配套以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有充足的裕量，可以充分發(fā)揮和利用。2.機(jī)組的設(shè)計(jì)思想TPRI153.1汽輪機(jī)通流部分改造3.2應(yīng)用“提高機(jī)組性能技術(shù)”

3.3綜合分析，科學(xué)決策3.1汽輪機(jī)通流部分改造技術(shù)思想是：通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行改造，以提高汽輪機(jī)各缸內(nèi)效率和擴(kuò)大通流面積，增大進(jìn)汽流量，實(shí)現(xiàn)提高經(jīng)濟(jì)性和銘牌出力?？己说臉?biāo)準(zhǔn)是：實(shí)施后汽輪機(jī)各缸內(nèi)效率的實(shí)際值和出力能力。3.提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及出力能力的途徑TPRI

節(jié)能減排，如何提高機(jī)組的性能，是發(fā)電企業(yè)面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。163.提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及出力能力的途徑3.2應(yīng)用“提高機(jī)組性能技術(shù)”技術(shù)思想是：充分利用我國(guó)的體制資源、人力資源、自然資源、資本資源、技術(shù)資源以及國(guó)外資源等方面的有利條件和有利因素，將設(shè)備制造、電廠設(shè)計(jì)、輔機(jī)匹配、系統(tǒng)布置、檢修維護(hù)和運(yùn)行方式等方面有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行綜合分析研究和系統(tǒng)優(yōu)化，采用一整套切實(shí)可行的技術(shù)措施，通過(guò)提高現(xiàn)有機(jī)組蒸汽動(dòng)力循環(huán)的熱效率和汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率，實(shí)現(xiàn)提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和出力能力。考核標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)組熱耗率的下降和相同流量下功率的增加與出力能力。TPRI173.3綜合分析，科學(xué)決策建議從以下六個(gè)方面進(jìn)行分析（資料P5）：1）充分了解機(jī)組設(shè)計(jì)思想和同型號(hào)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行性能；2）汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)各缸相對(duì)內(nèi)效率，改造前、后理論設(shè)計(jì)值的差值是多少（資料P4表2）；3）原設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)，各缸相對(duì)內(nèi)效率實(shí)際值分別是多少，是什么原因，針對(duì)存在問(wèn)題有什么改進(jìn)措施和有無(wú)重大技術(shù)突破；4）現(xiàn)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行熱耗率與設(shè)計(jì)值偏差多大，是否達(dá)到同型號(hào)最好機(jī)組運(yùn)行水平，如若存在差距，引起的主要原因是什么；5）分析電廠設(shè)計(jì)，鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和主要輔機(jī)配置以及當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件下機(jī)組的安全保證出力；6）對(duì)機(jī)組改造進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析，不僅是以新改造后的設(shè)計(jì)性能為依據(jù)與原機(jī)組比，更為重要的是要結(jié)合本廠其他主、輔機(jī)設(shè)備及熱力系統(tǒng)實(shí)際性能，綜合分析改造后機(jī)組實(shí)際運(yùn)行可能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)性，到底是多少。3.提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及出力能力的途徑TPRI18

目的:在充分了解和掌握機(jī)組設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)及提高性能方向的基礎(chǔ)上，將各環(huán)節(jié),能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中影響效率的不

利因素降低到最小的程度。根據(jù)不同機(jī)組實(shí)際情況結(jié)合實(shí)施完善改造的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，分析存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)方案。分以下五個(gè)主要方面：4.1汽輪機(jī)本體4.2設(shè)備檢修4.3輔機(jī)及系統(tǒng)4.4運(yùn)行與維護(hù)4.5設(shè)備狀態(tài)診斷4.存在的問(wèn)題TPRI194.1汽輪機(jī)本體狀況：設(shè)計(jì)與實(shí)際不符，工藝不完善，內(nèi)效率低。

對(duì)于設(shè)計(jì)、加工制造完成，已投產(chǎn)的汽輪機(jī)，能否達(dá)到設(shè)計(jì)性能的關(guān)鍵：1）調(diào)節(jié)級(jí)或第一級(jí)和低壓缸末級(jí)的性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)；2）進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽是否以最佳的方向，有序地進(jìn)入葉柵汽道；3）進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽是否最大限度的通過(guò)葉柵汽道。4.存在的問(wèn)題TPRI204.存在的問(wèn)題TPRI4.1.1調(diào)節(jié)級(jí)和低壓缸末級(jí)的問(wèn)題（見圖3、圖4）

圖3

調(diào)節(jié)級(jí)和低壓缸末級(jí)圖4

調(diào)節(jié)級(jí)和各缸效率曲線性能對(duì)機(jī)組性能的影響21(1）額定工況下,級(jí)內(nèi)效率設(shè)計(jì)值不高（300MW機(jī)組含汽門節(jié)流：哈汽、東汽為64%，上汽為71%）;（2）功率份額大(額定工況下，功率占高壓缸20.1%;占整機(jī)6.2%);（3）隨機(jī)組負(fù)荷下降，進(jìn)汽度減小，效率降低，功率份額增大。某型號(hào)300MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)特性序號(hào)項(xiàng)

目單

位工況1工況2工況3工況41全開閥門數(shù)/65432部分進(jìn)汽度％95.4579.5463.6347.723名義噴嘴面積cm2201.69168.08134.46100.854流

量t/h975.8890.4773.3595.65調(diào)節(jié)級(jí)效率%77.771.867.160.46調(diào)節(jié)級(jí)功率MW16.91718.62520.36221.6801）調(diào)節(jié)級(jí)熱力特性4.存在的問(wèn)題TPRI表2222）調(diào)節(jié)級(jí)存在問(wèn)題（1）實(shí)際運(yùn)行額定工況調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)內(nèi)效率：哈汽、東汽約35%，上汽約50%，偏離設(shè)計(jì)值太大（相差20個(gè)百分點(diǎn)以上），影響整機(jī)功率1.7%以上；（2）噴嘴易損壞（使用1～2個(gè)大修周期）；（3）加工、裝配、檢修、安裝均存在問(wèn)題，噴嘴出口的汽流不能以最佳的方向，有序地進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉，嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)級(jí)效率和整機(jī)功率；（4）噴嘴面積太大，造成機(jī)組高真空或低負(fù)荷工況時(shí)，若提高主汽壓力，調(diào)門開度變小，調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)效率下降，功率增大，影響高壓缸效率；若降低主汽壓力，開大調(diào)門，初參數(shù)降低，影響機(jī)組循環(huán)效率；3）調(diào)節(jié)級(jí)改進(jìn)措施（1）優(yōu)化葉型、改進(jìn)結(jié)構(gòu)、提高材質(zhì)等級(jí)；（2）合理設(shè)計(jì)面積；（3）改進(jìn)加工、裝配、檢修安裝等工藝；通過(guò)以上措施，可大幅度提高調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)效率和功率,從而提高機(jī)組額定與低負(fù)荷工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和機(jī)組出力能力。4.存在的問(wèn)題TPRI234.存在的問(wèn)題TPRIABCDEFGH序號(hào)項(xiàng)目單位N156F156H15673A73A1計(jì)設(shè)功率MW330302.3300.9300.0300.02主汽流量t/h1002.0975.9985.6971.4971.43主汽壓力/溫度MPa/℃16.67/5386.67/53816.67/53716.67/53716.67/5374凝汽器壓力kPa11.811.811.811.811.85噴嘴名義面積c㎡230.0201.7188.9(改)224.3195.1(改)6試驗(yàn)日期年/月/日08/8/2707/2/506/6/1707/8/608/7/287試驗(yàn)功率MW329.1327.3301.5299.7320.48主汽流量t/h1016.01020.1970.91010.11028.39主汽壓力/溫度MPa/℃16.07/538.716.21/537.016.66/542.616.12/540.316.65/535.610凝汽器壓力kPa8.46.77.412.111.711調(diào)門/噴嘴面積V/c㎡5V/1926V/201.74V+31.5%/157.45V/186.76V/195.1表3

調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積對(duì)主汽壓力的影響24254.存在的問(wèn)題TPRI4.1.2進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽不能以最佳的方向，有序地進(jìn)入葉柵汽道

圖5

動(dòng)靜葉軸向間隙及蓋度葉高與蓋度的分配動(dòng)葉高Lmm≤50

51～9091～150＞150△tmm1.522～2.52.5～3.5△rmm0.511～1.51.5264.存在的問(wèn)題TPRI圖6

反動(dòng)式與沖動(dòng)式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及漏汽的影響反動(dòng)式?jīng)_動(dòng)式4.1.3汽輪機(jī)動(dòng)、靜葉汽封和平衡盤漏汽偏離設(shè)計(jì)274.存在的問(wèn)題TPRI圖7

平衡盤漏汽和汽封效果判斷284.存在的問(wèn)題TPRI4.1.4高壓缸上、下缸溫差大1）高壓缸夾層蒸汽流向與設(shè)計(jì)思想不符；2）汽缸缸溫的測(cè)點(diǎn)位置不合理，不能反映汽缸溫度的狀態(tài)。機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行，上下缸溫差可以達(dá)到-70℃以上，造成汽封磨損、汽缸變形、螺栓松弛與斷裂等危害。294.存在的問(wèn)題TPRI4.2設(shè)備檢修目前狀況：大修周期延長(zhǎng)，大修工期縮短，工藝不完善，大修質(zhì)量下降。1）中心調(diào)整問(wèn)題2）汽缸跑偏、汽缸變形問(wèn)題3）通流清潔問(wèn)題4）低壓缸檢修問(wèn)題5）汽封改進(jìn)及調(diào)整問(wèn)題(汽封間隙0.25~1.0mm,僅影響60kJ/(kW·h）左右。密封效果，關(guān)鍵是被密封處轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式。)6）螺栓緊力問(wèn)題7）設(shè)備與管道表面保溫問(wèn)題8）閥門檢修與調(diào)整問(wèn)題(消除外漏、減少內(nèi)漏）304.存在的問(wèn)題TPRI圖8

改進(jìn)后的噴嘴組加工及裝配31324.存在的問(wèn)題TPRI

經(jīng)處理過(guò)的葉片表面噴珠工藝處理過(guò)的葉片表面33這種汽封結(jié)構(gòu),嚴(yán)重威脅轉(zhuǎn)子安全和密封果效！344.存在的問(wèn)題TPRI4.3輔機(jī)與系統(tǒng)目前狀況：設(shè)計(jì)配置裕量大，設(shè)備與系統(tǒng)不完善，工質(zhì)利用效率不高。1）冷端系統(tǒng)問(wèn)題（凝汽器、循環(huán)水泵、水塔、給泵密封水回水等）2）疏水系統(tǒng)問(wèn)題（防汽輪機(jī)進(jìn)水、優(yōu)化改進(jìn)問(wèn)題）3）回?zé)嵯到y(tǒng)問(wèn)題（布置、加熱器水位、疏水、疏水泵）

4）熱力系統(tǒng)冗余

5）閥門與控制問(wèn)題354.存在的問(wèn)題TPRI圖9

回?zé)岢槠Ч麍D9

超臨界600MW機(jī)組凝結(jié)水調(diào)整門（DN200)節(jié)流損失大364.存在的問(wèn)題TPRI374.存在的問(wèn)題TPRI4.4運(yùn)行與維護(hù)目前狀況：負(fù)荷率普遍偏低，機(jī)組固有特性已發(fā)生變化，運(yùn)行與維護(hù)要提高科學(xué)性。1）功率與熱耗率的關(guān)系2）極限真空問(wèn)題3）汽水品質(zhì)問(wèn)題4）固體粒子對(duì)通流的沖蝕問(wèn)題5）疏水控制問(wèn)題6）運(yùn)行方式及參數(shù)控制7）軸承振動(dòng)和瓦溫問(wèn)題8）故障判斷問(wèn)題9）汽缸快冷10）熱控及儀表

384.存在的問(wèn)題TPRI功率熱耗率MW%kJ/（kW·h）相對(duì)%600100788005108578870.09420