大型汽轮机通流部分改造效果综述及新技术应用

赵伟光，刘少杰，王久崇，汪广慧，张 野

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006;2.北京全四维动力科技有限公司，北京 100085;3.神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222;4.华能伊敏电厂，内蒙古 呼伦贝尔 021134)

大型汽轮机通流部分改造效果综述及新技术应用

赵伟光1，刘少杰2，王久崇3，汪广慧4，张 野1

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006;2.北京全四维动力科技有限公司，北京 100085;3.神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222;4.华能伊敏电厂，内蒙古 呼伦贝尔 021134)

综述了20世纪90年代汽轮机通流部分改造效果。详细介绍了现今进行汽轮机通流部分改造所采用的新技术及其特点，为今后大型汽轮机通流部分的改造提供建设性意见。

汽轮机;高压缸效率;中压缸效率;低压缸效率

近年来，随着国家节能减排优惠政策的出台，各发电企业对老机组节能改造投资力度加大，主要改造项目为汽轮机高、中、低压缸通流改造、汽轮机本体部分的汽封、凝结水泵和循环水泵定速改变频、锅炉余热 (烟气)利用 (加热凝结水)、锅炉引风机及脱硫增压风机由电动拖动改为小汽轮机拖动。投资最大的是汽轮机通流改造。改造范围为国产200 MW汽轮机69和72系列、国产300 MW汽轮机73系列、国产350 MW汽轮机141系列、俄制300 MW、500 MW、800 MW超临界机组、国产600 MW［1］亚临界机组。

1 200 MW汽轮机通流改造

200 MW汽轮机通流改造分为2个阶段，第1阶段是20世纪90年代，采用80年代初期的技术改造和60年代的技术设计34、55系列机组，没有完成达到预期效果。由美国西屋公司改造的低压缸效率均达到0.88以上 (见表1)，在当时的改造技术中高于国内厂家。

第2阶段是近5年对哈汽生产的200 MW汽轮机69、72系列进行现代化改造。其技术水平较90年代有了一定的提高，全四维动力科技有限公司(全四维公司)在近5年中的改造技术略好于其它厂家，缸效率均达到保证值，其中高压缸效率比东汽、哈汽高出1～2个百分点。

2 300～800 MW等级汽轮机通流改造

300～800 MW等级汽轮机通流改造从21世纪初开始，相继有哈汽、东汽、全四维及阿尔斯通公司进行参与。从改造效果看全四维公司和阿尔斯通公司略胜一筹，见表2。其中全四维公司对哈汽73系列300 MW机组改造中，将高压缸调节级反向流改为正向流，消除了反流损失和绕流损失，从调节级出口到第1压力级进口压损降低了约50%～70%，提高通流效率近1个百分点;中压缸由原设计的9级调整为10级，优化了中压各级叶片的焓降分配与U/C0，提高了级效率。

表1 200 MW机组通流改造结果汇总表

表2 300～500 MW等级汽轮机通流改造结果

在对哈汽35万kW机组141系列汽轮机和俄制50万、80万kW机组汽轮机通流部分改造的计划中，几大改造厂家推出具有各自技术特点的改造方案。特别是全四维公司及阿尔斯通公司针对这些机组存在的问题，提出了改造后预期应达到的各缸效率指标 (见表3)。

a. 国产350 MW、141型汽轮机存在问题。调节级为反向布置，实际通流面积偏大，导致部分负荷下调节级后压力降低较多，调节级焓降增大，使其在高压缸所占的做功份额增加，造成高压缸整体通流效率降低，中压缸焓降分配不合理，级效率较低，低压内缸结构变形大、隔板套中分面变形、内张口，密封效果差。

b. 俄制500 MW和800 MW汽轮机存在问题。级焓降分配不合理，级效率较低。叶片型线落后，叶型损失、二次流损失大。调节级喷嘴采用直通道喷嘴，二次 (反)流损失大。动静叶片型线匹配不合理，攻角损失大。多数动叶片采用铆接围带连接的成组叶片，顶部蒸汽泄漏量较大。内缸、隔板套中分面变形、内张口，漏汽较严重。中压转子热弯曲，中压缸膨胀不畅。低压缸效率低。

3 全四维公司通流改造技术特点

a. 高中压部分 (调节级反流改顺流)。增大了高压侧平衡活塞与喷嘴室之间的空间，高压侧平衡活塞汽封圈由原来的5圈增加到6圈，减少高中压中间轴封的蒸汽泄漏。增加中压通流级数 (10级)，调整高中压部分根径。通过对总体通过流设计的优化，采用四维技术优化高效动静叶片、引进先进的蒸汽泄漏控制技术，进行汽封型式改进和对原有不合理结构进行改造，高中压缸的性能得到大幅度提升。

b. 叶片型线优化。调节级叶片展弦比较小，二次流损失较严重 国内外研究表明 子午面收缩可以降低叶栅通道前部的气动载荷，大幅度减小二次流损失。

应用高效后加载叶型，该叶型除具有很小的型损外，还具有很好的攻角适应性，叶型效率在较宽的攻角范围内变化很小，因而能使机组在很大的负荷变化范围内都具有高效率。静叶片采用三维造型的弯扭联合叶片，将壁面的汽流压向中间的主流，从而有效减少二次流损失，提高级效率。运用四维设计技术考虑汽轮机内部流动的非定常效应，根据动静叶片排间的相互干扰情况，合理匹配动静叶片只数和动静叶片型线，进一步提高级效率。采用弯扭联合成型叶片，见图1。

图1 改造前后的调节级叶栅

末级叶片采用1 018 mm叶片，先进的气动设计和结构强度设计、合理的选材和良好的工程应用将彻底避免原末级叶片的水蚀、司太立合金片脱落、次末级叶片振动断裂等问题，见图2。

图2 末级叶片

c. 进汽和抽汽插管的结构改进，见图3和图4。

d. 低压内缸改造。对1号低压内缸进行补充加工，对其原有部分的中分面法兰螺栓孔进行扩张，增大螺栓直径;同时补焊中分面法兰以加大法兰面积、增加中分面把合螺栓数量。通过以上两种措施提高中分面合紧力，提高内缸严密性，改善蒸汽密封效果。可有效解决内缸刚性较差、长期运行中产生变形及中分面张口、出现蒸汽轴向内漏、5、6段抽汽温度高的问题，见图5。

e. 改造业绩。

图3 高压进汽插管密封改进

图4 一段抽汽插管密封改进

图5 改前、改后低压内缸下缸视图

由于全四维公司近几年对老机组通流改造效果均达到设计保证值，且降低煤耗显著，受到发电企业信赖，仅3年300 MW以上容量改造项目已完成40多台。

4 阿尔斯通公司汽轮机通流改造技术特点

主要针对俄制500 MW和俄制800 MW汽轮机通流改造。

a. 高压缸。图6为俄制500 MW或800 MW汽轮机高压缸改后结构图。高压缸通流由改前12级 (1+5+6)改为15级 (1+8+6)。

图6 改后高压缸剖面图

b. 中压缸改前、改后剖面图见图7和图8。由改前18级 (2×9)改为32级 (2×16)。

图7 改前中压缸剖面图

图8 改后中压缸剖面图

c. 低压缸改后剖面图见图9。由改前30级(3×2×5)改为24级 (3×2×4)。

图9 改后低压缸剖面图

d. 高、中压部分动静叶。采用反动式动静叶设计技术，见图10。

图10 反动式动静叶

图11 次末级和末级带鳍动叶

e. 末两级动叶特点，见图11。次末级动叶特点:顶部密封用迷宫式代替了传统的密封型式，此结构使级效率提高2%～3%;围带呈圆柱状，使得胀差间隙均匀;间隙不受叶片振动的影响。

末级带鳍动叶特点:在静止时这些鳍互相不接触，当启动升速到1 800 r/min时，鳍相互接触提高刚性;易于更换单个叶片;没有相互关联部件引起的空气动力学损失;采用大叶栅高强度结构;进汽边缘采用适当的腐蚀保护;没有相互关联部件引起的空气动力学损失;可更精确计算叶片的自然频率和运行应力;没有拉筋或缓冲支撑凸台等关联部件而引起的应力集中。

f. 采用整锻或焊接转子。

g. 可达到的经济指标:高压缸效率为91.1%(不含调门损失，调节级为冲动式，其它为反动式);中压缸效率为91.3%以上 (为反动式);低压缸效率为 87.5% (末级叶片长 940 mm);热耗率为7 541.5 kJ/kWh(毛)、7 800 kJ/kWh(净)。

h. 改造业绩。

阿尔斯通公司近20年共改造老机组920台，通流改造最大容量的是波兰800 MW机组。在中国除了改造黄岛和双鸭山等电厂210 MW机组外，近年还承担了北仑和大别山电厂600 MW通流改造项目，虽然价格高出国内厂家30%以上，但先进的设计理念和技术，还是受到国内不少发电企业赏识。近几个月已有多家发电企业在2013～2014年度老机组改造项目中，将该公司列为首选。

5 汽轮机通流改造效果评估

国内各大制造厂对汽轮机通流改造均有百台业绩，但效果没有达到当今新机组水平。而全四维公司近几年改造200 MW以上容量机组的高压缸效率均在86.5%以上、中压缸效率在92%以上、低压缸效率在87%以上。阿尔斯通公司改造后汽轮机各缸效率比全四维公司略高，在实测统计数据中，高压缸效率可达89.04% ～91.22%，中压缸效率可达93.7%，低压缸效率可达87.0～90.0%，其中大别山电厂1号机 (N600-24.2/566/566)改后实测经一二类修正后热耗率为7 458 kJ/kWh(毛)。特别是对进汽参数较低的低压缸 (原苏联和东欧国家机组)改造，其效率可达87.5%以上，这一点国内厂家无法达到。

造成国内各大制造厂与全四维公司和阿尔斯通公司这一差距的主要原因初步分析有如下几方面。

a. 没有完整、具有自主知识产权的汽轮机设计专利。

b. 引进技术没有很好吸收和消化，核心技术还没有真正掌握。所以在对老机组改造时，生搬硬套或放大化，没有很好的结合机组实际情况进行最佳组合，而是让被改造机组去随从改造厂家原有设计思路走。

c. 当年引进的 300 MW、600 MW、1 000 MW技术也不是当时最先进技术。如近些年新投产300 MW、600 MW、1 000 MW机组均未达到设计保证值，原装引进同容量机组其性能指标均达到设计值可说明这一点。

d. 加工精度和质量没有达到国外同类产品质量。虽然加工设备先进，但严格管理还不到位，不合格产品还会组装到设备上。

e. 有些制造厂没有很好领悟发电企业对老机组通流改造规模和意图，丧失了中标机会。

6 结束语

经对近些年汽轮机通流改造状况的分析，可见国内主要汽轮机制造企业在改造技术上与国外或国内合资企业有一定差距。对此这些企业应该在设计和制造加工上找差距，研发具有自主知识产权的产品，这样才能在当前老设备改造潮流中站稳脚跟。

［1］ 赵伟光，刘振杰，张 野.N600-16.7/537/537型汽轮机组能耗诊断分析 ［J］.东北电力技术，2009，30(2):1-6.

［2］ 赵伟光.对现有国产20万千瓦汽轮机组运行经济性分析［J］.东北电力技术，1991，12(10):53-68.

［3］ 赵伟光.200 MW汽轮机低压缸通流部分改造后经济性分析［C］.中国电机学会第六届汽轮机学术年会论文集，2001.

［4］ 王德生，赵伟光.清河电厂5号机低压通流改造后经济分析［J］.东北电力技术，1999，20(3):14-18.

［5］ 江 敏，赵伟光，张宝德.铁岭发电厂300 MW汽轮机组经济性分析［J］.东北电力技术，1999，20(5):38-40.

［6］ 赵伟光，李国军，侯恩辉.N300-16.7/537/537型汽轮机通流部分改造经济性评价 ［J］.东北电力技术，2008，29(3):19-22.

［7］ 赵伟光，王耀忱，李 涛.国产300 MW汽轮机增容改造经济性评价［J］.东北电力技术，2009，30(7):6-9.

［8］ 刘景春，高 海，孙永斌.汽轮机通流部分改造对机组效率的影响［J］.东北电力技术，2012，33(11):20-23.

［9］ 魏 星，赵伟光，赵玉姿.俄制800 MW汽轮机组能耗诊断分析［J］.东北电力技术，2007，28(5):6-10.

Effectiveness Comment on Renovating Flow Passage of Large Steam Turbine and New Technique Application

ZHAO Wei-guang1，LIU Shao-jie2，WANG Jiu-chong3，WANG Guang-hui4，ZHANG Ye1
(1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China;2.Full Dimension Power Tech，Co.，Ltd.，Beijing 100085，China;3.Shenhua Guohua Suizhong Power Generation Co.，Ltd.，Huludao，Liaoning 125222，China;4.Huaneng Yimin Power Gereration Co.，Ltd.，Hulunbeier，Inner Mongolia 021134，China)

The article introduces the effectiveness of flow passage renovating on steam turtine in 1990s.It also introduces the new technology and features of turbine flow passage renovating today in detail.It puts forward constructive ideas for the future of large turbine flow passage renovating.

Steam turbine;Efficiency of HP;Efficiency of IP;Efficiency of IP

TK263

A

1004-7913(2014)02-0037-05

赵伟光 (1955—)，男，学士，高级工程师，主要从事汽轮机节能技术研究工作。

2013-08-18)