汽轮发电机组技术改造的几种形式和措施
多年来，我国电力企业和设备制造企业都在全力以赴进行机组改造。这是因为，在我国发电系统中，一些中低参数、小容量蒸汽发电机组还在运行，这些机组热效率很低，且大多属超期服役，如果将其在短期内全部拆除，从经济上和电力需求方面来看，是不现实。同时，一些早期安装高参数机组，如100～200MW机组，由于受当时设计制造水平限制，运行时间较长，已接近或达到额定寿命(10万运行小时)，这些机组存在着效率低、煤耗高问题。 因此，将中低参数机组改造为既发电又供热“热电联产”机组，供生产和生活用汽需要。同时用现代科学技术改造和翻新老机组，使老机组焕发青春。机组通过改造不仅可以大大降低煤耗，提高机组经济性，而且可以提高运行可靠性和延长机组寿命，这一措施无疑有着深远意义和较高经济价值。1 机组改造几种技术形式 汽轮机改造有多种技术形式，每种形式都有其特点，必须具体问题具体分析，全面考虑，达到改造目。1.1 通流部分现代化改造 随着现代科学技术快速发展和设计方法不断完善，汽轮机设计水平较过去有了很大提高，全新高效新叶型、全三元气动设计技术系统、通流部分通道优化设计、自带围带动叶片、高效新型整圈阻尼长叶片设计和调频技术、弯扭型和马刀型叶片设计等新技术在各制造厂新产品开发中成功应用。这些技术代表汽轮机领域内最新发展趋势，通过采用这些先进技术来改造老机组将使机组经济性、安全可靠性及运行灵活性达到国外同类机组先进水平。这也是国外电站行业发展一个显著特点。因此近几年来，各制造厂都在努力开展机组改造工作。其中200MW机组改造已全面展开，并取得了很大成绩，为以后机组通流改造积累了很多经验。1.2 抽汽改造 汽轮机抽汽改造是利用原回热抽汽口加大面积或利用汽缸开孔增加抽汽，供生产和生活用汽需要，实现热电联产；联通管开孔(如100MW机组)抽汽也是一种特殊形式。 采用较多和较容易实现是非调整抽汽改造，要求抽汽量不大，且比较稳定，抽汽压力允许有一定波动，抽汽量和抽汽参数可以通过调整进汽量而小范围调整，这种改造简单易行，费用也低，但供汽量小，热能利用率不够高。根据机组本身具体情况，也可改造成可调整抽汽，完全变成抽汽机组，实现热电联产，以热定电，经济价值较高，综合效益及社会效益明显。 联通管打孔抽汽也易改为可调整抽汽，机组加装调节阀，在热负荷较大及变化幅度较大情况下可实现稳定供汽参数。 还有一种改造方式是将抽汽后隔板堵掉一定面积，流过蒸汽满足加热器和转子冷却要求。这种改造简单易行，供汽量更大，但要求供汽量比较稳定。当然如果热负荷很稳定，量又很大，也可改造为背压机组运行，这是另外一种形式技术改造。 总之，进行抽汽改造实现热电联产，既供热又发电，是节约能源有效途径，是目前采用较多一种机组技术改造形式。1.3 改造为背压机组 改造机组以供汽为主，发电为辅，供汽负荷稳定且不要求冷凝工况运行，无热负荷时机组停运，此时可将机组改造为背压机组，这样可以保证机组改造获得最佳经济效益。背压可根据热负荷来确定，根据热力核算确定排汽口位置，将以后各级拆除。调节系统仍可采用原系统适当进行调整。这种改造适用于生产均衡工业企业供热或集中供热系统。1.4 改造为低真空运行机组 凝汽机组改造为低真空循环水供热亦即将凝汽器循环水系统略加修改，增设管路及热水泵等设备，并与外部热水网相连接，在机组运行时，使循环水出口温度升高到40～60℃或更高温度，以达到采暖供热要求。改造后，机组发电能力虽有所降低，但机组排汽汽化潜热得到了充分利用，减少了冷源损失，提高了能源利用率，使高品位热能用于生产高质量电能，低品位热能用于采暖，实现了能源梯级利用，而且可取代单独供暖锅炉，改善城镇居民生活环境。1.5 安装新前置和后置机组 这种改造是将中低参数锅炉改为高参数新锅炉，在原机组前加装一台高参数背压机组，使排汽参数满足原机组进汽参数要求，从而提高了机组效率，如果能同时将中低参数机组改造为抽汽机组，则综合效益会更高。这种形式改造，机组在运行时，要做好前后机组运行匹配。 有电厂根据当时情况安装了高参数背压或抽汽机组，但后来热负荷发生了变化，造成背压机组不能正常运行，抽汽机组不能在最大工况下运行，甚至在冷凝工况下运行，造成设备闲置和浪费，在这种情况下可以考虑加装后置机组，提高设备利用率和电厂综合经济效益。2 机组改造一些技术措施2.1 热负荷确定 准确地确定热负荷是保证机组改造成功及提高经济性关键。对于不可调抽汽改造，其抽汽量和抽汽参数只能通过调整进汽量而小范围调整，因此确定抽汽量应根据当时用汽情况，长时间保持稳定，以保证机组能在经济性较佳抽汽工况下运行，当热负荷偏大和偏小时，再适当地采取其它措施或利用其它设备，保证改造机组热能利用率和综合经济效益。2.2 低真空运行一些技术措施 采用低真空供暖后，需要注意问题： a.内效率降低。由于采用低真空运行，末几级在偏离设计工况下运行，降低了内效率，同时末几级容量流量大幅度降低，造成脱流、回流，引起不稳定振动，使末几级尤其末级动应力增大，增加了疲劳破坏危险性。因此机组改造后，应进行末级流场和强度计算校核。 b.因提高背压和循环水温，凝汽器热膨胀增大，影响凝汽器铜管在管板上紧固严密性，或者铜管内结垢或聚积从70～80℃热网中分离出一些氧化物，导致传热恶化，使排汽温度和端差不断上升而无法运行。因此在运行时，需经常注意观察和维护。2.3 排汽温度变化和机组振动问题 机组改造为背压式或低真空运行，由于末端温度升高，低压轴承温度也升高，但一般升高不多，可由轴承润滑油带走，回油温度略有升高。若要避免回油温度升高太多，则可适当扩大进油口，增加进油量。 同时，由于排汽温度升高，排汽缸支承座膨胀量增加，使汽轮机后轴承抬高量增加，造成机组振动值增大，因此需进行轴承抬高量详细核算和重新确定标高值。经计算及分析表明，若在转子找中时考虑轴承标高变化，不会产生振动问题。 对于拆除叶轮改造，由于转子质量变轻，轴承比压及静挠度发生变化，改造后需重新计算临界转速及轴承静抬高量，并要重新进行转子动平衡试验，保证不出现振动问题。2.4 强度和刚度核算 机组改造后，对工作条件及结构发生变化部件如汽缸、隔板、叶片、转子、螺栓等需进行详细强度和刚度核算，对改造为背压机组还需进行密封性校核，必要时可更换螺栓材料，提高螺栓初应力。2.5 热力系统 为使机组改造后在满足热负荷条件下提高效率和经济性，对原有加热器尽可能保留，但由于各抽汽口参数可能会发生变化，因此应进行适当调整，必要时也可取消个别加热器。2.6 抽汽管布置与焊接工艺 当机组改为抽汽时，抽汽口应尽量利用原抽汽口加大。如要在汽缸上开孔，为了不使汽缸刚度降低太多，一般采用一个或几个圆孔或扁圆孔，然后采用联箱汇聚在一起。抽汽管材料若用合金钢管，则焊条也需用合金钢焊条，焊接时需整体加热，以保证汽缸不引起较大变形。若用奥氏体钢焊条，虽可以冷焊，但汽缸易产生裂纹。因此，在温度允许时最好采用碳钢管，用结507焊条，塑性较好，焊后回火，可保证强度。在抽汽管道设计时，应注意不应有过大附加推力作用在汽缸上，可以在管道上加装膨胀节，以免推力过大使汽缸跑偏。2.7 轴封系统 机组改造为背压或低真空供热机组，使轴封端压力升高，为了保证汽封不向外泄漏，可增加抽汽器，并将后汽封体加长，增加汽封圈数，对于背压机组可将汽封体移到拆除级位置。2.8 抽汽机组补给水 改造为抽汽机组后，补给水量增加，如果是补充热水可直接补在除氧器内，如补给水温度较低，需加热后补在除氧器内。也可在凝汽器喉部采用喷雾冷凝排汽，满足补给水需要，但这种补水方法对补给水量有一定限制。2.9 调节和保护系统 机组改造时，调节系统需进行调整或改造，对于冷凝式机组，其调节系统是按转速——电负荷关系来进行调节，改为供热机组后，对于非调节抽汽，应按热负荷来调节进汽量。为了节省投资，可采用电气调压系统由压力变送器产生电气信号，经同步器动作调速系统，调节进汽量，维持供汽压力。机组改造为可调整抽汽机组，调节系统应进行较大改造，以便可根据热电负荷来调节进汽量，或者调节电负荷满足热负荷需要。调节系统需要增加调压器、油动机、滑阀及连接件和管路等，并需要增加调节系统进油量。 对抽汽改造保护系统，在紧急工况甩负荷时应自动切除调压系统，强迫关闭抽汽逆止阀和抽汽调节阀(回转隔板)，并动作同步器，关闭调节阀。当抽汽压力过高时，应有过压保护。3 结束语3.1 用现代科学技术翻新和改造老机组，是投资少、见效快、提高经济效益有效途径；3.2 城市电厂老机组改造为热电联产、集中供热，从技术上是可行，经济效益是显著；3.3 在今后电网中，随着大功率高参数机组增加，电网供需矛盾逐步缓解，100MW和200MW凝汽机组改造为以热定电供热机组将是未来改造一种趋势；3.4 每种改造形式都有其特点和难点，具体问题具体分析，对不同型号机组进行不同形式技术改造，以达到提高机组运行经济性和延长寿命目；3.5 机组改造尤其是工作量大、难度大技术改造，一定要通过设备制造厂家并由电厂配合进行。
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