（浙江浙能乐清发电有限责任公司温州325609）
摘要：针对浙江浙能乐清发电有限责任公司国产超临界600MW汽轮机汽缸效率低、发电热耗率超设计值等问题，进行了采用AIBT技术，对通流部分进行改造的可行性分析，并介绍了具体改造方案和改造结果。
关键词：通流改造；600MW超临界汽轮机；气缸效率；AIBT技术
FlowPathRetrofitofDomesticSupercritical600MWSteamTurbine
Abstract：Thisarticle，aimingtheproblemssuchaslowefficiencyofthecylindersandtheheatconsumptionrateexceedsthedesignedvalueexistingindomesticsupercritical600MWsteamturbinesinZhejiangZhenengYueqingElectricPowerGenerationCo.，Ltd.，analysesthefeasibilityofflowpathretrofitusingAIBTtechnologyandintroducesthespecificschemeandresultofretrofit.
Keywords：flowpathretrofit；supercritical600MWsteamturbine；efficiencyofthecylinder；AIBTtechnology.
引言
超临界燃煤发电技术经过几十年的发展，已经成为世界上先进、成熟的洁净煤发电技术，在很多国家推广应用并取得了显著的节能减排效果。早在20世纪50年代，美国、俄罗斯、日本等国就开始发展大型超临界火电机组。而我国自20世纪90年代才开始引进超临界压力机组，1992年首台进口600MW超临界压力机组在华能上海石洞口第二电厂投产，此后又从俄罗斯、日本等国陆续引进了一批300MW以上容量超临界压力机组［1］。通过技术引进，2005年国产600MW超临界燃煤机组开始投产。到2014年国内600MW以上超临界机组装机超过140台。由于受当时国内装备制造业的限制，三大动力厂生产的600MW超临界汽轮机都存在实际运行热耗值严重偏离设计值的现象。统计表明，凝汽器采用海水直流冷却，设计循环水温度为23-24℃，设计平均背压为5.88kPa的情况下，汽轮机设计热耗率为7560-7587kJ/kWh，实际运行大都在7850-7950kJ/kWh，部分甚至超过8000kJ/kWh。［2］
随着发电装备制造厂技术的不断进步，尤其是超超临界机组的不断投产，汽轮机通流设计、制造技术都有了长足进步。发电企业节能减排的要求也越来越高，虽然超临界600MW机组投产时间都不算太长，但通过必要的技术改造，降低机组的发电煤耗，已经能带来显著的经济效益。
改造前的机组情况和可行性研究
改造前机组情况
浙江浙能乐清发电有限责任公司（以下简称乐清发电）一期工程为2×600MW超临界燃煤发电机组，分别于2008年9月9日和9月10日投产发电。汽轮机系上海汽轮机有限公司引进美国西屋技术设计制造，为超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、反动凝汽式汽轮机，型号为N600-24.2/566/566，机组铭牌功率为600MW。
表1负荷工况的设计性能参数
由于受早期引进的技术限制，机组自投产以来一直存在着运行效率偏低的问题。投产后额定负荷THA工况修正后热耗率平均值为7816.8kJ/kWh，与设计值7535kJ/kWh相比，偏高幅度达3.7％；额定负荷THA工况的高压缸效率试验平均值为85.3％，与设计值87.7％相比偏低2.4％；试验中压缸效率（未考虑合缸过桥汽封漏汽影响）为92.5％，与设计值92.5％一致；试验低压缸效率为86.3％，比设计值91.7％偏低5.4％。分析认为该型汽轮机的高、中、低压缸效率都无法满足设计要求，也达不到其它同类型汽轮机中的先进效率水平。
表2#1汽轮机性能试验数据和设计参数比较
可行性研究
表3为乐清一期机组和相关机组汽轮机缸效情况，与同类型早期国产超临界机组相仿，存在汽缸效率偏低的现象；与后期采用西门子技术的超超临界机和阿尔斯通的超临界机组比较，高压缸和低压缸的效率明显偏低。［3］
表3不同生产厂家600MW汽轮机效率比较
比较乐清一、二期工程四台机组的汽轮机缸效率情况，说明上海汽轮机厂通过引进吸收国外先进汽轮机技术，设计制作水平有了长足进步。在不断自主创新基础上开发出了新一代的具有自主知识产权的先进的通流整体叶片设计技术——AIBT技术及汽轮机整体结构设计技术。这些技术的先进性、高效性已在超超临界600MW～1000MW大功率机型得到了实际验证。并将这些先进的技术推广应用到国内已投运的超临界及亚临界300MW～600MW等级机组通流改造中，根据亚临界300MW等级改造情况，实际效果十分有效。
分析机组的实际运行经济性，在不断积累上汽超超临界机组的设计制造经验和300MW机组通流改造经验的基础上，采用最先进的AIBT技术对乐清一期机组进行通流改造，以提高机组的经济性就显得非常必要，在技术上也是可行的。
改造方案
改造的原则
基础不动，各轴承座、轴承及轴承跨距保持不变；
机组的滑销系统保持不变；
高中压外缸及低压外缸不换，各管道接口位置不变；
汽轮机与发电机连接方式和位置不变；
机组主、再热门及与外缸保持不变；
现有进排汽参数不变；
热力系统不变，各抽汽口参数基本保持不变。
改造的目标
主要从机组的经济性、安全可靠性和运行灵活性三个方面来考虑。
提高机组效率，对高中低压通流进行全面改造后热耗降低，折合降煤耗6-8g/kWh；
与锅炉、发电机配合，至少提高机组的出力10%；
提高机组的安全可靠性，消除安全隐患及缺陷；
提高汽轮机的调峰能力；
延长机组运行寿命。
高中压通流改造方案
采用先进的AIBT通流技术优化设计高中压各级，以提高通流效率。高压通流级数从原来的I+11级增加至I+13级，叶根槽采用T形叶根；中压通流级数从原来的8级增加至9级，叶根槽采用T形叶根。高中压通流部分动、静叶片均为整体围带型式弯扭马刀叶型，且均采用单片铣制、全切削加工，具有强度好、动应力低、抗高温蠕变性能好等特点。高压静叶持环与高压内缸合并成整体结构，减少密封面避免内漏；高压进汽内套筒与内缸之间采用新型堆叠式密封结构进行密封，高压抽汽插管借助于具有挠性的套筒来吸收差胀和减少热应力。
高中压本体改造方案：
高压内缸，蒸汽室，喷嘴组，高压隔板套做相应新的结构设计，中压进汽导流，中压隔板套全新设计满足新通流需要。
采用新设计的大内缸，将原高压内缸与高压持环合并，形成新的高压内缸，通过原有结构设计与外缸轴向定位支承键实现垂直方向的定位，顶部与底部的键槽实现横向定位。
先进的AIBT通流技术配以优化设计的高压内缸，提高通流效果的同时兼顾原有缸体支撑配合固定结构，并满足原有抽气需求。同样对高压内缸采用三维实体建模进行强度及密封性能计算。按照设计标准进行考核，满足机组设计运行方面的要求。
图2.1高中压通流改造后——改造机型高中压缸装配图
低压通流改造方案
低压缸从原来的7级增加到9级，末三级采用915mm系列高效叶片，前五级全部采用AIBT技术开发的新动静叶型线。新型低压内缸应用自密封技术设计以提高密封性，同时优化排汽导流锥。
图2.2改造后低压内缸纵剖图
由于乐清发电机组年均75%左右的负荷率将成为今后常态，结合背压情况，从全年综合经济性考虑，低压缸末级叶片选用915mm长叶片；低压次末级采用整圈自锁阻尼型长叶片，该叶片在气动性能上经过了进一步的优化，在安全性上大幅度地降低了叶片的动应力，在结构上采用自带冠形式以减少叶顶漏汽。
如图所示，新型低压缸设计原有设计相比有了明显的不同，渐缩的进汽流道，特殊的抽汽腔室，变截面的抽汽口优化，更便于检修运输的起吊布置。
采用了一种新型平行四边形的抽汽腔室结构和新的螺栓法兰布置方法，即将传统的垂直径向隔板向进汽中心线倾斜，通过一块有孔的覆板连接径向隔板的内侧端部，组成一个可以满足抽汽要求的封闭平行四边形腔室。通过中分面少量的法兰和螺栓布置，利用汽缸的热胀以达到其运行状态自行密封的效果。从而解决传统螺栓密封技术存在的问题。是一种先进的利用特殊结构达到自密封的技术。
低压进汽部分采用三段渐缩结构，传统西屋技术的机组低压进汽部分由一斜段和一长直段组成，而西门子机组此部分大多采用所示的三段渐缩结构。经UG建模后，通过CFD计算分析，得出三段渐缩结构的紊流度明显减小，速度分布更加均匀，气动性能明显改进。［4］
改造结果
2014年12月，乐清发电#1机组完成了通流改造，同时配套完成了发电机和锅炉增容改造，机组铭牌出力增到660MW。汽轮机改造前后的性能试验结果如表4。从数据上看，经过通流改造，修正后热耗率降低189.22kJ/kWh。为比较通流改造前后的实际效果，统一取改造后的锅炉效率（93.04%）、厂用电率（4.45%），折算供电煤耗率下降约7.34g/kWh，经济效益提高约2.41%。
表4#1机组通流改造前后THA工况计算结果汇总表［5］
从改造结果看，汽轮机缸效显著提高，尤其以低压缸的提效幅度为最大，结果达到或接近了西门子技术超超临界机组和阿尔斯通超临界机组的缸效是水平。针对发电利用率回落的现实，采用915片短叶片设计，充分保证了机组调峰运行的经济性。
结束语
利用AIBT技术及汽轮机整体结构设计技术，对浙能乐清发电有限责任公司#1机组进行国内首台超临界600MW机组通流部分进行技术改造，在保证机组长期安全稳定运行的前提下，达到了预定的节能降耗、提高经济性的目的，另一方面机组通流能力增加，可提高机组铭牌出力。
参考文献：
[1]肖汉才，周臻．超临界机组和超超临界机组的优势及在我国大力发展的广阔前景[J].电站系统工程，2004，20（5）：8-10.
[2]郑李坤，霍鹏，胡勇，李千军．国产600MW超临界汽轮机组能耗现状及存在的问题[J].广东电力，2011，2：45-48.
[3]浙江省电力设计院．浙江浙能乐清发电有限责任公司600MW汽轮机增效扩容改造项目可行性研究报告[R].杭州：2014
[4]上海汽轮机厂．浙江浙能乐清发电责任有限公司N600-24.2/566/566型超临界汽轮机通流改造专题报告[R].上海：2014
[5]国网浙江省电力公司电力科学研究院．浙江浙能乐清发电有限责任公司#1机组通流改造前后THA工况性能比对试验报告[R].杭州：2015