基于实例分析燃煤电厂汽轮机通流改造
摘要本文主要从燃煤电厂汽轮机通流改造项目的背景出发，分析了当前燃煤电厂汽轮机机组的基本概况，对燃煤电厂汽轮机通流改造技术方案进行了探究，最后，归纳总结项目改造后投资经济性。

关键词燃煤电厂；汽轮机；通流改造分析
1 燃煤电厂汽轮机通流改造的背景
1.1 背景
随着国家节能减排产业政策的实施和电力供求矛盾的缓减，新的电源点不断投运，高能耗企业的发展受到限制，发电设备年利用小时持续走低，电厂消耗性指标和消耗性费用逐年上涨，致使电力生产固定成本持续走高，导致企业经济效益逐年下滑。

对此，供电煤耗显著偏高的电厂其经营形势将变得日益严峻，并将面临激烈的竞争。

同时，随着全球及国内经济的巨大发展及能源形势的急剧变化，燃煤发电厂面临的环保要求日益严格，经营形势日益严峻，突出表现为：
①节能和减排已成为燃煤发电企业发展的两个约束性指标。

②燃煤发电企业的电量调度已经由铭牌调度逐步向节能调度调整。

③《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》出台到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时。

在执行更严格能效环保标准前提下，力争使煤炭占一次能源消费比重下降到62%以内，电煤占煤炭消费比重提高到60%以上。

1.2 项目实施的必要性
（1）由于机组原设计技术相对落后，加上当时加工制造精度不高，安装质量控制不严，机组运行老化等原因，该机组实际热耗值及缸效率与设计值存在很大偏差，导致目前机组运行的实际热耗值远高于设计值，供电煤耗较高，与当前300MW机组经济型也相差甚远。

（2）随着《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》等国家节能减排产业政策的实施，以及新电源点不断投运，发电企业要想在日益激烈发电市场竞争中保持优势，就必须采取有效措施，提供机组效率。

而进行通流改造，通过提高汽缸效率来降低机组热耗值是行之有效的手段。

因此，对现有机组进行通流改造，以提高机组效率，达到较好的经济指标完全有必要。

2 燃煤电厂汽轮机机组的概况
2.1 原机组概况
某燃煤发电厂#5、#6机组为2×300MW火力发电机组，三大主机均为东方电气集团公司产品。

汽轮机型号为N300-16.67/537/537，属亚临界、一次中间再热、单轴、二缸二排汽、反动凝汽式汽轮机，闭式循环，采用8级非调节抽汽，1、2、3级抽汽分别供3台高压加热器。

4级抽汽供小汽轮机及除氧器，5、6、7、8级抽汽分别供4台低压加热器。

2.2 原机组存在的问题分析
（1）#5、#6机组虽然应用了当时的先进技术，但受当时的总体技术水平限制，也存在不足，通流和结构设计技术已相对落后，机组的热力性能与目前300MW等级机组的先进水平已有一定的差距，尤其体现在高压部分。

国内电厂汽轮机在通流部件的制造、安装、运行质量方面一直存在质量控制不精细的问题。

（2）機组运行中存在问题，机组投运后，汽轮机在各种变工况下运行，特别随煤炭市场的变化，受煤质影响，机组负荷变化较大且较频繁，造成机组汽封磨损，汽封间隙偏大从而漏气量增大。

2.3 项目实施需要解决的问题
上述存在问题，只有通过汽轮机通流改造，更换设计老化、效率低下的通流部分设备，才能从根本上解决汽轮机热力性能低下，制约机组经济运行的问题。

2.4 项目实施后达到的目标
降低汽轮机热耗率至7915kJ/kW·h左右（纯凝工况，背压5.4kPa），满足《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》要求。

3 燃煤电厂汽轮机通流改造技术方案
#5、#6机组为亚临界双缸双排汽凝汽式机型，运行的经济性相对于当前新一代机组要差3%～5%。

本通流改造采用目前汽轮机设计的先进技术，主要内容有：调节阀分析优化技术；压力级3D流场优化技术；动叶整体围带阻尼结构技术；动叶片安全可靠性设计技术；新型密封技术。

汽轮机通过高中低压缸通流部分更换改造后，机组的新机效率和持久效率将得到大幅度提高，机组的经济性和安全可靠性将得到全面升级，实现节能减排的综合收益。

3.1 高压、中压缸通流改造技术措施方案
高压通流改造技术措施：提高根部反动度，优化速比，优化各级焓降。

通流优化后，调节级后压力升高，有利于提高调节级的效率和高压缸的效率，同时减小阀门节流损失和非均匀流动损失。

中压通流改造技术措施：优化叶片型线，优化各级焓降和速比，适当降低高排压力和温度。

在微观设计方面，静叶采用SCH层流叶型，并采用三维空间成型，动叶采用HV叶型；适当减小静动叶片宽度，提高相对叶高，自带冠结构设计，叶顶采用城墙汽封结构。

3.2 低压缸通流改造技术措施方案
①采用优化叶型技术；动叶根部叶型采用先进的有利于减少二次流损失“K”型通道叶型，进汽角小、刚性大，具有较高阻塞马赫数；顶部区域叶型采用先进的适合跨音速流动的缩放叶型。

②静叶采用后加载层流叶型。

③隔板采用焊接隔板，隔板中分面增加密封键。

④末级动叶片采用大刚性设计原则，自带冠结构、自带拉筋成圈阻尼连接。

⑤动叶采用高负荷动叶型线，叶片材料采用性能优良材料。

⑥动叶片加工采用模锻毛坯、数控加工的制造工艺。

⑦动叶片采用高频淬火防水蚀，并优化去湿结构设计。

⑧叶顶多齿汽封。

低压动叶全部采用自带冠动叶，前三级动叶顶部都设计成高、低齿汽封结构，后面3级可增加汽封齿数以减少漏气损失，提高通流效率。

⑨低压排汽导流环优化设计，有效减少排汽损失。

3.3 隔板结构的改进技术措施
高中低压所有隔板内外环都设计密封键，增加整个隔板的刚性，减少中分面漏气，从而减少漏气损失。

3.4 汽封结构的优化改造技术措施
高、中压动叶片围带全部采用自带冠CCB结构，叶顶汽封全部采用城墙齿结构，减少漏气损失。

采用高低齿汽封结构较平汽封结构漏气量减少，级效率有0.3%左右的提高。

3.5 转子平衡孔结构优化技术措施
对包含转子平衡孔和汽封进行优化设计，优化设计平衡孔面积，实现平衡孔最佳抽吸量，使得级效率提高。

4 项目改造后投资经济性分析
改造后与改造前相比，#5机组THA工况煤耗预计下降 4.82克/千瓦时；75%THA工况煤耗预计下降4.49克/千瓦时。

#6机组THA工况煤耗预计下降8.08克/千瓦时；75%THA工况煤耗预计下降4.44克/千瓦时。

每台机组年利用小时数按4200小时计算，THA工况每年发电量为25.2亿千瓦时，节省标煤1.63万吨，二氧化硫减排量估算58.5吨，氮化物减排量153.51吨。

75%THA工况每年发电量为18.9亿千瓦时，节省标煤0.844万吨，二氧化硫减排量估算30.37吨，氮化物减排量79.71吨。