汽輪發(fā)電機組技術改造的幾種形式和措施
多年來，我國電力企業(yè)和設備制造企業(yè)都在全力以赴進行機組改造。這是因為，在我國發(fā)電系統(tǒng)中，一些中低參數(shù)、小容量蒸汽發(fā)電機組還在運行，這些機組熱效率很低，且大多屬超期服役，如果將其在短期內全部拆除，從經濟上和電力需求方面來看，是不現(xiàn)實。同時，一些早期安裝高參數(shù)機組，如100～200MW機組，由于受當時設計制造水平限制，運行時間較長，已接近或達到額定壽命(10萬運行小時)，這些機組存在著效率低、煤耗高問題?！ ∫虼?，將中低參數(shù)機組改造為既發(fā)電又供熱“熱電聯(lián)產”機組，供生產和生活用汽需要。同時用現(xiàn)代科學技術改造和翻新老機組，使老機組煥發(fā)青春。機組通過改造不僅可以大大降低煤耗，提高機組經濟性，而且可以提高運行可靠性和延長機組壽命，這一措施無疑有著深遠意義和較高經濟價值。1 機組改造幾種技術形式 汽輪機改造有多種技術形式，每種形式都有其特點，必須具體問題具體分析，全面考慮，達到改造目。1.1 通流部分現(xiàn)代化改造 隨著現(xiàn)代科學技術快速發(fā)展和設計方法不斷完善，汽輪機設計水平較過去有了很大提高，全新高效新葉型、全三元氣動設計技術系統(tǒng)、通流部分通道優(yōu)化設計、自帶圍帶動葉片、高效新型整圈阻尼長葉片設計和調頻技術、彎扭型和馬刀型葉片設計等新技術在各制造廠新產品開發(fā)中成功應用。這些技術代表汽輪機領域內最新發(fā)展趨勢，通過采用這些先進技術來改造老機組將使機組經濟性、安全可靠性及運行靈活性達到國外同類機組先進水平。這也是國外電站行業(yè)發(fā)展一個顯著特點。因此近幾年來，各制造廠都在努力開展機組改造工作。其中200MW機組改造已全面展開，并取得了很大成績，為以后機組通流改造積累了很多經驗。1.2 抽汽改造 汽輪機抽汽改造是利用原回熱抽汽口加大面積或利用汽缸開孔增加抽汽，供生產和生活用汽需要，實現(xiàn)熱電聯(lián)產；聯(lián)通管開孔(如100MW機組)抽汽也是一種特殊形式。 采用較多和較容易實現(xiàn)是非調整抽汽改造，要求抽汽量不大，且比較穩(wěn)定，抽汽壓力允許有一定波動，抽汽量和抽汽參數(shù)可以通過調整進汽量而小范圍調整，這種改造簡單易行，費用也低，但供汽量小，熱能利用率不夠高。根據機組本身具體情況，也可改造成可調整抽汽，完全變成抽汽機組，實現(xiàn)熱電聯(lián)產，以熱定電，經濟價值較高，綜合效益及社會效益明顯?！ ÷?lián)通管打孔抽汽也易改為可調整抽汽，機組加裝調節(jié)閥，在熱負荷較大及變化幅度較大情況下可實現(xiàn)穩(wěn)定供汽參數(shù)?！ ∵€有一種改造方式是將抽汽后隔板堵掉一定面積，流過蒸汽滿足加熱器和轉子冷卻要求。這種改造簡單易行，供汽量更大，但要求供汽量比較穩(wěn)定。當然如果熱負荷很穩(wěn)定，量又很大，也可改造為背壓機組運行，這是另外一種形式技術改造?！ 】傊M行抽汽改造實現(xiàn)熱電聯(lián)產，既供熱又發(fā)電，是節(jié)約能源有效途徑，是目前采用較多一種機組技術改造形式。1.3 改造為背壓機組 改造機組以供汽為主，發(fā)電為輔，供汽負荷穩(wěn)定且不要求冷凝工況運行，無熱負荷時機組停運，此時可將機組改造為背壓機組，這樣可以保證機組改造獲得最佳經濟效益。背壓可根據熱負荷來確定，根據熱力核算確定排汽口位置，將以后各級拆除。調節(jié)系統(tǒng)仍可采用原系統(tǒng)適當進行調整。這種改造適用于生產均衡工業(yè)企業(yè)供熱或集中供熱系統(tǒng)。1.4 改造為低真空運行機組 凝汽機組改造為低真空循環(huán)水供熱亦即將凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)略加修改，增設管路及熱水泵等設備，并與外部熱水網相連接，在機組運行時，使循環(huán)水出口溫度升高到40～60℃或更高溫度，以達到采暖供熱要求。改造后，機組發(fā)電能力雖有所降低，但機組排汽汽化潛熱得到了充分利用，減少了冷源損失，提高了能源利用率，使高品位熱能用于生產高質量電能，低品位熱能用于采暖，實現(xiàn)了能源梯級利用，而且可取代單獨供暖鍋爐，改善城鎮(zhèn)居民生活環(huán)境。1.5 安裝新前置和后置機組 這種改造是將中低參數(shù)鍋爐改為高參數(shù)新鍋爐，在原機組前加裝一臺高參數(shù)背壓機組，使排汽參數(shù)滿足原機組進汽參數(shù)要求，從而提高了機組效率，如果能同時將中低參數(shù)機組改造為抽汽機組，則綜合效益會更高。這種形式改造，機組在運行時，要做好前后機組運行匹配?！ ∮须姀S根據當時情況安裝了高參數(shù)背壓或抽汽機組，但后來熱負荷發(fā)生了變化，造成背壓機組不能正常運行，抽汽機組不能在最大工況下運行，甚至在冷凝工況下運行，造成設備閑置和浪費，在這種情況下可以考慮加裝后置機組，提高設備利用率和電廠綜合經濟效益。2 機組改造一些技術措施2.1 熱負荷確定 準確地確定熱負荷是保證機組改造成功及提高經濟性關鍵。對于不可調抽汽改造，其抽汽量和抽汽參數(shù)只能通過調整進汽量而小范圍調整，因此確定抽汽量應根據當時用汽情況，長時間保持穩(wěn)定，以保證機組能在經濟性較佳抽汽工況下運行，當熱負荷偏大和偏小時，再適當?shù)夭扇∑渌胧┗蚶闷渌O備，保證改造機組熱能利用率和綜合經濟效益。2.2 低真空運行一些技術措施 采用低真空供暖后，需要注意問題： a.內效率降低。由于采用低真空運行，末幾級在偏離設計工況下運行，降低了內效率，同時末幾級容量流量大幅度降低，造成脫流、回流，引起不穩(wěn)定振動，使末幾級尤其末級動應力增大，增加了疲勞破壞危險性。因此機組改造后，應進行末級流場和強度計算校核?！ .因提高背壓和循環(huán)水溫，凝汽器熱膨脹增大，影響凝汽器銅管在管板上緊固嚴密性，或者銅管內結垢或聚積從70～80℃熱網中分離出一些氧化物，導致傳熱惡化，使排汽溫度和端差不斷上升而無法運行。因此在運行時，需經常注意觀察和維護。2.3 排汽溫度變化和機組振動問題 機組改造為背壓式或低真空運行，由于末端溫度升高，低壓軸承溫度也升高，但一般升高不多，可由軸承潤滑油帶走，回油溫度略有升高。若要避免回油溫度升高太多，則可適當擴大進油口，增加進油量?！ ⊥瑫r，由于排汽溫度升高，排汽缸支承座膨脹量增加，使汽輪機后軸承抬高量增加，造成機組振動值增大，因此需進行軸承抬高量詳細核算和重新確定標高值。經計算及分析表明，若在轉子找中時考慮軸承標高變化，不會產生振動問題。 對于拆除葉輪改造，由于轉子質量變輕，軸承比壓及靜撓度發(fā)生變化，改造后需重新計算臨界轉速及軸承靜抬高量，并要重新進行轉子動平衡試驗，保證不出現(xiàn)振動問題。2.4 強度和剛度核算 機組改造后，對工作條件及結構發(fā)生變化部件如汽缸、隔板、葉片、轉子、螺栓等需進行詳細強度和剛度核算，對改造為背壓機組還需進行密封性校核，必要時可更換螺栓材料，提高螺栓初應力。2.5 熱力系統(tǒng) 為使機組改造后在滿足熱負荷條件下提高效率和經濟性，對原有加熱器盡可能保留，但由于各抽汽口參數(shù)可能會發(fā)生變化，因此應進行適當調整，必要時也可取消個別加熱器。2.6 抽汽管布置與焊接工藝 當機組改為抽汽時，抽汽口應盡量利用原抽汽口加大。如要在汽缸上開孔，為了不使汽缸剛度降低太多，一般采用一個或幾個圓孔或扁圓孔，然后采用聯(lián)箱匯聚在一起。抽汽管材料若用合金鋼管，則焊條也需用合金鋼焊條，焊接時需整體加熱，以保證汽缸不引起較大變形。若用奧氏體鋼焊條，雖可以冷焊，但汽缸易產生裂紋。因此，在溫度允許時最好采用碳鋼管，用結507焊條，塑性較好，焊后回火，可保證強度。在抽汽管道設計時，應注意不應有過大附加推力作用在汽缸上，可以在管道上加裝膨脹節(jié)，以免推力過大使汽缸跑偏。2.7 軸封系統(tǒng) 機組改造為背壓或低真空供熱機組，使軸封端壓力升高，為了保證汽封不向外泄漏，可增加抽汽器，并將后汽封體加長，增加汽封圈數(shù)，對于背壓機組可將汽封體移到拆除級位置。2.8 抽汽機組補給水 改造為抽汽機組后，補給水量增加，如果是補充熱水可直接補在除氧器內，如補給水溫度較低，需加熱后補在除氧器內。也可在凝汽器喉部采用噴霧冷凝排汽，滿足補給水需要，但這種補水方法對補給水量有一定限制。2.9 調節(jié)和保護系統(tǒng) 機組改造時，調節(jié)系統(tǒng)需進行調整或改造，對于冷凝式機組，其調節(jié)系統(tǒng)是按轉速——電負荷關系來進行調節(jié)，改為供熱機組后，對于非調節(jié)抽汽，應按熱負荷來調節(jié)進汽量。為了節(jié)省投資，可采用電氣調壓系統(tǒng)由壓力變送器產生電氣信號，經同步器動作調速系統(tǒng)，調節(jié)進汽量，維持供汽壓力。機組改造為可調整抽汽機組，調節(jié)系統(tǒng)應進行較大改造，以便可根據熱電負荷來調節(jié)進汽量，或者調節(jié)電負荷滿足熱負荷需要。調節(jié)系統(tǒng)需要增加調壓器、油動機、滑閥及連接件和管路等，并需要增加調節(jié)系統(tǒng)進油量?！ Τ槠脑毂Ｗo系統(tǒng)，在緊急工況甩負荷時應自動切除調壓系統(tǒng)，強迫關閉抽汽逆止閥和抽汽調節(jié)閥(回轉隔板)，并動作同步器，關閉調節(jié)閥。當抽汽壓力過高時，應有過壓保護。3 結束語3.1 用現(xiàn)代科學技術翻新和改造老機組，是投資少、見效快、提高經濟效益有效途徑；3.2 城市電廠老機組改造為熱電聯(lián)產、集中供熱，從技術上是可行，經濟效益是顯著；3.3 在今后電網中，隨著大功率高參數(shù)機組增加，電網供需矛盾逐步緩解，100MW和200MW凝汽機組改造為以熱定電供熱機組將是未來改造一種趨勢；3.4 每種改造形式都有其特點和難點，具體問題具體分析，對不同型號機組進行不同形式技術改造，以達到提高機組運行經濟性和延長壽命目；3.5 機組改造尤其是工作量大、難度大技術改造，一定要通過設備制造廠家并由電廠配合進行。
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