淺析國產300MW舊式汽輪機改造的必要性

tags: 汽輪機    時間:2014-03-11 14:43:01
淺析國產300MW舊式汽輪機改造的必要性簡介
    田  亞   宗學魯 (華電國際鄒縣發電廠,山東鄒城 273522)【摘要】本文簡單介紹鄒縣發電廠300MW汽……
淺析國產300MW舊式汽輪機改造的必要性正文
    

田  亞   宗學魯

(華電國際鄒縣發電廠,山東鄒城 273522)

【摘要】本文簡單介紹鄒縣發電廠300MW汽輪機通流部分改造過程,並對改造前後的一些指標作了較為充分的比較,進一步分析改造的可行性及必要性,以供各電廠進行汽輪機改造時參考。
【關鍵詞】 通流部分;改造;可行性
0  前言
    隨著社會經濟與科學技術的發展,對發電廠供電品質及發電成本提出了更高的要求,老機組原有的熱耗值、煤耗及較高的發電成本已不能適應當今電力部門改革與發展的形勢,且在正常運行中存在著機組膨脹不暢、軸瓦振動大等缺點。滿足現代更高要求的汽輪機已經出現,無論在系統的安全性、可靠性以及各項指標方面也已經達到電廠的高要求。因此國內很多電廠都進行了汽輪機的改造。但並非說所有功率的汽輪機都應選擇相同的改造方案,我們應該從實際出發,根據具體情況加以分析與選擇。
1  修前設備存在問題及運行狀況
鄒縣發電廠300MW汽輪機是N300-165/550/550型國產舊式汽輪機組,汽輪機為上汽廠70年代未的技術設計。由於設計水平低、加工工藝差等原因,機組的經濟性及調峰性能均遠遠不能滿足電網的要求。設備存在的問題較多,嚴重影響機組的安全經濟運行。目前機組本體部分存在的主要問題有:
1、 經濟性能低下: 機組設計熱耗率為8255.5kJ/kW.H(1975 kcal/kW.H),但實際使用中即使在機組大修后也不能達到該設計值,而且有很大的差值,機組大修后的熱耗一般仍在8569kJ/kW.H(2050kcal/kW.H)以上。
2、 啟停時間長:由於結構設計不合理,機組在啟停、增減負荷過程中汽缸膨脹不暢,而延長了啟停時間及影響負荷變動速率,該機組從沖轉到帶滿負荷需16小時左右,中速暖機時間長達3-4小時,不能適應竟價上網、調峰的需要。
3、存在動靜摩擦:由於汽缸膨脹不暢及汽缸材料蠕變變形,造成汽缸、轉子死點前移。使高壓缸、中壓缸及低壓Ⅰ、Ⅱ缸動靜間隙變化,尤其是中壓缸及低壓缸影響甚大,每次大修揭缸后均發現動靜部分有磨擦現象。
4、 軸承振動偏大:由於機組經過多年運行,設備已老化。再加上軸承座剛性差,各軸承負荷分配不十分合理,從而造成大部分軸承的振動值都偏大。振動嚴重時多次造成軸承鎢金脫胎甚至化瓦等事故,給機組的運行和檢修帶來困難。
5、 汽缸、法蘭加熱系統複雜:機組啟動時操作頻繁、困難,操作不當將影響機組安全,發生動靜部分磨擦。
2  通流部分主要改造方案
為提高四缸四排汽300MW汽輪機的經濟性,汽輪機通流改造採用當代汽輪機設計的先進技術,對汽輪機高中壓缸、轉子、隔板、軸承座等所有部件進行重新設計、更換。
3.1 汽輪機轉子和汽缸
1、 汽輪機高、中、低壓轉子採用無中心孔整鍛轉子。轉子毛坯由日本或德國轉子鍛造廠進口。
2、 汽輪發電機軸系的扭振頻率避開工作頻率及倍頻的±7%。
3、 汽輪機脆性轉變溫度(FATT)的數值(試驗值)為:高壓轉子小於121℃,中壓轉子小於121℃,低壓轉子小於27℃。力爭進一步降低轉子的脆性轉變溫度,各轉子的脆性轉變溫度不會影響機組啟動的靈活性。   
4、 汽輪機轉子為徹底消除殘餘內應力的鍛造轉子;汽輪機的高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子在出廠前進行高速動平衡,試驗精度為高、中壓轉子≤0.8 mm/s、低壓轉子≤1.0mm/s;高速動平衡后汽輪機轉子按120%額定轉速進行2分鐘的超速試驗。超速試驗后按規範要求對轉子葉片的各個部位進行徹底檢查,不允許出現任何異常。
5、 推力軸承外殼設置一永久基準點,以便與轉子的基準點相互配合,確定轉子的位置。
6、在設計和製造汽輪機汽缸過程中,提高了汽缸水平中分面汽密性的可靠性。
7、 為了解決原機組低壓末級動葉片水蝕較嚴重的問題,採取措施提高了末兩級動葉片的防水蝕能力:在末級及次末級隔板上設置去濕槽;拉大動靜葉間軸向距離;優化末級流場、提高根部反動度;末級及次末級動葉片採用先進的等離子淬火技術,增加葉片抗水蝕能力;汽輪機設置足夠的疏水口。
3.2 軸承和軸承座
1、 #1~#4軸承採用可傾瓦軸承;#5~#8軸承更換為乙方新設計的橢圓軸承。
2、 支持軸承及推力軸承耐磨合金材料採用WJ2B,材料是從日本引進,耐溫性能好。主軸承的型式能確保不出現油膜振蕩,各軸承的設計失穩轉速大於額定轉速25%以上,並具有良好的抗干擾能力。各支持軸承的適當部位均有裝設軸振動測量元件的位置。
3、 在任何運行條件下,各軸承回油溫度不超過65oC,運行中軸承的金屬溫度不超過90oC。
4、 改造后的推力軸承球面結構型式改為垂直向球面結構(即GE與日立球面型式)。此型式的球面在受到軸向推力時自位性能較好,推力瓦塊受力較均勻,不會發生推力瓦溫過高的情況。
5、 所更換的推力軸承具有良好的自動調整能力,推力軸承能持續承受各種工況下出現的雙向最大推力,推力瓦溫度由工作面及非工作面瓦塊金屬溫度來指示,每塊都有測溫點,同時設置推力瓦工作面及非工作面回油溫度表。
6、 針對目前機組膨脹不暢、運行中軸系中心及各軸瓦載荷變化較大的問題,對現有的軸承座進行改進或更換,實施軸承座軸向剛度以及凡滑移的軸承座採用DEVA合金滑塊結構的改造方案。
3  改造後主要效果
1、  改造后機組各工況下的熱耗值、汽耗率如表1所示。
表1

項  目

單位

1026.9t/h

(VWO)工況

100%

額定功率

300MW

功率

75%

額定功率

50%

額定功率

夏季

工況

停高加

工況

發電機功率
kW
344
330
300
247
165
330
330
主汽壓力
MPa
16.18
16.18
16.8
16.18
16.18
16.18
16.18
主汽溫度

538
538
538
538
538
538
538
主汽流量
t/h
1026.9
976.71
873.6
701.61
454.15
1021.9
862.95
功率因數
--
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
冷卻水溫

20
20
20
20
20
33
20
背    壓
kPa(a)
4.9
4.9
4.9
4.9
4.9
11.8
4.9
計算熱耗值
kJ/kW.h
7926
7928
7938
7990
8191
8231
8176
保證熱耗值
kJ/kW.h
7926
7928
7938
7990
8191
8231
8176
計算汽耗值
kg/kW.h
2.985
2.960
  2.910
2.835
2.752
3.097
2.615
保證汽耗值
kg/kW.h
2.985
2.960
  2.910
2.835
2.752
3.097
2.615

2、 機組採用高中壓缸聯合啟動方式,大大縮短啟停時間。從沖轉至額定負荷時間如表2所示。冷態啟動時,改造前後所需時間的對比如圖1所示。
表2

啟動狀態

沖轉至額定轉速時間

併網至額定負荷時間

沖轉至額定負荷時間

冷態

~110min

~250min

~360min

溫態

~25min

~115min

~140min

熱態

~20min

~75min

~95min

極熱態

~10min

~50min

~60min



3、 改造后汽輪機在所有各種負荷穩定運行工況下以及額定轉速時,在任何軸頸上所測的垂直、橫向的振動雙振幅值都有顯著改善,如表3所示。
表3
日期
5月24日
5月24日
時間
18時35分
19時00分
轉速
3000  rpm
3000  rpm
負荷
300  MW
330  MW
主汽壓力
16.2  MPa
16.2  MPa
主汽溫度
545  ℃
537  ℃
凝器真空
94.3   -kPa
93.7   -kPa
  數值     振動
軸承
軸振μm
軸振μm
X向
Y向
X向
Y向
#1軸承
14.40
14.50
14.60
13.60
#2軸承
27.70
26.70
29.76
31.20
#3軸承
34.90
37.40
34.70
36.00
#4軸承
34.10
40.10
32.90
39.80
#5軸承
45.20
40.70
46.20
43.00
#6軸承
35.40
50.20
34.30
49.10
#7軸承
28.90
26.00
29.60
24.70
#8軸承
29.90
55.80
31.90
57.10
4、有效地解決了汽輪機膨脹不暢,主要表現在:
1) 改變高中壓缸的支承方式。對高中壓缸進行更換,改變了高中壓缸的支承方式,由上缸支承改為下缸支承,並在高壓內缸外壁第4級處設置隔熱環將內外缸夾層空間分為2個區域,既可以降低內缸外壁溫差,又可以提高外缸溫度,有利於汽缸膨脹。同時,中壓缸亦採用中分面下貓爪支承且全部採用隔板套結構。高中壓缸所採用的中分面下貓爪支承方式降低了支承和推拉機構的高度,減少了膨脹阻力。
2) 改變滑銷系統的材質及潤滑方式。改造后的軸承箱滑動面採用自潤滑滑塊與不鏽鋼滑塊組成,下滑塊為DEVA自潤滑滑塊,減小了滑動摩擦係數。另外,高壓外缸前貓爪、中壓缸前後貓爪下的橫鍵兩側都裝有自潤滑墊片,使汽缸能向兩側自由膨脹,增強了高中壓缸膨脹的可靠性。
3) 增強軸承箱的剛度。針對軸承箱與汽缸之間推力矩大和軸承箱剛性差等因素,在1號軸承箱與高壓缸之間使用了H型定中心梁推拉機構。高壓外缸、中壓外缸與2號軸承箱之間的推拉力靠汽缸貓爪橫鍵和縱鍵之間的推拉杆來傳遞,並降低高中壓缸推拉機構的高度,減小了推力矩。同時增加軸承箱底板、端板、側板的厚度。並將軸承箱設計成整體框架機構,在軸承箱內部軸向、橫向增設筋板,筋板與側板連成一體,使軸承箱在軸向、橫向連為框架結構。
4  結束語
鄒縣電廠經過3年的努力工作,4台300MW通流部分改造得以勝利竣工,各項指標基本達到設計要求,為國產300MW機組的改造的必要性與可行性提供了充足的理論依據及實踐經驗。
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