300mw汽轮机通流节能改造可行性研究报告.docx

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300mw汽轮机通流节能改造可行性研究报告

#1#2机组汽轮机本体技术改造项目

可行性研究报告

一、前言

（一）项目名称:

#1、#2机组汽轮机本体节能改造可行性

研究报告

（二）项目性质:

技术改造

（三）可研编制人:

（四）项目负责部门:

检修公司

（五）项目负责人：

二、项目提出的背景及改造的必要性

（一）承担可行性研究的单位:

生技部

（二）项目提出的背景:

早期国产引进型300MW汽轮机组，是80年代初我国引进美国西屋公司汽轮机制造技术，分别由上海汽轮机有限公司（简称上汽公司）和哈尔滨汽轮机有限责任公司（简称哈汽公司）生产制造，由各有关的电力设计院设计，火电公司安装、调试。

该部分机组投产以来，从目前各电厂机组运行情况及部分机组试验结果来看，缩小了我国大型火电机组与国际水平的差距。

但由于设计、制造、安装、运行与维护等方面的因素，又不同程度地暴露出一些问题，影响到机组运行的安全和经济性。

国产引进型300MW机组和日本三菱公司引进西屋公司技术、经优化改进制造的350MW机组属同类型机组。

据1999、2000年度所公布的各项技术指标，国内进口己投运的日本三菱公司机组，平均负荷率74.7％，非计划停运409h，等效强迫停运率0.08%，等效可用系数92.56%，厂用电率3.97％，补水率0.8％，凝汽器真空度95.0％，锅炉效率92.31％，供电煤耗率320.75g/（kW.h）。

与其相比较，国产引进型300MW机纽平均负荷率74.0%，但等效可用系数低4.12个百分点，补水率高出2.4个百分点，厂用电率高出1.57个百分点，凝汽器真空度低1.55个百分点，锅炉效率低2.73个百分点，供电煤耗率高出30.48g／（kWh）。

由此可见，现运行的早期国产引进型300MW机组各项经济性指标与同类型进口机组相差甚大，机组经济效益不能得到充分发挥。

通过制造厂、设计院多年对引进技术的消化、吸收和改进，新型机组的经济性和可靠性得到大幅度的提高，机组实际运行的各项要求基本达到设计值。

如哈尔滨汽轮机厂对300MW的机组汽轮机内部结构在将近20年内进行三次较大的改进，目前73B型机组的效率、可靠性、经济性等远优于早期产品。

（三）进行技术改造的必要性:

1、从汽轮机本身的角度来看

大唐石门发电有限责任公司＃1、＃2机组于1995年12月，

1996年9月分别投产，属哈尔滨汽轮机厂73型产品，出厂编号为73N16、73N17。

由于该型号的机组是早期引进的技术，由于设计和加工等多方面的原因，机组在投产后高中压本体存在各段轴汽参数超标、高中压缸效率低、经济性差、各项指标远偏离机组设计参数等问题。

机组经过10多年的运行，由于设备的不断损耗，这些问题目前变的更为突出。

根据我们的调研，其他同型号机组的问题基本相似。

表－1表－2为我公司2005年的试验数据，表－3为其他厂同类型机组的运行参数对比：

表－1#1、#2机组额定工况抽汽参数

额定工况设计值

#1机组300MW工况

#2机组300MW工况

压力

（Mpa）

温度

（℃）

压力

（Mpa）

温度

（℃）

压力

（Mpa）

温度

（℃）

主蒸汽

16.67

537

16.35

536.60

16.30

534.92

一段抽汽

5.927

383.1

6.70

420.43

6.46

411.55

二段抽汽

3.622

316.7

4.16

360.8

3.97

345.12

再热蒸汽

3.26

537

3.79

536.78

3.63

535.85

三段抽汽

1.84

433.6

1.91

455.82

1.83

456.75

四段抽汽

0.811

334.6

0.91

339.33

0.85

335.28

表－2＃1、＃2机组额定工况计算结果

项目

单位

设计值

＃1机试验值

＃2机试验值

主蒸汽压力

Mpa

16.67

16.3356

16.3084

主蒸汽温度

℃

537

536.6021

534.9267

主蒸汽流量

T／H

911.0

980.6655

995.5093

高排汽压力

Mpa

3.662

4.2181

4.0292

高排汽温度

℃

316.7

361.4363

345.2656

再热汽压力

Mpa

3.26

3.7930

3.6335

再热汽温度

℃

537

536.7809

535.8563

中排汽压力

Mpa

0.795

0.9027

0.9544

中排汽温度

℃

334.27

337.5469

336.5103

排汽压力

Mpa

5.39

8.9438

7.6634

给水流量

T／H

911.0

950.3245

962.6327

给水温度

℃

272.3

263.9031

271.8972

试验电功率

MW

300.168

289.8859

291.0205

试验热耗率

KJ/kw.h

7954.9

9025.7337

8856.9213

试验汽耗率

g/kw.h

3.035

3.3829

3.4208

修正后功率

MW

300.168

303.0717

294.1241

修正后热耗率

KJ/kw.h

7954.9

8804.5657

8719.1337

高压缸内效率

％

88.22

71.8388

78.1123

中压缸内效率

％

91.64

88.3808

94.5883

表－3

名称

设计值

西柏坡＃22003.5

妈湾＃22006.6

妈湾＃12006.6

渭河＃62004.10

渭河＃52005.11

功率MW

300

300

294

270

303.6

303

主蒸汽压力MPA

16.7

16.85

16.4

16.4

16.81

16.95

主蒸汽温度℃

537

535.6

535

540

537

536.4

调节级压力MPA

12.11

12.94

11.9

11.9

11.93

12.01

调节级温度℃

488

483.3

一抽压力MPA

5.9

6.53

6.2

6.4

6.01

6.096

一抽温度℃

383

402.4

401

402

369.1

393.5

高排压力MPA

3.66

4.02

3.95

3.6

3.626

3.825

高排温度℃

317

339.2

339

334

334.9

339.9

二抽压力MPA

3.62

4.02

3.8

3.52

3.626

3.825

二抽温度℃

317

339.2

343

343

334

339.9

三抽压力Mpa

1.84

1.88

1.74

1.64

1.707

1.79

三抽温度℃

433.6

449.8

443（460）

463

465.2

431.6

高压缸效率%

88.22

79.42

中压缸效率%

91.64

89.28

主蒸汽流量t/h

911

1062.6

933

900

919

924

汽耗kg/kwh

3.04

3.52

热耗kJ/kwh

7955

9225.1

凝汽器压力Kpa

4.9

9.87

7.3

5.6

5

5.9

从上述三表中可以看出,各厂的实际值与设计值相比，存在较大的差距，有进行技术改造的必要。

其中我公司和西柏坡的机组经济性最差、安全可靠性低,而西柏坡电厂已进行了改造。

2、从主要辅机的角度来看

我公司＃1＃2机为汽轮机配套的三台高加是哈尔滨锅炉厂生产的，是按汽轮机设计热力系统超压5％工况进行设计的。

其最初设计参数如表－4

表－4

＃1高加

＃2高加

＃3高加

型号

JG－1100-2-1

JG－1180-2-2

JG－820-2-3

P工作max

Mpa

6.13

3.72

1.64

T工作max

℃

376.3

311.3

424.3

由于实际的抽汽参数高于三台高加的设计参数，我们要求哈尔滨锅炉厂重新核算，后来将三台高加的设计参数作了调整，已到高加设计材质的承受极限，见表－5：

表－5

＃1高加

＃2高加

＃3高加

型号

JG－1100-2-1

JG－1180-2-2

JG－820-2-3

P工作max

Mpa

6.77

4．29

1.96

T工作max

℃

400

375

450

即使作了调整，＃1＃2机在满负荷时的实际抽汽参数仍然有超出高加设计运行参数极限的情况，对三台高加的安全运行构成了重大隐患。

（四）调查研究的主要依据、过程及结论:

我公司＃1、＃2机组为哈尔滨汽轮机厂早期生产的73型机组，该机型高中压缸效率低、抽汽参数严重超标、经济性差、安全可靠性低，尤其设备经过多年运行的损耗，该问题进一步突出，已严重制约我公司可持续性发展。

目前哈尔滨汽轮机厂对引进型300MW机组的技术进行多年的消化和吸收，已发展到生产73B型机组，该机组良好的经济性和运行的稳定性已得到普遍的认可。

如对73型机组采取73B型机组技术进行改造，可以取得较好的效果。

我国目前安装哈尔滨汽轮机厂生产的引进型73型300MW机组共计约31台，该类型机组普遍存在高中压缸效率差，热耗偏高，轴汽参数超标等缺点，各项指标与机组的设计值相差较大。

针对机组的实际情况，各电厂进行了不同规模的技术改造，这些改造大大地提高机组的可靠性和经济性。

根据我公司机组运行的实际情况，厂部在2002年、2004年和2006年安排我公司技术人员对相关单位进行调研考察。

2002年对陕西渭河电厂进行调研，考察该机组改造后的运行情况。

渭河电厂共计4台300MW机组，其中＃3、＃4机组为上汽生产的四缸四排汽机组，＃5、＃6机组与我公司同类型哈尔滨汽轮机厂生产73型机组，存在与我公司类似的问题，02年该厂对＃6机组的高压缸调节级汽封和隔板汽封进行改造，机组高压缸的效率有较大的幅度提高，但机组的各段抽汽参数与设计值相差较远，没有从根本解决问题。

2004年根据西柏坡电厂改造成果的反馈，公司再次组织部分技术人员到西柏坡电厂、哈尔滨汽轮机厂、铁岭电厂进行相关调研。

西柏坡电厂＃1、＃2机组为哈尔滨汽轮机厂生产73型300MW机组第四台、第五台，92年左右投产。

机组投产后的运行情况与我公司基本一致，02年、03年分别对两台机组进行较大的通流改造，机组改造后效果较明显，如图表－6为＃1机组改造后对比情况：

表－6西柏坡电厂＃1机组改造后效果对比表

项目

单位

设计值

改造前

改造后

日期

2001．03．02

2003．12．17

负荷

MW

300

304.35

309

主汽压力

MPa

16.67

17.117

16.7

主汽温度

℃

537

537.8

537.7

调节级压力

MPa

12.11

12.258

11.73

调节级温度

℃

462

高排压力

MPa

3.66

3.996

3.7

高排温度

℃

317

342.4

330

再热汽压力

MPa

3.487

3.691

3.5

再热汽温度

℃

537

534.8

544.1

1抽压力

MPa

5.9

6.374

5.93

1抽温度

℃

383

405.7

390

2抽压力

MPa

3.62

3.996

3.62

2抽温度

℃

317

342.4

329

3抽压力

MPa

1.84

1.806

1.76

3抽温度

℃

433.6

452.3

460

高压缸效率

%

88.22

76.84

84.3

中压缸效率

%

91.64

91.03

91

从上表可以看出，设备经过改造后，机组的各项性能得到大幅度的提高，机组的各段抽汽参数能控制在安全合理的范围内，高压缸的效率虽然还没有达到设计值，按提高幅度较大。

由于＃1组改造后机组的性能得到提高，2003年12月该厂对＃2机组进行类似的改造，同样取得较好效果。

表－7为＃2机组改造后对比情况：

表－7

名称

设计值

改造前5+24.5％

改造后（五阀全开）

功率

300MW

300

300

主蒸汽压力MPA

16.7

16.85

16.6

主蒸汽温度℃

537

535.6

535

调节级压力MPA

12.11

12.94

11.97

一抽压力MPA

5.9

6.53

6.0

一抽温度℃

383

402.4

389

高排压力MPA

3.66

4.02

3.75

高排温度℃

317

339.2

328

二抽压力MPA

3.62

4.02

3.63

二抽温度℃

317

339.2

327

三抽压力MPA

1.84

1.88

1.81

三抽温度℃

433.6

449.8

454

高压缸效率%

88.22

79.42

82.2

中压缸效率%

91.64

89.28

89.9

发电煤耗g/kwh

297.5

345.6

311.4

主蒸汽流量t/h

911

1062.6

982.2

修正后汽耗kg/kwh

3.04

3.52

3.15

修正后热耗kj/kwh

7955

9225.1

8199

凝汽器压力KPA

4.9

9.87

6.24

2006年3月，厂部再次组织相关技术人员到西柏坡电厂，哈尔滨汽轮机厂落实改造情况，调研在我公司实施的可能性。

结论：

通过多次调研了解，将73型300W机组进行73B技术改造，机组的各项性能可得到大幅度的提高，能较好地提高我公司机组的安全性、经济性，能较好地缩断我公司机组与先进机组的差距，为我公司节能降耗增效提供可靠的保证。

（五）原系统或设备的基本情况:

1.拟进行改造的系统或设备的基本情况说明:

我公司＃1、＃2机均为哈尔滨汽轮机厂生产73型机组，机组的喷嘴采取子午面收缩、扭曲静叶，变截面动叶，动叶自带围带等特点，机组的进汽采取弹性密封环密封，高中压缸的动叶叶顶汽封采取平齿汽封型式。

该机组的整体设计水平较差，机组的实际运行参数与设计值相差较远。

2.系统或设备简述:

我公司＃1、＃2汽轮机组是我公司一期工程的三大主设备之一，首先将锅炉产生的高温高压蒸汽转化为动能，然后提供给发电机发电。

3.铭牌:

汽轮机：

73型汽轮机

型号：

N300－537／537－16.7

额定转速：

3000rpm

额定背压：

5.4KPa

主汽温度：

537℃

再热温度：

537℃

主汽压力：

16.7MPa

4.制造商:

哈尔滨汽轮机厂

5.投产日期:

#1机组1995年12月投产,#2机组1996年9月投产。

6.技术状况及其他有关技术参数:

汽轮机主要技术数据如下：

项目

单位

设计值

主蒸汽压力

Mpa

16.67

主蒸汽温度

℃

537

主蒸汽流量

T／H

911.0

高排汽压力

Mpa

3.662

高排汽温度

℃

316.7

再热蒸汽压力

Mpa

3.26

再热蒸汽温度

℃

537

给水流量

T／H

911.0

给水温度

℃

272.3

试验电功率

MW

300.168

试验热耗率

KJ/kw.h

7954.9

试验汽耗率

g/kw.h

3.035

修正后功率

MW

300.168

修正后热耗率

KJ/kw.h

7954.9

高压缸内效率

％

88.22

中压缸内效率

％

91.64

以上参数为机组的设计参数，由于早期机组的设计水平差，制造工艺简单，机组的实际运行效果与设计值相差较大，严重影响我公司设备的整体经济性。

7.运行简历:

我公司两台汽轮机1995年12月和1996年9月投产以来，机组将近运行10年左右，设备的各项性能逐步下滑，机组的效率越来越低，煤耗越来越高，各段的抽汽参数越来偏离机组的安全值。

两台机组于1997年1998年和2002年2003年分别进行了两次大修，对机组的局部结构进行了一些改造，取得一定的效果，但未从根本上解决问题，机组存在的缺陷越来越严重，机组的安全运行水平越来越低。

8.主要历史状况等：

机组多年运行以来，主要存在如下问题：

编号

缺陷时间

设备名称

缺陷内容

1

95.12月投产至今

＃1机

机组的各段抽汽压力和温度超标，导致回热系统工作不正常，机组的蒸汽流量偏大，高中压缸效率严重偏低，凝汽器热负荷偏高，机组的真空偏低，夏季工况时机组难带负荷。

2

96.9月投产至今

＃2机

机组的各段抽汽压力和温度超标，导致回热系统工作不正常，机组的蒸汽流量偏大，高中压缸效率严重偏低，凝结器热负荷偏高，机组的真空偏低，夏季工况时机组难带负荷。

我公司的两台机组从开始投产以来就存在以上几个问题，尤其在夏季高温负荷下，该问题表现更为突出：

机组在满负荷的情况下，抽汽参数严重偏离设备的安全设计值，影响机组的安全运行，机组的真空严重偏低，带负荷较困难。

（六）存在的主要问题:

1．缺陷情况的记录和叙述：

1.1机组的抽汽参数严重超标：

如下表为机组的在300MW运行时各段轴汽压力和温度

额定工况设计值

#1机组300MW工况

#2机组300MW工况

压力（Mpa）

温度

（℃）

压力（Mpa）

温度

（℃）

压力

（Mpa）

温度

（℃）

主蒸汽

16.6

537

16.3

536.6

16.3

534.9

一段轴汽

5.9

383

6.7

420.4

6.4

411.5

二段轴汽

3.6

316.7

4.1

360.8

3.9

345.1

再热蒸汽

3.2

537

3.7

536.7

3.6

535.8

三段轴汽

1.8

433.

1.9

455.8

1.8

456.7

四段轴汽

0.8

334.6

0.9

339.3

0.8

335.2

从上表可以看出，我公司两台机组的抽汽压力和温度与机组的设计值相比严重偏大，其中一号机组比二号机组的问题更为突出，在夏季工况运行时，一段抽汽压力和温度已偏离＃1高加的设计许可值。

1.2高中压缸内效率差,部分结构设计不合理:

下表为＃1＃2机历年来300MW工况下的效率统计，所有数据来自湖南电力试验研究院的机组热力性能试验报告。

项目

高压缸内效率

中压缸内效率

试验时间

报告编号

单位

％

％

设计值

88.22

91.64

＃1机

71.84

88.38

2005.11.11

XDS/QJ.B/116（02）-2005

＃2机

78.11

94.59

2005.11.14

XDS/QJ.B/117（02）-2005

＃1机

73.52

86.12

2004.10.8

XDS/QJ.B2/103（02）-2004

＃2机

80.06

97.50

2004.12.10

XDS/QJ.B2/134（02）-2004

＃1机

76.87

87.44

2003.3.10

XDS/QJ.B2/05（02）-2003

＃2机

85.08

89.02

2002.9.12

大修后

XDS/QJ.B2/45（02）-2002

＃2机

78.78

89.04

2002.4

大修前

＃2机

80.89

94.28

1998.10.10

大修后

从上表可以看出，我公司两台机组高压缸效率、中压缸效率与设计值相比差距较大。

＃1机组的高压缸效率为71％，严重偏离设计值，高压缸的效率也偏离设计值。

＃2机组高压缸效率与设计值相比也相差较远。

我公司两台机组采取73型技术设计，与目前73B型技术制造的相比相差较远，主要表现在如下方面：

1.2.1＃1机组的喷嘴在2004年扩大性小修时由于备品不能及时供应，采用其它厂用过的喷嘴，为6X8组，该喷嘴工作效率差，与目前73B型采用6X24组喷嘴组的性能相差较远。

1.2.2＃1、＃2机组高中压缸的动叶、隔板静叶采用两元流设计，各级的焓降低，做功不充分，与73B型的三维设计相差较大。

1.2.3高中缸的汽封设计不合理,部分间隙偏大,对机组的效率有较大的影响。

我公司两台机组的高中压缸叶顶汽封采用平齿汽封结构,容易导致级间漏汽；高压进汽平衡持环、中压进汽平衡持环、高压排汽平衡持环漏气量大，导致大量高品质的蒸汽能量未充分利用。

1.2.4高压缸进汽短管的密封结构采取但形密封环的型式容易导致漏汽，对机组的上下缸温差和机组的效率有较大的影响。

2.安全生产：

我公司两台机组存在以上的问题，尤其一段轴汽压力和温度，三段抽汽压力和温度偏离设计值较高，对机组的长期安全稳定运行构成了威胁。

虽然在2005年小修中对抽汽管道进行了更换高等级材质，但同时该参数对高加有较大的影响。

平时运行中只有通过更多的运行手段进行干预才能保证机组的运行。

由于机组的整体效率低，机组在满负荷时需要更多的蒸汽量，将进一步加剧凝结器的热负荷，机组的真空无法保证，同时较低的真空又影响机组的负荷。

蒸汽流量的增大还增加了燃煤的消耗，对炉内管道的外壁磨损也加大，增加了爆管的机率。

3.系统匹配:

无

4.环境保护:

无

5.节能降耗、提高经济性:

通过对73型机组的改造，在确保机组的安全性外，将大大地提高机组的缸效率，增强机组的出力，提高机组的真空，为我公司节能降耗，工作更上一个台阶提供可靠的保证。

6.改善劳动环境和条件等：

如果通过机组的技术改造，使各项技术参数达到机组原来的设计值，将大大地减少运行人员的干预和操作，改善运行人员的工作环境。

（七）需要通过技术改造解决哪些问题：

通过技术改造主要解决如下几个问题:

7.1解决高中压缸效率低问题,通过技术改造,使机组的效率达到或接近机组的设计值。

7.2降低机组的各段抽汽压力,达到或接近机组的设计值，提高机组安全稳定性能。

7.3解决机组高压进汽管弹性密封漏汽缺陷。

7.4降低机组高中压平衡盘之间的漏汽,减少机组的轴封漏汽，减少轴封溢流量，减轻凝汽器的热负荷。

三、方案论证

（一）改造方案描述：

针对我公司两台机组的实际运行情况、结合类是机组的改造效果和哈尔滨汽轮机厂的技术水平，拟采取以下改造方案：

1、机组高中低压汽封系统及高压进汽短管密封结构改造。

我公司机组高中低压端轴封泄漏量较大，大量的蒸汽外泄而进入轴加和凝结器，影响机组的效率，拟对轴封的板式汽封进行更换铁素体汽封和铜齿汽封，可适当调小轴封的间隙，即使机组的振动增大也不会磨损大轴，可有效地增加机组运行安全和经济性。

高压进汽短管采取活塞式弹性密封，运行中由于密封结构性较差，导致大量蒸汽直接进入缸内影响机组的缸温差合效率。

我公司＃2机组采取钟形罩密封形式，运行效果较好，