汽轮机组改造优化的研究

摘要:针对旧汽轮机在实际运行状况和设计中存在的问题,文章提出了全面的技术改造方案及汽轮机相应系统的改造方案,对改造后的汽轮机的经济性进行了分析。文章所提出的改造优化方案,对降低汽轮机组的煤耗、提高效率、提高机组运行的可靠性及延长汽轮机组寿命具有十分可观的经济效益和社会效益,对同类型的国产火电机组具有良好的技术改造参考意义。

关键词:汽轮机组;改造;优化研究

中图分类号:TK248.1文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)14-0013-02

随着国民经济的快速发展,火电厂的经济效益与社会效益具有十分重要的意义。汽轮机是一种寿命比较长的设备,使用寿命一般在40~50年。电厂现有的正在运行的老式的汽轮机组,由于设计年代早,设计和制造水平十分落后,与现在技术设计的汽轮机组相比,造成汽轮机组能源浪费重、经济性差及效率低。同时造成比较严重的环境污染。因此,如何通过技术改造,提高老汽轮机组的经济性、降低老汽轮机组的发电成本、提高老汽轮机组的可靠性成为电力行业研究的重要课题。

随着现代科学技术的飞速发展与进步,现代汽轮机组的设计方法日益增多,如三远流方法、有限元分析、可控涡等技术。这些方法能够提高汽轮机组的经济性和可靠性。因此,应用现有的新技术,采用有效的措施对汽轮机组进行改造,提高汽轮机组的经济性成为必要。

文章通过分析汽轮机组的工作原理,针对旧汽轮机组设计中存在的问题,提出了相应的技术改造优化方案,对降低汽轮机组的煤耗、提高效率、提高机组运行的可靠性及延长汽轮机组寿命具有十分可观的经济效益和社会效益。

1汽轮机组工作原理及存在问题

1.1汽轮机组的工作原理

汽轮机的通流部分主要包括:主汽门、调速汽门、导管、进气室、喷嘴和排汽管。汽轮机的级是由一列喷嘴叶栅和一列动叶栅构成。汽轮机的热功转换就是在各个级之间进行的,因此,研究汽轮机级的工作过程是了解汽轮机工作原理的基础。喷嘴叶片都安在隔板体上,动叶片则安装在叶轮的外缘,当流动的蒸汽由喷嘴出口流入动叶时,动叶获得冲击力,当汽流在动叶中不断膨胀并改变方向时,叶片得到一个反动力,冲击力与反动力的合力最终推动动叶带动着叶轮和轴的旋转,从而做出机械功。

1.2旧汽轮机组存在问题

1.2.1启动时间长、效率低

旧汽轮机组的高、中压缸的设计由于受设计技术的限制,设计不合理,造成汽加热系统比较大,需要人工控制机组的启动,造成汽轮机组的启动时间长、效率低。

1.2.2旧汽轮机组膨胀不畅通

旧汽轮机组的结构特点主要是:高中压上缸主要支撑在#1、#2轴承座上,因此,当#1、#2轴承负荷过重时,使得摩擦力大和滑动面的润滑不好,使得轴承箱的滑动不畅通,从而造成汽轮机组的热膨胀不畅。

1.2.3旧汽轮机组通流部分的设计问题

旧汽轮机组通流部分的设计常采用径向平衡法和一元流理论,这些方法都是通过笔算来实现的,不涉及计算机的技术,设计方法比较落后。因此,要想通过这些方法实现汽轮机效率的提高和损耗的降低是无法达到的。

1.2.4调峰能力差

旧汽轮机组在负荷变化快速时,气缸发生膨胀造成膨差的增大,从而使得高中压转子和静子之间的轴向间隙较小,无法适应负荷的快速变化。汽源切换常采用手动方式,直接影响汽轮机组改变负荷的速度,因此,旧汽轮机组的调峰能力差。

2提高汽轮机的经济性

2.1提高新蒸汽的参数

调高新蒸汽的压力和温度,必须满足零部件的强度要求,这样才能提高汽轮机组的工作效率。

2.2降低汽轮机的背压

通过降低汽轮机的背压,可以增大汽轮机组的焓降,减小冷源的放热,从而达到提高汽轮机经济性的目的。

2.3改进汽轮机组的热力循环

主要有以下措施:

①增加回热的级数。除氧器在低负荷时,不用采用高压抽汽仍能保证抽汽的功能;在负荷正常时,使得除氧器的运行方式改为滑压运行;在高负荷时,能够减小节流损耗。对表面式的回热加热器进行改造,从而减少传热的端差。

②供热式代替凝汽式。汽轮机组改用供热式,不但可以实现向外供热,而且可以减少冷源损耗,从而提高汽轮机组的热经济性。

③利用废热加热凝结水。采用废热加热凝结水,既可以保证汽轮机组发电机的油温不会过高,又可以保证汽轮机组的可靠运行。

④使用低压省煤器。当排压的温度过高时,采用低压省煤器可以使得低温的凝结水吸取排烟中的热量,从而降低排烟的温度,使得电厂的效率提高。

⑤采用低压器汽源。对射汽抽气器采用低压器汽源,可以使得除氧器的蒸汽母管中的蒸汽称为抽气器的工作用蒸汽,从而提高经济效益。

2.4汽轮机组构造的改进

汽轮机组构造的改进是提高汽轮机组经济性和效率的重要措施。在下一小节中,就会对汽轮机组构造的改造方案进行讨论。

3汽轮机组构造的改造方案

3.1汽轮机高、中、低压缸通流部分的改造

改造后汽轮机组的各气缸级数与未改造前保持相同,通流部分做如下改造:将调节级喷嘴、高、中、低压的隔板、动叶、转子和各种汽封全部更换掉,应用高效率的斜置叶片、自备围带的动叶、埋入式铆钉结构的叶顶、安装多齿的汽封。通过这些先进的制造技术,提高汽轮机组的热经济性、降低热损耗。

3.2转子的改造

高、中压的转子可选择无中心孔的整锻的转子,低压的转子可采用较为国外进口的整锻转子,这样可以降低低压转子的临界转速。

3.3气缸的改造

采用高狭法兰的结构,使得气缸近似于圆筒形。并将紧固螺栓的中心线靠近气缸筒体中心的切线部位,因而使得螺栓的直径减小。该设计思想可以既取消了原有气缸夹层加热系统的缺陷,又降低了汽轮机组的热应力。

3.4汽封的改造

将通流部分的轴向汽封替换成径向汽封,同时适当的放大高、中压转子与静子之间的装配间隙,使得汽轮机组能适应负荷的快速变化。

将传统的汽封系统替换成新型的多齿汽封自密封系统,设置能够自动调节低压轴封供汽温度的温度控制站,保证温度的稳定。选择合适的汽封材料,减小变形和膨胀,同时减小对转子造成危害。

3.5抽汽系统的改造

在抽汽管道的合适位置加设波纹管,可以减小抽汽管道对汽轮机组的热膨胀产生的阻力。改造汽轮机组的抽汽逆止阀,能适应负荷的快速变化要求,同时可以作为甩负荷以后的快速保护。

3.6调节系统的改造

对旧汽轮机组进行调节系统的改进,应该从经济性的角度对其进行改进,从而提高系统的热效率[9-11]。具体方法如下:①汽轮机组的调节阀应该全开,半开状态的调节阀可以造成较大的节流损失。同时采用数字电液的调节系统,这样可以提高汽轮机组的控制精确度,保证汽轮机组的可靠运行。②可以采用喷嘴调节的进汽方式,这样可以减少旁通阀进汽时产生的节流损失,从而使得机组效率提高。③可以采用滑压运行的节流调节方式,减小损失。

4结语

随着科学技术的快速发展,利用现代先进的科学技术对旧汽轮机组进行改造和优化已经成为必然的趋势。对汽轮机组进行改造和优化,不仅可以提高汽轮机组的经济性和可靠性,并且减少了对一次性能源的消耗。在能源日益紧张的今天,汽轮机组的改造和优化对促进电力行业的发展具有十分可观的综合效益。

参考文献:

[1] 刘士恒.国产300 MW汽轮机通流部分改造[J].江苏电机工 程,2003,(3).

[2] 毛志伟,孙永平,王敏.汽轮机通流部分故障的特殊计算及 仿真计算[J].浙江电力,2000,(5).

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