大唐七台河发电有限责任公司 七台河 154600
摘要：大唐七台河发电有限责任公司（以下简称七台河电厂）二期工程4号机组为国产的600MW燃煤发电机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、冷凝汽式汽轮机，型号为N600-16.7/537/537型。
机组自投产后热耗率一直偏高，七台河公司专业人员广泛调研，深入探索，最终决定进行汽轮机组综合升级改造。通过对汽轮机高中低压内缸、隔板、转子、汽封及热力系统的改造，实现改造后100%THA工况下热耗率7777.56千焦/千瓦时，达到了改造的预定目标。
关键词：汽轮机组；600MW；综合升级改造
前言
2014年9月，国家发展改革委、环境保护部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，旨在打造高效清洁可持续发展的煤电产业“升级版”。其中要求，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，其中现役60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。七台河二期600MW机组距300克大关还有很大差距，经过近半年的时间调研、论证，对汽轮机进行通流改造可大幅提高机组经济性，降低煤耗。
1 七台河4号汽轮机组技术参数
七台河电厂4号机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N600-16.7/537/537亚临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、凝汽式型汽轮机。总级数44级。高压缸：I调节级＋9压力级；中压缸：6压力级；低压缸：2×2×7压力级。
2 机组存在的问题
2.1汽缸部套间漏气严重，中低压分缸压力高。
哈汽600MW机组气缸内部隔板采用焊接形式，在焊接过程中隔板产生不同程度的变形导致漏汽。中低压分缸压力偏高，增加低压部分级间漏汽损失。高中压缸蒸汽级数过少，使热力参数匹配不合理，影响高中压缸效率。
2.2低压5、6段抽气温度偏高严重影响机组安全性、经济性。
由于结构设计、安装、汽缸水平中分面变形等因素，导致各抽汽口温度偏离设计值较高，近而影响机组的经济性和安全运行。
2.3叶型设计落后，制造精度较低，机组热耗偏离设计
受当时设计、制造工艺水平的限制，通流部分叶型采用准三维设计理念，叶片型线设计落后，加之制造精度所限，使得通流部分效率偏低。
2.4连通管格栅直角弯头节流损失大
原连通管弯头属于带格栅直角弯头，节流损失大，并且格栅容易发生断裂，造成冲击低压转子叶片事故。
2.5汽封间隙过大，影响效率
原汽封间隙质量控制不佳，导致汽封与转子的径向间隙过大，汽封间漏汽损失偏大。
3 综合升级改造方案
3.1高中压部分改造：
3.1.1高中压采用新型反动式叶片优化气动性能，将高压部分的通流级数增加3级，中压部分增加3级；合理分配各级焓降提高缸效，同时进一步降低低压缸的进汽参数，为低压缸增效奠定基础；
3.1.2高中压隔板由原来的焊接隔板改为装配式隔板，以消除焊接过程中的变形，减少漏汽损失；
3.1.3采用整体铸造式高中压内缸结构，代替原机组中的高压内缸、高压隔板套、高压进汽侧平衡环、中压隔热罩、中压1号隔板套等结构，减少漏汽损失；
3.1.4优化高中压进排汽结构，降低进排汽部分的损失；
3.1.5小间隙汽封技术应用，由原0.75mm汽封间隙下限降为0.30mm，采取摩擦启动方案，大幅度降低级间漏汽量。
3.2低压部分改造：
3.2.1低压缸由原来的三层缸改为两层缸结构，即原低压1、2号内缸合为1个低压内缸，下缸抽汽口与抽汽管道间采取焊接方式；
3.2.2改善汽缸螺栓尺寸和布局，提高内缸螺栓材质增大螺栓紧力，减少结合面变形和漏汽；
3.2.3重新设计低压电、调端隔板套，将隔板套外缘往外扩300mm左右，减少汽缸支撑，改善隔板套螺栓尺寸和布局；
3.2.4隔板套中分面加密封键，减少中分面的漏汽量；
3.2.5隔板套轴向定位面处增加环形挡汽片，减少漏入5、6段抽腔室的汽量；
3.2.6低压部分采用新型反动式叶片，优化机组低压气动性能，配合进汽参数下降将低压部分的通流级数由7级降为6级。
3.3连通管改造：
原连通管弯头属于带格栅直角弯头，节流损失大，而且，格栅容易发生断裂，造成冲击低压转子叶片事故。改造后采用最新的热压弯头技术取消格栅板，既减少了节能损失又增加了机组安全性，一举两得，节能降耗意义重大。
3.4汽封改造：
采用小间隙摩擦启动汽封形式。“小间隙启动方式”允许进一步减小汽封的径向间隙（最小可达0.30mm左右），但汽封径向间隙太小，在启动时容易导致汽封片同转子发生摩擦，引起机组振动，甚至损坏转子或动叶片。经研究这类新型专利汽封可以避免此类问题发生，此种汽封可以在汽轮机启动过程中允许同转子摩擦，而不至于引起汽轮机过大的振动，同时不会磨损转子表面，最终达到降低蒸汽损失的目的。
3.5热力系统改造
热力系统改造是为配合汽轮机本体部分通流改造，实现汽轮机本体改造节能减排目标。热力系统设计的主要依据为汽轮机厂提供的改造前后热平衡图。汽轮机由原来8级抽汽回热系统改为10级抽汽回热系统。在原有回热系统的基础上增加0号高压加热器和4.5号低压加热器。
增加3号高加蒸汽冷却器，由于中压缸中间抽汽级的抽汽温度较高，其过热度较大，直接加热给水会降低机组循环效率，采用外置蒸汽冷却器先加热高温给水可提高给水温度4-5℃，提高汽轮机内效率0.2%左右。增加外置蒸冷器后，既降低机组热耗，同时改善三号高加运行工况环境。
4 主要技术创新点
4.1新一代后加载叶型
采用了新叶型，静、动叶均采用新一代后加载扭叶片。叶片的成型采用了CATIA软件对叶片进行三阶样条的平面光滑及三维造型。使用软件CFX-TASCflow对通流的全三元流流场进行详细的有粘分析。并进行多级连算，考虑级间的匹配和级与级之间的影响，使设计能够接近真实的流场情况。各级动、静叶片的几何进气角能够满足气动设计的要求，动、静叶片沿径向攻角很小，端壁处二次流损失降低。其突出特点是：
（1）叶片表面最大气动负荷在叶栅流道的后部，减少端部二次流损失；
（2）吸力面、压力面均由高阶连续光滑样条曲线构成，减少叶型损失；
（3）叶片前缘小圆半径较小且具有更好的流线形状，在来流方向（攻角）大范围变化时，仍保持叶栅低损失特性；
4.2高中压内缸
为了更好减少配合面的漏汽损失，降低高中压部分的漏汽损失，将取消原机组中的高压内缸、高压喷嘴室、中压1号隔板套、中压隔热罩等结构，采用铸造式高中压新型内缸结构代之，从根本上消除高压内缸与喷嘴室、中压隔热罩，高中压外缸与中压 1 号隔板套接配面内漏现象，提高通流运行效率。
4.3低压内缸
低压内缸采用先进的三维结构设计及分析技术，整体设计低压 360°蜗壳式内缸，减少内漏，降低进汽压损，提高通流运行效率；同时采用自密封型缸体构造技术，保证低压内缸良好的刚性和密封性；另外，由于中压通流优化使得低压缸的进汽参数降低，低压内外缸运行环境优化，能够有效保证低压内缸的刚性和密封性，从而保证机组实际运行经济性等于甚至优于设计保证值；同时，增加中压缸做功能力，使更多焓降在效率更高的中压缸完成能量转换，这样能够进一步提高整机效率。
5 结论及建议
大唐七台河4号机组额定功率初步测算的热耗值为7777.56千焦/千瓦时，远优于机组改造前8187千焦/千瓦时的运行热耗。改造完成后，机组热耗降幅达409.44千焦/千瓦时，折合供电煤耗率下降约13.99克/千瓦时，约每年将为电厂增加1804万元的经济效益。
作为亚临界60万千瓦的七台河4号机组，改造后综合性能指标处于国内同类型、同容量机组的最高水平，是目前国内所有同类型机组中改造效果最明显的机组，对国家电力装备的发展起到了积极的示范及引领作用。据统计，一吨煤燃烧所产生的污染物约为41.37千克，改造后的七台河4#机组每年将减少近2900吨污染物的排放。有统计数据显示，一亩树林每年可吸收1.5吨的污染物，据此推算，七台河4号机组每年减少的污染物排放量相当于每年植树1933亩，为国家节能环保作出了突出贡献。
参考文献：
[1]陈建华.国产引进型300MW汽轮机通流改造的分析研究[硕士学位论文].广州：华南理工大学，2012
[2]林万超. 火电厂热系统节能理论. 西安：西安交通大学出版社，1994：4~10
[3]哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，大唐七台河发电有限责任公司改造方案，2012.7
作者简介：
王飞博（1987-），男，大唐七台河发电有限责任公司检修部副主任，工程师，主要从事汽轮机设备管理工作。