陈刚
华电国际电力股份有限公司技术服务分公司 山东 济南250014
摘要：本文通过对邹县公司8号1000MW汽轮机成功实施的通流改造项目技术方案和施工过程中的技术难点进行研究，并对通流改造实施后机组的热力性能进行试验分析。作为国内首批1000MW机组通流改造相关技术研究，为国内1000MW机组节能改造提供借鉴。
关键词：1000MW机组;汽轮机;通流部分改造;技术研究
1设备现状和研究背景
近年来，国家对于燃煤火电机组的高效清洁发展越来越重视，一方面对燃煤机组节能减排各项指标不断细化，并将节能减排指标完成情况纳入当地经济、社会发展综合评价体系；另一方面强化电力生产许可监管、电力市场政策向节能环保型企业倾斜，建立电力市场准入、竞争的双淘汰机制，加快淘汰落后产能，引导和规范发电企业向高效、清洁方向持续发展。
邹县公司8号机组是国内最早一批投产的1000MW机组，汽轮机为东汽-日立N1000-25/600/600型超超临界1000MW级，一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机，从机头到机尾依次串联，一个单流高压缸、一个双流中压缸及两个双流低压缸。高压缸呈反向布置，由一个双流调节级与8个单流压力级组成，中压缸共有2×6个压力级，两个低压缸压力级总数为2×2×6级。目前已服役13年，随着机组运行时间的增加，存在能效水平下降、设备老化、运行安全可靠性下降等问题。为落实国家节能减排相关政策，提升煤电高效清洁发展水平，对邹县公司8号1000MW机组实施节能改造，使各项参数达到国内同类型机组先进水平。
2 项目研究的主要创新点
邹县公司8号1000MW汽轮机组通流改造项目围绕汽轮机通流部分提升开展研究，采用DAPL高效冲动式型线和DAPH高效反动式型线，设计了多个方案的多级冲动式透平级和多级反动式透平级，采用小焓降、多级次的设计理念，实现整缸焓降的优化分配，叶片采用混合加载流型、可控涡设计的优化技术，最大限度降低二次流损失，实现动静的最优匹配，使通流级的综合效率达到最优。主要创新点为：
2.1 在保持机组土建基础不变的前提下，研究论证1000MW等级超超临界汽轮机进行整机通流改造的可行性，通过应用先进通流技术最大限度地提高机组运行安全性、经济性和灵活性，各项经济指标达到国内目前同等容量机组的领先水平。
2.2 首次在1000MW等级超超临界机组上采用反动式混合加载复合流型叶型技术，并进行最佳流动系数-载荷系数匹配设计，使得通流级性能得到显著提高，并通过最佳的通流方案获得更高的效率。
2.3 首次在1000MW等级超超临界机组高压缸上采用全新设计渐变稳压复合进汽腔室，调整进汽室流道在轴向、周向、径向尺寸的复合分布；改善进汽室流道内的压力平衡程度；降低进汽室流道内的压损；提高进汽室出口流场均匀性，降低其对通流级流场的影响。
2.4 首次使用非切向进汽+径向直立静叶技术。在改造机组空间有限，进汽方式不变的前提下，为了有效的利用改造机组的空间，低压首次采用非切向进汽+径向直立静叶技术，减小了进汽室和第一级静叶占用的轴向长度，有效利用改造机组空间。
2.5 研究1000MW等级超超临界四角进汽机组上应用补汽阀技术，降低机组节流损失，满足电网调频要求，提高机组经济性和灵活性。
2.6 在保持电厂原土建基础和现有管道不变的前提下，研究1000MW等级超超临界汽轮机组的安装、定位和调整工艺流程和质量标准。
3.主要的改造方案
3.1高压模块
汽轮机通流改造将高压阀门布置在机头侧（增设补汽阀），现有高压阀门布置方式基本不变，需增设补汽阀。
汽轮机高压模块通流改造内容如下：
（1）取消调节级，采用全周进汽（上下4进汽，进汽位置不变）；
（2）降低叶根处直径，提高相对叶高，增加通流级数至16级；
（3）采用全新高效反动式叶型；
（4）采用高效弯扭可控流型，最佳反动度和最佳级速比匹配；
（5）采用自带冠结构动叶，高低城墙齿密封，减小漏汽损失；
（6）优化高压进汽腔室型线，降低进汽室压损；
（7）新设计整体高压内缸，减少高压缸内漏；
（8）补汽布置在高压第5级后，高压进汽、1抽、高排位置不变；
（9）优化高压排汽导流环型线，降低高排压损；
（10）采用高效汽封和防旋汽封，减小漏汽损失，防止汽流激振。
（11）根据实际供热需求，汽轮机通流改造预留供热管道接口。
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3.2 中压模块
原汽轮机中压模块进汽参数为4.25MPa/600℃，通流级数为2×6级。共2段抽汽分别位于中压3级后和中排处，对称布置。通流改造方案内容如下。
（1）中压通流由冲动式改为反动式，通流级数由2×6级增加到2×11级；
（2）采用全新高效反动式叶型；
（3）采用高效弯扭可控流型，最佳反动度和最佳级速比匹配；
（4）优化中压进汽腔室型线，降低进汽室压损；
（5）保留中压外缸，新设中压内缸，减少中压缸内漏；
（6）中压排汽导流环使用优化后的型线，降低中排压损；
（7）取消中压转子冷却，提高机组经济性。
改造后的中压通流图2所示。
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3. 3 低压模块
原汽轮机低压模块通流级数2×2×6级，采用1092mm末级叶片。低压为三层缸结构，带独立进汽室。改造后采用高效汽轮机低压模块设计技术，在仅更改低压内缸及通流部分的前提下，确定低压模块改造方案：
（1）优化进汽参数；
（2）取消独立进汽室，低压内缸新设计，改为斜支撑结构，减少低压缸内漏，缓解低压抽口温度偏高问题；
（3）采用1200mm末级叶片，降低排汽损失；
（4）自带冠动叶，城墙齿及台阶齿密封，减小漏汽损失；
（5）缩短通流长度，优化进排汽结构，降低低压进排汽部分压损；
（6）优化低压缸排汽导流环，提高排汽缸静压恢复系数高，降低排汽缸损失。
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3. 4 汽轮机末级叶片选型分析
汽轮机末级叶片的选择原则，主要是按照汽轮机功率、参数、功能等要求的不同，根据排汽容积流量选定合适的低压模块，以使机组在主要工况运行时排汽环形速度在合理范围内，以减小排汽损失，提高机组运行经济性。在1000MW典型湿冷机组的方案在末叶选取方面的应用规范：
当背压在2.5kPa-3.9kPa之间时，选用6F-1200mm低压模块；
当背压在3.3kPa-4.4kPa之间时，选用4F-1450mm低压模块；
当背压在4.3kPa-7.0kPa之间时，选用4F-1200mm低压模块；
当背压在5.4kPa-8.0kPa之间时，选用4F-1092mm低压模块；
1000MW湿冷机组低压模块选型示意图4下：
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本项目额定背压为5.1kPa，根据上述末级叶片选型原则及电厂低压模块外缸几何尺寸限制，推荐采用4F1200mm低压模块。
3. 5 汽轮机转子材质
邹县公司8号机组参数为25MPa/600℃/600℃，汽轮机转子材质为Cr-Mo-V、12Cr、改良12Cr材料，为进一步提高机组运行安全性，通流改造中高压、中压转子拟采用13Cr9Mo1Co1NiVNbNB （FB2）材料，该材料等级更高，适用于620℃工作环境中，该型材料拥有大量的安全应用业绩，完全满足本项目600℃的使用温度要求。
4 通流改造安装工艺流程标准
邹县公司8号1000MW汽轮机组通流改造是首台将高压内缸改造成筒形缸结构的机组，且改造内容多，范围广，改造、协调工作量空前大。本次改造在保持电厂原土建基础和现有管道不变的前提下，探索和研究1000MW等级超超临界汽轮机组的安装、定位和调整工艺流程和质量标准。
4.1 汽轮机管道在拆除过程中的定位和标记措施的编制和过程控制。在施工前编制了汽缸连接管道的固定技术措施并进行现场监督实施，确保管道定位准确。
4.2 汽轮机通流部分改造的安装流程和工艺控制，探索汽缸的安装和管道焊接的工艺流程，以取得最优的安装效果。
4.3高压筒形内缸模块安装时与原轴系轴承的定位调整，实现高压筒形缸改造在安装现场的准确定位。
4.4高压主汽阀组的安装工艺控制，以及1000MW机组吹管的专用工具安装和调试。
5 改造后的效益分析
邹县公司8号汽轮机通流改造后,由西安热工研究院有限公司进行汽轮机性能考核试验，试验结果为机组热耗由7836kJ/(kWh)降至7347.5kJ/(kWh) ，热耗降幅为488.5kJ/(kWh)，折合供电煤耗下降24.01g/（kWh）。年节煤量达129314.74吨，年节煤收入达10494.17万元，改造后机组能够长周期安全运行，取得了较好的经济效益。项目实施前，国内尚无1000MW等级超超临界汽轮机组进行整体通流改造。作为重大技术改造项目，邹县公司8号机组通流改造的成功实施，具有很强的示范作用和推广价值，为国内同类机组节能改造指明了方向、树立了标杆。
参考文献
[1] 翦天聪.《汽轮机原理》.中国电力出版社.1992
[2] 中国电机工程学会.《火力发电厂技术改造指南》. 中国电力出版社.2010
[3] 周怀春.《汽轮机设备及系统节能》.中国电力出版社出版.2008