(广州环投福山环保能源有限公司，广州 511363)

0 引 言

某电站供热主力汽轮机组，型号为B12-8.83/4.02，高压、单轴、背压式汽轮机组，是国内某知名汽轮机制造公司出产的产品。经过二十多年的运行，主设备老化，机组通流部份效率下降，而且由于设计年代较早，限于当时的设计水平和制造条件，机组的技术性能较差，落后于现在的先进技术水平。通过调研，决定开展该机组节能改造工作。该改造主要采用当代汽轮机的先进技术，秉承增容与节能相结合的原则，对该机组进行了通流提效改造，在较少投入的前提下，大幅度地增容降耗，扩大运行范围，延长机组寿命，提高机组运行可靠性。充分发挥老机组的潜力，让电厂增容增效。

1 改造情况

项目设计主要根据汽轮机厂家提供的汽轮机的结构尺寸和热力参数建立理论模型，针对机组通流部分，采用当代先进的多级汽轮机一维/准三维/全三维气动热力设计体系进行设计计算，并提出确定以更换原机组汽轮机通流部分动叶片、隔板等部分的改造方案。根据确定的改造方案，参考各种机型改造的经验,应用近年来经过运行考验的先进、成熟的结构对老机组通流部分进行全面优化改进。

根据机组热力特性计算，以及项目目标、设计思路与所积累的成功设计经验，综合考虑各方面的因素，在确保机组改造后安全运行的前提下，以锅炉、发电机、汽轮机本体汽缸及基础等部件不改动为前提，通过核算，对机组部分级次和部件进行重新设计并更换。

隔板和动叶片是完成蒸汽热能向动能转换的重要部套。机组在改造设计时充分考虑了这些部件的结构强度、温度效应及工作条件，具有良好的经济性和安全可靠性。

1.1 隔板和导叶改造

机组有3个隔板组件，即第2级隔板组件、第3级隔板组件和第4级隔板组件。表1为各级隔板和导叶用材质。第2级、第3级、第4级隔板均为焊接隔板。改造后，各级静叶片均采用高效后部加载层流叶片设计，并采用分流围带式叶栅，这种叶栅由主流片和分流片构成，图1为原加强筋叶栅和新应用的分流叶栅对比图。各级导叶为薄出汽边，可减少尾迹损失和尾迹激振力幅值。采用这些先进技术后，不但能满足隔板的刚度、强度要求，且能获得较高的气动性能以提高经济性，还可以降低动叶片的应力，增加其可靠性。

表1 各级隔板和导叶用材质

尾迹损失是由于叶栅出口边厚度的存在，沿着叶型腹面和背面流来的两部分汽流在离开叶片出口时不能汇合而产生脱离，从而使叶片出口边后的压力下降所造成的压力损失。出口边汽流脱离形成的涡流区域称为尾迹。尾迹中汽体有旋转运行消耗一部分汽体动能，另外，它与主汽流的相互作用亦消耗一部分汽体动能。尾迹损失主要与叶片出口边厚度有关，叶片出口边的厚度越大，尾迹损失越大。从图1可看出，改造后的分流叶栅，导叶出汽侧的厚度，也就是导叶出口边厚度改为薄出汽边，在实际运行中，叶型腹面和背面流来的汽流在叶片出口边较改造前能较好的汇合，从而减少了汽流压力损失，使尾迹损失得以下降。

1.2 动叶片改造

动叶片设计中采用了一系列新技术和新的设计思想，使气动、振动和强度方面的水平都有较大的提高。

调节级动叶片采用高效平衡动叶，第2级、第3级、第4级动叶片均采用等截面直叶片，各级动叶片均为自带冠、叶顶多齿汽封型式，不仅减小了漏汽量，且构成高效光滑子午面流道。为了改善经济性和变工况性能，在参数高、焓降大、工况恶劣的调节级上，将2只动叶组焊成一体，提高了可靠性。

为了满足转子和静子相对膨胀和动叶热胀的要求，动叶顶部与静子之间存在轴向间隙和径向间隙，级间的蒸汽有部分经过动叶轴向间隙和径向间隙漏到级后，这部分没有作功的蒸汽，称为叶顶漏汽损失。改造后，动叶片采用自带冠、叶顶多齿汽封型式，可减少动叶顶部与静子间隙的漏汽量，提高蒸汽利用率。各级动叶片的使用材料均为1Cr11MoV。图2、图3分别为动叶片改造前和动叶片、围带改造后现场图。

图2 动叶片改造前

图3 动叶片、围带改造后

1.3 汽封圈改造

各级隔板均设有隔板汽封，为高低直梳齿汽封，使用材料为15CrMoA。前汽封、后汽封同样采用高低直梳齿汽封，使用材料均为15CrMoA。图4为现场待装高低直梳齿汽封。

图4 现场待装高低直梳齿汽封

2 改造后要求达到的汽轮机本体主要技术参数

通过该改造实施,达到汽轮机技术参数要求，详见表2。

表2 改造后汽轮机技术参数要求

3 改造后汽轮机本体及设备性能要求

(1)汽轮机改造部分连续运行时间不少于5年,设计寿命>20年。

(2)轴系临界转速值与工作转速避开±15%以上,轴系临界转速的分布保证有安全的暖机转速和进行超速试验。

(3)汽轮机正常运行时,高中、低压转子的各轴承轴瓦振动双振幅值不大于0.03 mm，同时轴振<76 μm。通过临界转速时瓦振不大于0.1 mm。

(4)汽轮发电机组轴系失稳转速大于3 900 r/min。

(5)机组能在周波48.5～50.5 Hz的范围内持续稳定运行。

(6)各级隔板、导叶、动叶材质符合国家标准，改造后通流部分各部件满足长期运行强度要求。

(7)转子出厂前做高速动平衡试验，精度为<1.2 mm/s，按挠性转子平衡标准评定。

4 改造实施情况简述

该改造项目的整体实施，主要利用该背压机组大修机会，进行了同步实施通流提效通流部件改造工作。

从背压机组停运1周后进行大修施工，历经15天的机组揭缸、转子及配件拆出外送，外送改造到返厂周期3个月，以及15天的整机复装周期。改造贯穿该机组大修周期，总历时近4个月。

5 通流提效改造技术应用情况分析

通流提效改造技术的应用效果主要是在改造后确保机组振动合格的情况，针对机组效率、发电汽耗情况进行分析对比。

(1)机组改造后振动情况

汽轮机轴瓦振动值，是衡量机组安全运行的一个重要指标。从减少漏汽、提高作功效率的角度看，轴向间隙越小越好，但是机组在启停和变工况时动、静部分有热膨胀差，若轴向间隙无法保证动、静部分的自由膨胀而发生碰磨，将损坏机组，故汽轮机进行通流部分改造后，调试投运过程中重点必须确保汽轮机轴瓦振动在允许范围内。调试过程中，监测轴瓦振动可间接判断机组动静部分是否存在碰磨。

在机组完成改造复装及一系列静态调试工作后。开展机组热态调试，过程中，主要监测机组轴瓦振动情况。

在做排汽联箱安全阀热调前，机组振动良好，只是在过临界时，#2瓦Y向会报警，报警值不高，最高只有135 μm。

安全阀热调后，在电气做试验过程中，出现#1瓦、#2瓦Y向振动交替升降报警且在交点处共同报警，最高值达168 μm，如图5所示。

图5 改造后开机#1#2轴承Y向振动曲线

后期观察振动：并网带负荷运行后一周内，两次发生#2瓦西侧振动超标情况，最高152 μm，后下降至108 μm运行。之后连续运行观察，振动情况良好，未有超报警值。

(2)机组效率、汽耗情况对比

根据机组效率情况，详见表3。剔除改造后3月份、6月份低负荷运行效率较低外，其它月份较改造前同期数据均有明显提升，机组漏汽量下降，作功能力得到明显提升，从而提高了机组效率。

表3 改造前后同期该机组效率数据对比 单位：%

根据机组改造前后同期汽耗对比，详见表4。剔除改造后3月份、6月份因运行方式调整，机组负荷低于200 t/h，运行工况大幅度偏离额定工况，造成汽耗过大的数据。将改造前后同期最好数据相对比，发电汽耗均有较大幅度的下降。

表4 改造前后同期该机组发电汽耗数据对比(单位：kg/kW·h)

6 节能效果分析

(1)理论计算年效益：

大修改造后，从机组汽耗看，改造后5月机组发电汽耗为23.85 kg/kW·h，改造前同期5月份为25.98 kg/kW·h。

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通过换算可得知，改造后1t蒸汽发电量为42 kW·h，改造前1 t蒸汽发电量为38.5 kW·h，即是改造后1 t蒸汽较改造前多发42-38.5=3.5 kW·h。

根据5月份数据进行理论计算，按照机组每年8 000 h运行时间计算，机组按额定负荷254.8 t/h运行，在相同的中压蒸汽供量的情况，每台机组每年可多发3.5*254.8*8 000=7 134 400 kW·h, 按照发电成本每kWh为0.503元计算，一年则可创造效益358.86万元。

(2)实际计算改造后上半年效益：

不剔除低负荷工况情况按照实际发生数据计算，将改造后上半年数据与改造同期数据相对比，计算出平均汽耗，改造后汽耗平均数为25.55 kg/kW·h，改造前汽耗平均数为27.31 kg/kW·h。

通过换算可得知，改造后1t蒸汽发电量为39.14 kW·h，改造前1t蒸汽发电量为36.62 kW·h，即是改造后1t蒸汽较改造前多发41-38.5=2.52 kW·h。

根据机组改造后上半年3 905 h运行时间计算，机组按额定负荷254.8 t/h运行，在相同的中压蒸汽供量的情况，每台机组上半年多发2.52*254.8*3 905=2 507 384.88 kW·h。

按实际发电成本每kWh为0.503元计算，多创造效益126.12万元，相当于节约用电支出130.13万元。

7 结束语

综上所述，根据汽轮机的结构尺寸和热力参数建立理论模型，然后针对机组通流部分，采用当代先进的多级汽轮机一维/准三维/全三维气动热力设计体系进行设计计算，以更换原机组汽轮机通流部分动叶片、隔板等部件开展提效改造工作。通过机组通流部分的全面优化改进，使汽轮机通流部分漏汽损失下降，提高蒸汽作功效率，使汽耗得以下降，发电效率得到显著的提高。通流提效改造技术应用于旧式热电站背压机改造中，提高了背压机组效率，降低机组汽耗，在供热型电厂、自备热电厂的同类型机组上能较好的应用。

关于此类节能项目，必须通过长期的运行实践、摸索，方能进行真实而全面的分析，从而得出更为科学、准确的结论。关于“节能降耗”的课题，只有通过长期的实践验证、提高，我们在“节能降耗”的课题上才能取得长足的进步。