亚临界600MW机组低负荷运行适应性优化改造浅谈

亚临界600MW机组低负荷运行适应性优化改造浅谈

涂永禄

（贵州黔东电力有限公司贵州省镇远县青溪镇557702）

摘要：文章通过对国内发电形势的分析，发现亚临界600MW机组低负荷运行的时间日益增多，为了提高低负荷运行时的运行效率，降低能耗，对其汽轮机通流方面进行了调节级改造、末级叶片改造和压力级改造，改造后通过实际应用取得了较好的使用效果。

关键词：亚临界；600MW机组；低负荷；适应性优化

1.引言

随着新能源发电站和核电站的建设与投产，以及电力消耗的下降，致使电力能源出现了产能过剩的现象，这就导致越来越多的大功率火电机组的发电能力得不到展现，同时长时间大范围偏离额定设计工况运行，并依次来调节不断增大的电网峰谷差，因此导致机组运行效率严重降低。所以，大功率调峰机组面临的低负荷安全高效运行问题更加严峻，同时随着电网中参与调峰的亚临界600MW级别机组的逐渐增多，进行机组低负荷运行适应性优化改造就显得非常必要。

2.发电形势与改造目标分析

2.1国内当前发电形势

1、新能源装机功率大幅增加,电力消费增速明显回落、用电结构明显改善的主要原因是经济增长方式的改变，并显现出了用电需求偏弱、用电结构向好、节能提效电耗走低等特点。这种变化不是短期突发，而是经济新常态的基本特征，即经济发展对电力需求的影响为需求偏弱、结构向好、电耗走低。

2、电力供应能力充足并相对过剩。2015年全年新增发电装机超过1亿千瓦，同比增长超过7.5%。2015年前三季度全国规模以上电厂发电量同比增长0.1%，全国发电设备利用小时2972小时，同比降低232小时。全国电力供需较2014年更为宽松，2015年全年发电设备利用小时4000小时左右，其中火电设备利用小时低于4400小时，降幅较大，因此火力发电亚临界600MW机组低负荷运行适应性优化改造就显得非常必要。

2.2改造目标分析

为了挖掘机组节能潜力、降低发电煤耗、节约发电成本、提高上网竞争优势，对亚临界600MW火力发电机组低负荷运行进行适应性优化改造具有十分重要的现实意义。针对亚临界600MW火力发电机组的特点，计划对汽轮机通流改造，调节级的级效率可提高约3%以上，低压通流效率提高3%以上。

3.汽轮机通流改造策略

3.1调节级改造

该汽轮机在100%负荷工况时调节级原设计级后压力为11.75MPa，相应的等熵焓降约达100kJ/kg，调节级占整个高压缸等熵焓降的比例达到23%以上。显然，调节级的做功比例较高。为了提高机组的运行经济性，改造后热力设计将汽轮机100%负荷时的调节级后压力大幅提高到12.73MPa，提高8%以上；同时，优化了调节级的速比、反动度等气动参数;改进了调节级汽封的结构，增加了汽封齿数。经过这些改进设计，调节级的级效率可提高约5%。

与原设计相比，改造后调节级等熵焓降大幅减少到约75kJ/kg，减少了25kJ/kg，做功占比降低到18%以下，减少5.8%。通过这一调整，在不考虑调节级效率及压力级效率提升的情况下，即可使高压缸效率增加约1%。如果考虑改造后调节级效率以及压力级效率的提高，则高压缸效率可增加约3%。可见，采用这一设计理念，对于提高机组的经济性水平是有一定效果的。

3.2末级叶片改造

随着汽轮机末级长叶片设计制造技术的发展进步，1000mm末叶已经逐步淘汰，现在这一长度等级的主力末叶为1040mm以及900mm，其中，1040mm末叶的排汽面积达到9.04m2，比原设计大约9%，900mm末叶的排汽面积为7.43m2。

该汽轮机改造后100%负荷工况的排汽量为1064.36t/h，排汽比体积为26.8m3/kg，排汽容积流量为7924m3/s，单口排汽容积流量达到1981m3/s。在100%负荷工况下，1040mm末叶的余速损失为24kJ/kg，900mm末叶达到34kJ/kg，高出约10kJ/kg。在75%负荷，900mm末叶和1040mm末叶的余速损失基本持平，均约为18kJ/kg。在50%负荷，900mm末叶余速损失低约12kJ/kg。

由于现在国内燃煤发电机组的负荷率不高已经成为常态，有意见认为应该将汽轮机的设计经济工况下移，即选用长度相对较短一些的末叶，以改善汽轮机在低负荷运行时的性能，但是考虑到该汽轮机近几年运行的平均负荷率高于70%的实际情况，该汽轮机最终选择1040mm末叶。

3.3压力级改造

该汽轮机高、中压缸原设计虽然为反动式通流，但是在引进技术的基础上，采用大焓降叶片的设计理念，各缸通流级数少，实际运行的效率不佳。性能试验实测高压缸效率约为84.2%，中压缸效率约为90%，这严重制约着机组的运行经济性。此次改造通流设计采用小焓降、多级数的反动式通流设计思想，应用新型高效叶型，大幅增加了通流级数，以提高机组的运行经济性。高压通流为反向布置，改造后设计采用等根径方案，设置12个压力级，比原设计增加3级，压力级的平均宽度为95mm，比原设计减少35mm。

中压通流为正向布置，改造后设计采用斜根径方案，设置9个压力级，比原设计增加3级，压力级的平均宽度为120mm，比原设计减少10mm。高中压通流各级的设计速比大幅提高到0.65～0.67，比原设计增加约0.10，反动度取为0.48～0.50，各级动叶的出口气流角为85º～90°。低压通流为两缸四流结构，原设计进口压力为0.8MPa，共设置2×2×7个压力级。由前所述，此次改造设计大幅降低了中低压分缸压力到0.5MPa。同时，采用了全新设计的360°蜗壳进汽结构以及横置静叶，大幅降低了低压缸进汽部分的压力损失，改善了第1级动叶的工作条件；采用了新型排汽导流环，提高了末级的排汽余速动能回收。在100%负荷工况时，低压缸的设计缸效率达到89%，比改造前提高近4%。

5.结语

该汽轮机改造后，各缸通流效率大幅提高，经济性水平显著改善。在100%负荷工况时，汽轮机整机内效率达到45°时，固体颗粒的运动轨迹最好，对壁面的撞击和冲蚀也最轻,能够有效的提高机组节能潜力、降低发电煤耗、节约发电成本、提高上网竞争优势。

参考文献：

[1]王志轩.大变化与大趋势(一)——“十三五”电力改革与发展现状及展望[J].中国电力企业管理,2015(12):27-30.

[2]包伟伟,任伟,徐国林,等.600MW亚临界汽轮机通流改造的热力设计[J].汽轮机技术,2016,58(3):161-164.