（大唐黄岛发电有限责任公司 山东省青岛市 266500）
摘要：针对第一代超临界汽轮机通流效率低、热耗偏高的问题，采用最新的超超临界汽轮机通流技术，对汽轮机高、中、低压通流部分进行流道布置、差胀间隙设计、叶片优化选型、叶顶围带和叶根等整体设计优化，以提高机组整体通流效率。改造后效果达到设计值，汽轮机热耗大幅下降，带负荷能力大幅提高。
关键词：超临界；通流改造；高效；热耗
1引言
大唐黄岛电厂5号汽轮机为2006年投产的国产第一代超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽凝汽式汽轮机，受当时技术条件限制，机组通流效率偏低，无法达到设计要求，而且随着机组运行时间的增加，机组热耗上升趋势比较明显。2016年12月，该公司委托第三方进行的大修前热力性能试验结果显示：经二类修正后THA工况下机组试验热耗率为7979.74kJ/kWh，高于设计值7700kJ/kWh偏高279.74kJ/kWh。其中因高、中压缸效偏低造成机组热耗率升高160.336kJ/kWh。
根据与当前最新汽轮机通流技术对比综合研究分析，机组有着较大改造提效空间。2017年4-6月，黄岛公司利用大修的机会，对5号汽轮机实施了通流改造，竣工后，机组一次性冲转并网成功，经考核性试验，改造达到预期目标。
2 改造方案
黄岛公司本次改造保持现有热力系统不变，现有的热力参数基本保持不变，相关主要辅机系统保持不变；保持各管道接口位置、汽轮机与发电机连接方式和位置、现有的汽轮机基础等不变；保持高中压外缸、低压外缸不变；汽轮机各轴承座、高、中压进汽阀门及进汽管道不变。
采用计算机系统设计程序代替分级计算的传统模式，实现汽轮机通流部件的效率和强度的自动匹配，差胀安全性和效率的自动匹配，模块跨距与级份的自动匹配。采用变反动度的设计原则（叶片的几何尺寸、焓降、进出汽角特性对应的最佳反动度），对汽轮机高、中、低压通流部分进行流道布置、差胀间隙设计、叶片优化选型、叶顶围带和叶根等整体设计优化，以提高机组整体通流效率。
以最佳的气流特性决定各级的反动度，使各个全三维叶片级均处在最佳的气动状态，提高整个缸的通流效率；采用小直径、多级数，各级均有镶片式迷宫汽封，有效降低通流部分的漏气损失；全部采用T型叶根，彻底解决叶根轴向漏汽损失；高中低叶片级采用第四代3D弯扭马刀型动、静叶片，有效减少了二次流损失；整体围带叶片、单片铣制、全切削加工、加工精度高。强度好、动应力低、抗高温蠕变性能好。此外，结合改造对原机组的高温高压部件进行结构优化，解决老机组中存在的安全隐患以及对高效运行的不利因素，提高机组的运行稳定性和可靠性。改造后高压缸增加2级叶片，中压缸增加1级叶片，低压缸每排汽侧增加1级叶片（共4级）。经过改造，最终使得机组出力增加，热耗较原水平大幅降低，同时兼顾提高了机组部分负荷时的机组效率。
2.1高中压部分改造
主要的改造范围包括：优化喷嘴组结构、调节级型线；优化高压动、静叶片设计；增加通流级数；采用T形叶根；转子随动叶改造，持环随静叶改造；隔板及径向汽封采用镶片式迷宫汽封，端部汽封和平衡活塞汽封均采用新型汽封形式等。
为了确保改造后高中压缸部分的安全性与高效性，对原机组高中压内缸采用新设计的整体内缸结构，即将原高压内缸、高压持环、高压蒸汽室、中压内缸及中压＃1持环合并优化设计，形成新的高中压整体内缸，内外缸的轴向定位维持原有结构设计与外缸配合，中分面猫爪以垂直方向定位，顶部与底部的键槽实现横向定位，新型高中压整体内缸部件构成简单，在满足安全性的前提下，提高汽缸的刚度，减小汽缸运行过程中产生的变形；均匀汽缸壁厚，有利于机组快速启停。有效解决原机组高中压内缸内部组件多，结合面复杂，长期运行存在配合漏汽的问题；同时，高中压整体内缸大大减小了现场安装调整工作量，消除原装配结合面内漏，又使得现场的起吊安装以及将来的现场检修更为方便、快捷，有效的缩短了机组现场的安装调试周期。
依托最新的建模技术，根据实际的进汽参数与进汽量分析计算，优化蒸汽室内腔进汽型线。对调节级喷嘴与动叶型线优化匹配，喷嘴安装采用滑入式结构，减少漏汽，径向汽封增加到五道高低齿迷宫汽封，减少调节级的动叶叶顶漏汽，提高调节级效率，消除原设计的短板。
2.2低压缸部分改造
同样对低压部分进行通流优化设计，综合当地的气候条件以及实际的排汽、功率及背压需求，采用1050mm低压末级长叶片。此外，合理增加通流级数以提高低压缸整体通流效率。采用新型低压内缸，提高密封性能。
为了确保改造后低压缸部分的安全性与高效性，采用全新设计的低压斜撑内缸结构，渐缩的进汽流道、特殊的抽汽腔室、变截面的抽汽口优化等，相比于原始的内缸结构，斜撑内缸结构简单，温度场分布均匀，中分面密封性大大提高，结构上更加合理。此外，在保持与外缸的装配及定位方式、各抽汽口的位置不变的条件下，依托最新的计算机建模计算技术平台，采用全新开发的三段渐缩的进汽流道，同时对排汽导流环的排汽型线进行全新优化设计，经过改造，有效的减小进汽部分的紊流度，使得速度分布更加均匀，气动性能明显改进低压缸的进汽排汽损失大大降低，低压缸的整体缸效显著提高。
在对低压缸进行三维模拟仿真分析基础上，采用一种新型平行四边形的抽汽腔室结构和新的螺栓法兰布置方法，即将传统的垂直径向隔板向进汽中心线倾斜，通过一块带孔的覆板连接径向隔板的内侧端部，组成一个满足抽汽要求的封闭平行四边形腔室。利用中分面少量的法兰螺栓布置、借助汽缸的热胀以达到其运行状态时的自行密封效果，从而解决了传统单靠螺栓密封技术存在的问题。而且腔室的轴向尺寸增加而内部结构相对简单，整个结构恰似一个放大了的加强筋。斜向布置的低压内缸新型径向隔板为与常规的低压内缸径向隔板垂直于中分面法兰布置相比，其最大的优势在于斜向布置的隔板在轴向方向上的投影增长，能使轴向的温度梯度分布更均匀。
3 改造效果
改造工作历经90天，改造后一次冲转并网成功。山东电力研究院进行了改造后的考核试验，修正后各项试验结果为：汽轮机在热耗率验收工况（3VWO）下，两次重复性试验的热耗率平均值为7507.53 kJ/kWh；在热耗率验收工况（2VWO）下，两次重复性试验的热耗率平均值为7684.69 kJ/kWh；在50%THA热耗率工况下热耗率为7996.67 kJ/kWh；铭牌功率考核工况（TRL）的试验电功率为682.2337MW；在最大连续出力考核工况（TMCR）的试验电功率为706.7006MW。各项指标均达到或超过设计要求，较改造前试验热耗大幅下降460 kJ/kWh。2017年8月份，机组顺利通过山东省经信委机组增容现场夏季工况（背压11.8kPa）的168h考核性试验。
改造后机组主要技术参数：
4结语
本次改造的成功实施，是黄岛电厂5号机组在锅炉及其他热力系统不变的情况下，通过通流提效，汽轮机额定功率提高到680MW，最高功率达到735MW，并且运行平稳，为该项通流技术的推广应用起到了很好的示范效果。
论文作者:顾祥云
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/11
标签：通流论文; 机组论文; 汽轮机论文; 低压论文; 叶片论文; 中压论文; 工况论文; 《电力设备》2017年第36期论文;