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汽輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)改造的幾種形式和措施
多年來，我國電力企業(yè)和設(shè)備制造企業(yè)都在全力以赴進(jìn)行機(jī)組改造。這是因為，在我國發(fā)電系統(tǒng)中，一些中低參數(shù)、小容量蒸汽發(fā)電機(jī)組還在運(yùn)行，這些機(jī)組熱效率很低，且大多屬超期服役，如果將其在短期內(nèi)全部拆除，從經(jīng)濟(jì)上和電力需求方面來看，是不現(xiàn)實(shí)。同時，一些早期安裝高參數(shù)機(jī)組，如100～200MW機(jī)組，由于受當(dāng)時設(shè)計制造水平限制，運(yùn)行時間較長，已接近或達(dá)到額定壽命(10萬運(yùn)行小時)，這些機(jī)組存在著效率低、煤耗高問題。 因此，將中低參數(shù)機(jī)組改造為既發(fā)電又供熱“熱電聯(lián)產(chǎn)”機(jī)組，供生產(chǎn)和生活用汽需要。同時用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)改造和翻新老機(jī)組，使老機(jī)組煥發(fā)青春。機(jī)組通過改造不僅可以大大降低煤耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，而且可以提高運(yùn)行可靠性和延長機(jī)組壽命，這一措施無疑有著深遠(yuǎn)意義和較高經(jīng)濟(jì)價值。1 機(jī)組改造幾種技術(shù)形式 汽輪機(jī)改造有多種技術(shù)形式，每種形式都有其特點(diǎn)，必須具體問題具體分析，全面考慮，達(dá)到改造目。1.1 通流部分現(xiàn)代化改造 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展和設(shè)計方法不斷完善，汽輪機(jī)設(shè)計水平較過去有了很大提高，全新高效新葉型、全三元?dú)鈩釉O(shè)計技術(shù)系統(tǒng)、通流部分通道優(yōu)化設(shè)計、自帶圍帶動葉片、高效新型整圈阻尼長葉片設(shè)計和調(diào)頻技術(shù)、彎扭型和馬刀型葉片設(shè)計等新技術(shù)在各制造廠新產(chǎn)品開發(fā)中成功應(yīng)用。這些技術(shù)代表汽輪機(jī)領(lǐng)域內(nèi)最新發(fā)展趨勢，通過采用這些先進(jìn)技術(shù)來改造老機(jī)組將使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性及運(yùn)行靈活性達(dá)到國外同類機(jī)組先進(jìn)水平。這也是國外電站行業(yè)發(fā)展一個顯著特點(diǎn)。因此近幾年來，各制造廠都在努力開展機(jī)組改造工作。其中200MW機(jī)組改造已全面展開，并取得了很大成績，為以后機(jī)組通流改造積累了很多經(jīng)驗。1.2 抽汽改造 汽輪機(jī)抽汽改造是利用原回?zé)岢槠诩哟竺娣e或利用汽缸開孔增加抽汽，供生產(chǎn)和生活用汽需要，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)；聯(lián)通管開孔(如100MW機(jī)組)抽汽也是一種特殊形式。 采用較多和較容易實(shí)現(xiàn)是非調(diào)整抽汽改造，要求抽汽量不大，且比較穩(wěn)定，抽汽壓力允許有一定波動，抽汽量和抽汽參數(shù)可以通過調(diào)整進(jìn)汽量而小范圍調(diào)整，這種改造簡單易行，費(fèi)用也低，但供汽量小，熱能利用率不夠高。根據(jù)機(jī)組本身具體情況，也可改造成可調(diào)整抽汽，完全變成抽汽機(jī)組，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，以熱定電，經(jīng)濟(jì)價值較高，綜合效益及社會效益明顯。 聯(lián)通管打孔抽汽也易改為可調(diào)整抽汽，機(jī)組加裝調(diào)節(jié)閥，在熱負(fù)荷較大及變化幅度較大情況下可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供汽參數(shù)。 還有一種改造方式是將抽汽后隔板堵掉一定面積，流過蒸汽滿足加熱器和轉(zhuǎn)子冷卻要求。這種改造簡單易行，供汽量更大，但要求供汽量比較穩(wěn)定。當(dāng)然如果熱負(fù)荷很穩(wěn)定，量又很大，也可改造為背壓機(jī)組運(yùn)行，這是另外一種形式技術(shù)改造。 總之，進(jìn)行抽汽改造實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，既供熱又發(fā)電，是節(jié)約能源有效途徑，是目前采用較多一種機(jī)組技術(shù)改造形式。1.3 改造為背壓機(jī)組 改造機(jī)組以供汽為主，發(fā)電為輔，供汽負(fù)荷穩(wěn)定且不要求冷凝工況運(yùn)行，無熱負(fù)荷時機(jī)組停運(yùn)，此時可將機(jī)組改造為背壓機(jī)組，這樣可以保證機(jī)組改造獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。背壓可根據(jù)熱負(fù)荷來確定，根據(jù)熱力核算確定排汽口位置，將以后各級拆除。調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍可采用原系統(tǒng)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。這種改造適用于生產(chǎn)均衡工業(yè)企業(yè)供熱或集中供熱系統(tǒng)。1.4 改造為低真空運(yùn)行機(jī)組 凝汽機(jī)組改造為低真空循環(huán)水供熱亦即將凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)略加修改，增設(shè)管路及熱水泵等設(shè)備，并與外部熱水網(wǎng)相連接，在機(jī)組運(yùn)行時，使循環(huán)水出口溫度升高到40～60℃或更高溫度，以達(dá)到采暖供熱要求。改造后，機(jī)組發(fā)電能力雖有所降低，但機(jī)組排汽汽化潛熱得到了充分利用，減少了冷源損失，提高了能源利用率，使高品位熱能用于生產(chǎn)高質(zhì)量電能，低品位熱能用于采暖，實(shí)現(xiàn)了能源梯級利用，而且可取代單獨(dú)供暖鍋爐，改善城鎮(zhèn)居民生活環(huán)境。1.5 安裝新前置和后置機(jī)組 這種改造是將中低參數(shù)鍋爐改為高參數(shù)新鍋爐，在原機(jī)組前加裝一臺高參數(shù)背壓機(jī)組，使排汽參數(shù)滿足原機(jī)組進(jìn)汽參數(shù)要求，從而提高了機(jī)組效率，如果能同時將中低參數(shù)機(jī)組改造為抽汽機(jī)組，則綜合效益會更高。這種形式改造，機(jī)組在運(yùn)行時，要做好前后機(jī)組運(yùn)行匹配。 有電廠根據(jù)當(dāng)時情況安裝了高參數(shù)背壓或抽汽機(jī)組，但后來熱負(fù)荷發(fā)生了變化，造成背壓機(jī)組不能正常運(yùn)行，抽汽機(jī)組不能在最大工況下運(yùn)行，甚至在冷凝工況下運(yùn)行，造成設(shè)備閑置和浪費(fèi)，在這種情況下可以考慮加裝后置機(jī)組，提高設(shè)備利用率和電廠綜合經(jīng)濟(jì)效益。2 機(jī)組改造一些技術(shù)措施2.1 熱負(fù)荷確定 準(zhǔn)確地確定熱負(fù)荷是保證機(jī)組改造成功及提高經(jīng)濟(jì)性關(guān)鍵。對于不可調(diào)抽汽改造，其抽汽量和抽汽參數(shù)只能通過調(diào)整進(jìn)汽量而小范圍調(diào)整，因此確定抽汽量應(yīng)根據(jù)當(dāng)時用汽情況，長時間保持穩(wěn)定，以保證機(jī)組能在經(jīng)濟(jì)性較佳抽汽工況下運(yùn)行，當(dāng)熱負(fù)荷偏大和偏小時，再適當(dāng)?shù)夭扇∑渌胧┗蚶闷渌O(shè)備，保證改造機(jī)組熱能利用率和綜合經(jīng)濟(jì)效益。2.2 低真空運(yùn)行一些技術(shù)措施 采用低真空供暖后，需要注意問題： a.內(nèi)效率降低。由于采用低真空運(yùn)行，末幾級在偏離設(shè)計工況下運(yùn)行，降低了內(nèi)效率，同時末幾級容量流量大幅度降低，造成脫流、回流，引起不穩(wěn)定振動，使末幾級尤其末級動應(yīng)力增大，增加了疲勞破壞危險性。因此機(jī)組改造后，應(yīng)進(jìn)行末級流場和強(qiáng)度計算校核。 b.因提高背壓和循環(huán)水溫，凝汽器熱膨脹增大，影響凝汽器銅管在管板上緊固嚴(yán)密性，或者銅管內(nèi)結(jié)垢或聚積從70～80℃熱網(wǎng)中分離出一些氧化物，導(dǎo)致傳熱惡化，使排汽溫度和端差不斷上升而無法運(yùn)行。因此在運(yùn)行時，需經(jīng)常注意觀察和維護(hù)。2.3 排汽溫度變化和機(jī)組振動問題 機(jī)組改造為背壓式或低真空運(yùn)行，由于末端溫度升高，低壓軸承溫度也升高，但一般升高不多，可由軸承潤滑油帶走，回油溫度略有升高。若要避免回油溫度升高太多，則可適當(dāng)擴(kuò)大進(jìn)油口，增加進(jìn)油量。 同時，由于排汽溫度升高，排汽缸支承座膨脹量增加，使汽輪機(jī)后軸承抬高量增加，造成機(jī)組振動值增大，因此需進(jìn)行軸承抬高量詳細(xì)核算和重新確定標(biāo)高值。經(jīng)計算及分析表明，若在轉(zhuǎn)子找中時考慮軸承標(biāo)高變化，不會產(chǎn)生振動問題。 對于拆除葉輪改造，由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量變輕，軸承比壓及靜撓度發(fā)生變化，改造后需重新計算臨界轉(zhuǎn)速及軸承靜抬高量，并要重新進(jìn)行轉(zhuǎn)子動平衡試驗，保證不出現(xiàn)振動問題。2.4 強(qiáng)度和剛度核算 機(jī)組改造后，對工作條件及結(jié)構(gòu)發(fā)生變化部件如汽缸、隔板、葉片、轉(zhuǎn)子、螺栓等需進(jìn)行詳細(xì)強(qiáng)度和剛度核算，對改造為背壓機(jī)組還需進(jìn)行密封性校核，必要時可更換螺栓材料，提高螺栓初應(yīng)力。2.5 熱力系統(tǒng) 為使機(jī)組改造后在滿足熱負(fù)荷條件下提高效率和經(jīng)濟(jì)性，對原有加熱器盡可能保留，但由于各抽汽口參數(shù)可能會發(fā)生變化，因此應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，必要時也可取消個別加熱器。2.6 抽汽管布置與焊接工藝 當(dāng)機(jī)組改為抽汽時，抽汽口應(yīng)盡量利用原抽汽口加大。如要在汽缸上開孔，為了不使汽缸剛度降低太多，一般采用一個或幾個圓孔或扁圓孔，然后采用聯(lián)箱匯聚在一起。抽汽管材料若用合金鋼管，則焊條也需用合金鋼焊條，焊接時需整體加熱，以保證汽缸不引起較大變形。若用奧氏體鋼焊條，雖可以冷焊，但汽缸易產(chǎn)生裂紋。因此，在溫度允許時最好采用碳鋼管，用結(jié)507焊條，塑性較好，焊后回火，可保證強(qiáng)度。在抽汽管道設(shè)計時，應(yīng)注意不應(yīng)有過大附加推力作用在汽缸上，可以在管道上加裝膨脹節(jié)，以免推力過大使汽缸跑偏。2.7 軸封系統(tǒng) 機(jī)組改造為背壓或低真空供熱機(jī)組，使軸封端壓力升高，為了保證汽封不向外泄漏，可增加抽汽器，并將后汽封體加長，增加汽封圈數(shù)，對于背壓機(jī)組可將汽封體移到拆除級位置。2.8 抽汽機(jī)組補(bǔ)給水 改造為抽汽機(jī)組后，補(bǔ)給水量增加，如果是補(bǔ)充熱水可直接補(bǔ)在除氧器內(nèi)，如補(bǔ)給水溫度較低，需加熱后補(bǔ)在除氧器內(nèi)。也可在凝汽器喉部采用噴霧冷凝排汽，滿足補(bǔ)給水需要，但這種補(bǔ)水方法對補(bǔ)給水量有一定限制。2.9 調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng) 機(jī)組改造時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)需進(jìn)行調(diào)整或改造，對于冷凝式機(jī)組，其調(diào)節(jié)系統(tǒng)是按轉(zhuǎn)速
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