超临界600MW机组优化方案

1超临界600MW汽轮机大修优化方案东方汽轮机有限公司2010年08月2超临界600MW机组大修优化方案东方600MW超临界机组是东汽引进日立技术生产制造的超临界汽轮机组，首台机组于2003年投运，总体运行情况良好，但同时也存在着一些问题。本文就汽缸变形处理、提高机组经济性等问题对超临界600MW汽轮机提出如下优化方案：1高中压内缸变形处理机组大修开缸发现，汽轮机高中压内缸中分面存在较大间隙。针对此问题，结合有限元计算分析结果，考虑加工工艺及实施可行性，对超临界600MW机组高中压内缸变形问题，提出如下优化处理措施：1.1针对高中压内缸变形情况，建议机组大修时高中压内缸返厂对中分面及汽缸内孔进行补充加工至图纸要求状态；1.2增设夹层加热系统通过计算可知，在机组内外缸夹层中引入温度460℃以上、压力高于高排压力的高温蒸汽至高压夹层后，内缸内外壁温差可控制在～28℃（测点处内外壁温差）。在稳定运行工况下，法兰中分面靠近内壁的绝大部分区域的压应力在54~82MPa之间，法兰内壁的最大接触压应力达246.6MPa。法兰中分面上的弯曲应力最大为240.0MPa，较之原汽缸结构，在法兰内壁，无论时是切向应力还是弯曲应力都明显减小。①系统设计夹层加热系统的蒸汽可以来自邻机，也可来自本机组。Ⅰ加热蒸汽来自本机汽源取自高中压间汽封漏气，温度500℃左右，压力9MPa左右，系统简单，布置方3便。优点：系统简单，通过本机组系统内部的蒸汽实现夹层加热，根据机组运行需要，调节图中的调节阀控制进入夹层的蒸汽流量实现对内缸内外壁温差的控制。缺点：在启动初期由于蒸汽参数达不到要求不能投入。Ⅱ加热蒸汽来自辅助蒸汽汽源取自辅助蒸汽系统，温度500℃左右，压力大于4.5MPa左右。优点：蒸汽来自邻机，参数可控制。在启动时即可投入，可缩短启动时间，降低启动时的热应力。缺点：系统复杂。以上两种方案都需对汽缸进行补充加工，建议在汽缸高压夹层和中压夹层都引入夹层加热蒸汽。这样对中压部分的汽缸内外壁温差也可进行控制。按上面建议，需要对高中压外缸上半和下半分别加工四个进汽孔。下图是下半缸加工示意图。41.3减少夹层蒸汽流动通道面积根据本机组运行情况及相关分析，高中压内缸变形是由高中压内缸内外壁温差大引起的。现需对高中压内缸两端隔热板处增加相应的汽封结构以减少蒸汽流动，这样可以达到减少高中压内缸内外壁温差的效果，具体方案见下图：原设计：外缸内缸5优化设计：内缸上汽封齿加工图2提高机组经济性的措施机组的损失是多种多样的，包括叶型损失、二次流损失、端部损失等等，其中有些损失无法避免，有些损失则可尽量减小。各种损失占机组总损失的百分比如下图：外缸内缸6从图中可知，汽封漏汽损失要占总损失的7%。因此减小汽封漏汽，是提高机组经济性的一个重要措施和有效的手段。针对以上情况，建议对机组通流部分汽封进行改进。2.1隔板汽封及端汽封对隔板汽封及端汽封进行优化，更换为东汽新型的DAS汽封。DAS汽封圈结构如右图示。工作原理：当汽封圈与转子发生摩擦时，首先A片与转子接触，压缩弹簧，使汽封圈往后退让，从而保护B片。这样汽封间隙始终能保证安装时的间隙，使得机组的经济性的到保证。同时采用东汽新型的DAS汽封可以使汽封漏汽量明显下降。和常规汽封比较：B片A片7常规汽封：DAS汽封采用上述结构的东汽新型DAS汽封圈，在我公司的超超临界1000MW机组和660MW机组以及亚/超临界600MW机组、300MW通流改造等机组已有广泛应用。对于超临界600MW机组，隔板汽封及端汽封优化方案如下：以下汽封更换为DAS汽封：高压2～8级隔板汽封、中压1～6级隔板汽封、A、B低压2～7级隔板汽封、1#轴封的3～5段汽封、2#轴封的1～4段汽封、3#轴封的1～3段汽封。除上述汽封圈外其余汽封圈与原汽封圈相同。这是考虑汽封的密封效果，外端（与空气相接）的轴封均不使用DAS汽封。DAS汽封安装时，常规汽封齿径向间隙按通流设计间隙的下限进行调整，DAS齿径向间隙为常规齿间隙（-0.13,0）。2.2隔板叶顶汽封为了保证汽封优化的效果，在隔板汽封及端汽封优化改进的同时，隔板叶顶汽封也应进行相应处理。根据机组大修开缸复测间隙实际情况，对于隔板叶顶汽封径向间隙处于设计间隙范围中值以上者，建议进行处理。由于隔板叶顶汽封为镶片式固定汽封，在处理间隙时需将隔板叶顶汽封片钳工取出，重新镶片，并按设计间隙下限进行加工配准。83其他完善措施3.1增设测点为了解高压夹层内的真实温度及低压5段和6段抽汽口温度偏高的原因，建议增设如下的温度及压力测点：3.1.1在高压内外缸夹层上半及下半增设夹层温度测点3.1.2在第五、六段抽汽（低压第三、四级隔板后）增设温度、压力测点3.2检查及排除检查和排除其它可能的冷蒸汽泄露通道：检查并保证中压叶轮冷却系统中压端导管的配合间隙，封堵高中压外缸上的部分注油孔，详见下图。93.3低压内缸中分面增设密封结构根据部分用户反映，机组在实际运行中5#、6#抽口抽汽参数偏高，以及检查低压内缸中分面存在一定张口，为此建议对低压内缸中分面进行补充加工，并增设密封结构。如下图示：检查并确认此二处球头配合间隙为-0.025～+0.03汽机侧电机侧大修检查内外缸定位槽是否有蒸汽冲刷痕迹，如有则封堵此侧注油孔（仅单侧），封堵时不得堵塞另一侧的注油通道。10方案实施：中分面增设耐高温盘根，对低压内缸下半中分面进行补充加工，该工作可由我公司自带设备在机组现场进行实施。4小结通过对上述汽缸改进措施的实施，东方超临界600MW机组的高中压内缸内外壁温度分布更趋于合理，降低了汽缸工作状态应力水平，避免了高中压内缸中分面的变形和漏汽；通过对汽封型式的优化及安装间隙的调整，减小了汽封漏汽量，并使汽封间隙能够长时期维持初始的安装状态，从而提高了机组效率。目前已有安徽凤台2#机、浙能兰溪4#机、鹤壁丰鹤2#机等机组在大修时实施了上述部分或全部的优化措施，效果比较理想。东方汽轮机有限公司2010年8月