宁电2机组汽轮机通流改造项目可行性实施报告.docx
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宁电2机组汽轮机通流改造项目可行性实施报告
宁电#2机组汽轮机通流改造项目
项目名称
宁电#2机组汽轮机通流改造
主要构成
汽轮机通流，2号3号轴瓦、调速汽门振动治理，2号高加等设备改造。
可研编制人
负责部门
生产技术部
项目负责人
一、项目提出的背景及改造的必要性（需要改造设备的运行简历，设备铭牌、投运时间、运行状况、技术状况及其他有关技术参数，现状、存在的主要问题，从对安全、经济运行、环境的影响等方面论证该项目的必要性）
（一）机组概况
国华宁海电厂一期工程建有4×600MW火力发电机组。
锅炉、汽轮机、发电机三大主机分别由上海锅炉厂有限公司、上海汽轮机有限公司、上海汽轮发电机有限公司设计制造。
国华宁海电厂#2机组2005年12月投入商业运行，业绩良好，最长连续运行时间339天。
2号机发电煤耗（性能试验值）约为298.6g/kW·h，热耗率为8107KJ/kW·h，与行业内先进水平还有较大差距。
汽轮机主要技术参数见下表：
编号
项目
单位
THA工况
VWO工况
1
机组输出功率
MW
600.243
673.378
2
主蒸汽压力
MPa（a）
16.7
16.7
3
主蒸汽温度
℃
538
538
4
主蒸汽流量
t/h
1758.297
2028.003
5
高压缸排汽压力
MPa（a）
3.5138
4.004
6
再热蒸汽压力
MPa（a）
3.162
3.604
7
再热蒸汽温度
℃
538
538
8
再热蒸汽流量
t/h
1469.291
1677.669
9
额定冷却水温
℃
20
20
10
凝汽器背压
kPa（a）
4.9
4.9
11
转速
r/min
3000
3000
12
旋转方向
（从机头向发电机方向看）
顺时针
顺时针
13
给水加热级数
8
8
14
给水温度
℃
272.4
281.6
15
发电热耗率（性能试验值）
kJ/kW·h
8107
/
16
发电煤耗率（性能试验值）
g/kW·h
298.6
/
（二）存在问题
上汽亚临界600MW机组为美国西屋公司第一代产品的国产引进型，投产后汽轮机安全性及经济性一直较差。
机组运行效率与设计效率偏差较大，实际热耗率为8107kJ/kW·h，高于设计值达3％以上。
宁海亚临界600MW汽轮机高、中、低压缸效率偏差对机组性能的影响程度分别计算如下：
（1）、试验高压缸效率为87.1％，比设计值88.5％偏低1.5％，影响整机效率约0.32%；
（2）、试验中压缸效率为91.5％，比设计值92.6％偏低1.1％，影响整机效率约0.24%；
（3）、试验低压缸效率为84.2％，比设计值89.3％偏低5.1％，影响整机效率约2.14%。
综合以上三项偏差后可知，影响整机效率的总和为2.7％。
除了汽轮机通流效率外，其它如缸内漏汽、热力系统泄漏等也会对机组运行效率产生影响。
（三）技术进步
近年来，随着汽轮机容量、进汽参数的提高，国内各制造厂提供的汽轮发电机组热耗率水平不断得以降低，机组的性能试验结果也明确地反映了这一技术进步趋势。
各大电气集团不断创新发展，开发了先进的整体通流叶片设计技术，新技术包含了通流的整体布置、叶型优化、叶片结构设计、差胀设计等功能，已成功应用于300～600MW等级新机组开发及亚临界300MW湿冷汽轮机通流改造中，有50台以上改造和新机应用业绩。
机组的供电煤耗、热耗均有大幅度的下降。
其中上某电气集团参照西门子1000MW技术而研发的超超临界660MW机组达到了世界先进的效率水平。
以乐清电厂#3、4机为例，试验得出的机组热耗率以及汽轮机高、中、低压缸效率与设计值十分接近。
机组热耗降低到7372kJ/kW·h，在同类型机组中达到了世界先进的效率水平。
例如：
名称
单位
乐清＃3、4机组
考核工况
//
THA设计
THA试验
偏差（%）
修正后电功率
MW
660
683.5
/
修正后热耗率
kJ/kWh
7328
7372.6
0.6
高压缸效率
%
91.1
88.7
-2.4
中压缸效率
%
93.4
94
0.6
低压缸效率
%
89.9
89.8
-0.1
（四）改造的必要性
（1）节能减排已经提升为火电企业发展的约束性指标
电力工业是节能减排的重点领域之一，面对环境压力，国家对节能减排的要求日益严格。
在“十二五”期间，要完成新的节能减排目标，难度将会进一步加大。
尤其是随着机组运行年份的增加以及脱硫、脱硝环保要求的提高，机组供电煤耗率下降的空间越来越小，因此，对投运年份较长的火电机组进行节能改造的要求已十分迫切。
（2）发电企业要想在日益激烈的市场竞争中保持良好的发展优势，就必须采取有效措施，大幅度降低机组的供电煤耗率水平。
随着我国电力改革的进一步深化，如何不断降低发电成本、提高企业效益和机组运行的可靠性与经济性已成为发电企业目前面临的一个重大课题，而机组节能降耗是这个课题中的一个主要环节。
面对国家对火力发电越来越高的节能降耗要求，必须对影响机组效率的关键设备进行改造，以提高机组运行效率，降低发电成本，提高经济效益和社会效益。
（3）600MW亚临界机组普遍存在2、3号轴瓦载荷轻，调速汽门振动问题，进行汽轮机通流及生级改造也是消除设备隐患提高设备健康水平的需要。
（五）根据国家节能减排号召及神华国华公司整体部署提出亚临界机组发电煤耗降低10克的整体目标。
技术更新改造项目可行性研究报告
二、国内外调研报告：
（咨询专家意见、国内外解决方案、用户使用情况等）
注：
因宁电一期工程4台亚临界机组性能参数相近性能试验情况参照4号机组。
（一）宁电4号机组性能试验
2013年8月上海发电设备成套设计研究院对宁电4号机进行了最大出力试验，凝泵试验、给水泵试验和凝汽器试验，根据其提供的试验报告，摘录试验主要结果如下：
主要试验结果为：
序号
名称
单位
试验数据和结果
3VWO工况
4vwo降压工况
4vwo额定工况1
4vwo额定工况2
1
主汽温
℃
535.994
536.620
536.025
533.420
2
调节级后温度
℃
497.580
510.909
510.147
507.487
3
高排温度
℃
313.512
326.174
324.814
321.875
4
再热温度
℃
533.592
537.156
538.424
536.908
5
中排温度
℃
331.322
334.773
335.335
333.675
6
主汽压
MPa
16.763
15.964
16.553
16.804
7
调节级后压力
MPa
12.340
13.222
13.706
13.905
8
高排压力
MPa
3.443
3.679
3.808
3.846
9
再热汽压
MPa
3.057
3.268
3.387
3.419
10
中排压力
MPa
0.730
0.781
0.808
0.812
11
背压
kPa
9.780
9.273
8.875
9.837
12
给水流量
t/h
1744.900
1827.900
1916.400
1972.800
13
主蒸汽流量
t/h
1785.500
1893.700
1972.000
2007.900
14
冷再蒸汽流量
t/h
1489.500
1577.500
1633.500
1656.300
15
再热蒸汽流量
t/h
1495.500
1591.400
1650.200
1667.600
16
修正额定参数下主蒸汽流量
t/h
1789.700
1890.800
1974.800
2018.000
17
总漏量
t/h
2.893
2.727
3.933
3.076
18
明漏
t/h
2.221
2.173
2.410
2.350
19
不明漏率
%
0.038
0.029
0.077
0.036
20
发电机功率
MW
558.217
597.055
621.386
622.413
21
高压缸效率
%
84.865
86.062
86.196
86.200
22
中压缸效率
%
90.629
90.364
90.374
90.332
23
低压缸效率
%
84.450
86.024
85.677
85.183
24
一类修正后功率
MW
557.800
588.060
612.890
617.890
25
二类修正后功率
MW
578.366
638.954
639.554
638.050
26
厂用电率
%
4.438
4.393
4.552
4.574
27
管道效率
%
97.000
97.000
97.000
97.000
28
锅炉效率
%
93.000
93.000
93.000
93.000
根据上述试验结果汽轮机在效率提升后机组有增容潜力，汽轮机高、中、低压缸均有增容与效率提升空间。
1．给水泵试验
给水泵A进行了9个工况试验，具体参数和计算结果如下：
序号
名称
给泵A试验主要参数
100%额定工况
4vwo降压工况
4vwo额定工况（不隔离）
4vwo额定工况1
4vwo额定工况2
3VWO工况
凝泵最大出力工况
A泵
A泵
A泵
A泵
A泵
A泵
A泵
1
增压级压力MPa
21.48
20.78
21.74
21.62
22.01
21.11
22.11
2
增压级温度℃
172.62
171.76
173.57
173.22
172.88
168.67
172.69
3
增压级流量t/h
32.24
33.24
29.32
28.58
17.93
20.6
18.85
4
增压级密度kg/m3
907.49
907.91
906.71
906.99
907.55
911.09
907.79
5
增压级焓kJ/kg
742.08
737.98
746.36
744.75
743.51
724.89
742.75
6
给泵进口压力MPa
2.13
2.13
2.13
2.13
2.13
2.12
2.13
7
给泵进口温度℃
168.08
167.42
168.89
168.64
168.7
164.65
169.24
8
给泵进口焓kJ/kg
711.46
708.61
714.99
713.91
714.19
696.52
716.53
9
给泵进口密度kg/m3
900.13
900.79
899.3
899.56
899.49
903.58
898.94
10
给泵抽头压力MPa
8.99
8.89
9.24
9.2
9.39
9.07
9.4
11
给泵抽头温度℃
168.85
167.99
169.66
169.22
169.22
165.06
169.61
12
给泵抽头焓kJ/kg
718.66
714.88
722.33
720.39
720.53
702.33
722.22
13
给泵抽头密度kg/m3
903.66
904.45
903
903.42
903.53
907.44
903.15
14
给泵出口压力MPa
20.08
19.45
20.3
20.22
20.59
19.87
20.66
15
给泵出口温度℃
171.51
170.63
172.37
172.14
172.57
168.06
173.02
16
给泵出口焓kJ/kg
736.53
732.36
740.33
739.31
741.35
721.57
743.34
17
给泵进口流量t/h
984.87
960.54
1006.44
1000.1
1015.52
902.57
1024.7
18
给泵抽头流量t/h
16.25
6.91
7.44
8.34
5.65
3.03
7.55
19
给泵出口流量t/h
936.38
920.4
969.68
963.18
991.94
878.94
998.3
20
给泵转速r/min
5240.46
5146.9
5309.51
5289.09
5356.14
5108.88
5376.6
21
小机流量t/h
44.8
41.89
44.67
43.85
46.56
43.07
47.47
22
小机进汽压力MPa
0.77
0.74
0.77
0.77
0.77
0.69
0.76
23
小机进汽温度℃
335.86
336.78
335.8
337.25
335.07
332.74
334.42
24
小机进汽焓值kJ/kg
3133.29
3135.77
3133.21
3136.28
3131.77
3128.42
3130.49
25
小机背压kPa
10.95
9.59
9.53
9.23
10.23
10.18
10.75
26
小机理想焓kJ/kg
2350.66
2339.6
2332.68
2330.48
2341.98
2354.39
2348.73
27
估算给泵轴功率kW
7007.96
6521.22
7282.75
7240.03
7838.9
6444.8
7782.68
28
小机调门开度%
52.41
46.49
52.48
51.4
55.2
52.92
56.41
29
小机理想功率kW
9739.19
9265.22
9933.38
9814.92
10213.86
9261.18
10307.97
扬程和泵组效率计算
30
给泵扬程m
2028.14
1955.48
2054.69
2044.71
2088.32
1996.59
2097.48
31
抽头扬程m
779.9
767.99
808.72
803.55
825.04
786.35
826.67
32
增压级扬程m
2232.59
2153.78
2263.73
2249.76
2292.21
2184.28
2302.89
33
给泵组效率%
55.48
55.17
56.62
56.63
56.46
53.01
56.64
修正至额定转速下计算结果
34
修正后泵扬程m
2214.56
2213.54
2185.57
2191.78
2182.83
2293.85
2175.76
35
修正后抽头扬程m
851.58
869.35
860.23
861.35
862.37
903.42
857.52
36
修正后增压级扬程m
2437.79
2438.02
2407.92
2411.57
2395.95
2509.48
2388.83
37
修正后给泵流量t/h
1029.14
1021.96
1038
1035.44
1038.25
967.43
1043.64
根据以上结果，给水泵A有如下结论：
1）如果增容到630MW锅炉蒸发量不变，给水泵汽轮机组不需要进行改造。
2）整个泵组的效率有些偏低，需对给水泵进行检修提效。
2、凝汽器试验
对凝汽器在4VWO工况和系统隔离条件下进行2次试验，具体结果为：
序号
名称
单位
凝汽器试验主要参数
4vwo额定工况1
4vwo额定工况2
1
A侧冷凝器循环水进水温度
℃
28.923
30.584
2
A侧冷凝器循环水出水温度
℃
36.872
40.538
3
B侧冷凝器循环水进水温度
℃
28.923
30.584
4
B侧冷凝器循环水出水温度
℃
38.524
42.280
5
热井出水温度
℃
43.401
45.658
6
试验背压
kPa
8.875
9.837
7
A侧冷凝器循环水进水压力
kPa
150.848
142.291
8
A侧冷凝器循环水出水压力
kPa
70.034
66.847
9
B侧冷凝器循环水进水压力
kPa
150.848
142.291
10
B侧冷凝器循环水出水压力
kPa
78.611
76.583
11
计算结果
12
背压对应的饱和温度
℃
43.517
45.511
13
A侧凝汽器端差
℃
6.529
5.120
14
B侧凝汽器端差
℃
4.877
3.379
15
A侧凝汽器压降
kPa
80.814
75.444
16
B侧凝汽器压降
kPa
72.237
65.708
17
冷凝器循环水进水平均温度
℃
28.923
30.584
18
冷凝器循环水进水温度对应设计背压
kPa
8.565
9.373
19
设计背压与运行背压差值
kPa
0.310
0.464
根据上述试验结果，有如下结论：
1）凝汽器端差大于设计值，循环水进凝汽器压降大于设计值；
2）凝汽器运行背压比设计值高，误差与循环水温度测点和循泵前池水位有关。
（二）600MW同类型机组改造情况
2.2北仑电厂3号机
浙江浙能北仑发电有限公司＃3汽轮机组系日本东芝公司制造的亚临界、双背压、一次中间再热凝汽式汽轮机，其铭牌功率为600MW。
机组于2000年7月完成168小时满负荷连续运行考核后，投入商业运行。
针对该机组投产以来一直存在的高压进汽阀组压损偏大、高中压缸效率偏低问题，北仑发电厂于2012年下半年进行了高压阀组以及高、中压缸通流改造。
其中由东方汽轮机有限公司负责承担高压主汽门、调门改造，由阿尔斯通公司负责承担高、中压缸通流改造。
改造后的汽轮机调节级仍为冲动式，其他高、中压缸压力级已由冲动式改为反动式，高压缸级数由1+7级增加至1+14级，中压缸级数由2×6级增至2×11级。
#3机组改造前性能试验情况：
铭牌出力（TRL）试验期间，四个高压调阀保持全开，机组背压调整至夏季设计背压（7.5kPa）左右，受锅炉侧辅机出力的限制，机组实际的出力为604.3MW。
有关计算结果汇总见下表所示。
TRL工况计算结果汇总
名称
单位
TRL工况
试验日期
/
2012/12/26
试验时间
/
15:
30-16:
30
高调阀位开度
%
100/100/100/100
发电机净输出功率
kW
604349
发电机功率因数
/
0.966
发电机励磁功率
kW
1365
大气压力
MPa
0.1026
主蒸汽压力
MPa
14.10
主蒸汽温度
℃
537.46
调节级压力
MPa
11.90
调节级温度
℃
510.27
冷再热蒸汽压力
MPa
3.74
冷再热蒸汽温度
℃
340.80
热再热蒸汽压力
MPa
3.55
热再热蒸汽温度
℃
525.70
中压缸排汽压力
MPa
0.666
中压缸排汽温度
℃
293.10
低压凝汽器压力
kPa
7.69
高压凝汽器压力
kPa
7.68
高压缸效率（含阀组压损）
%
89.60
高压缸效率（不含阀组压损）
%
91.45
中压缸效率（含阀组压损）
%
92.00
主凝结水流量
kg/h
1549140
主给水流量（省煤器入口）
kg/h
1563404
主蒸汽流量
kg/h
1859871
过热器减温水流量
kg/h
298207
再热器减温水流量
kg/h
0
修正后主蒸汽流量
kg/h
2219254
机组修正后电功率
kW
694445
VWO工况实际测试得到的高压阀组进汽压损为3.07%，与该机组改造前7～8％的进汽压损相比，有了大幅度的降低。
VWO工况实际测试得到的高压缸效率（不含阀组压损）为91.47%，改造前为81.43%测试得到的中压缸效率（含阀组压损）为92.01%，改造前为88.11%。
汽轮机组在夏季设计背压7.5kPa下修正后出力可达694.4MW，大于合同保证值660MW。
（三）通流改造厂家情况介绍
3.1上海汽轮机厂
上海电气已经成功进行了一大批的通流整体改造项目，在已经投运的相关电厂取得了良好的改造效果，深受业界的好评。
许多机组改造的成功经验及成果可以直接应用。
针对于宁海电厂亚临界600MW等级、一次中间再热、四缸四排汽凝汽式汽轮机通流部分整体改造项目是在原机组框架的基础上采用先进的通流设计，进行汽轮机换心改造。
增加通流级数，提高通流效率，同时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和对高效运行的不利因素，提高原机组的运行稳定性和可靠性，增加机组出力，大幅降低机组的热耗，提高经济效益的同时尽最大可能达到节能减排的效果。
上海电气针对我厂情况，采用了更为先进的技术理念：
（1）先进的整体通流设计技术。
（2）采用低压长叶片设计技术。
采用了先进的全三元的叶片开发系统，低压缸三元流场设计技术，低压叶片结构强度振动设计技术。
3.2法国Alstomretrofitconcept
阿尔斯通能为所有技术流派的汽轮机提供改造方案，国内已有多台成功改造业绩。
阿尔斯通的技术特点：
（1）采用的叶片都为成熟的设计,已成功地运用园柱型和圆锥形叶片形状,在许多汽轮机上相当显著地提高了效率。
（2）叶片蒸汽密封技术。
（3）先进的低压缸末级叶片设计技术。
（4）液压膨胀联轴器螺栓。
（5）在北仑电厂进行的600MW机组改造，汽轮机效率大幅提升，设计技术先进。
（四）国内600MW机组汽轮机运行指标
通流改造厂商改后经济指标预期
上汽
四维
阿尔斯通
哈汽（保留高、中、低转子）
大唐盘山#3机保证值
大唐盘山#3机实际值
高压缸效率（%）
89
88.5
89
87
84.25
中压缸效率（%）
93.5
92
92
92.96
92.02
低
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