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[中國能源報]東方汽輪機:第三代增容提效改造技術讓煤電老機組煥發新動能

本報記者 胡清

自燃煤電廠全面實施綠色環保改造以來,作為煤電轉型的先遣軍——東部電廠爭相宣告進入超低排放時代。

超低排放是近兩年煤電行業的潮流風尚,但并不是清潔煤電的唯一代名詞。以神華國華三河電廠為例,三河電廠通過改造成為京津冀地區首家實現全廠超低排放的電廠,與此同時,電廠二期34號汽輪機組成為國產30萬機組增容提效改造的標桿機組。

煤電綠色轉型離不開新型改造技術。據記者了解,在三河電廠34號機組節能環保綜合升級改造中,采用的是東方電氣集團東方汽輪機有限公司最新的通流設計方案,并制定了嚴細的出廠驗收標準。

“近年來,東方汽輪機一直致力于提升機組的經濟性。”“為打贏經濟性的翻身仗,東方汽輪機對標國內外機組經濟性指標,制定通流研究的技術路線,從基礎葉型到三維成型研究,再到新型結構都進行了大量的分析、計算、試驗驗證,開發出了全新高效通流技術,并成功應用在三河電廠等其他改造項目上。”東方汽輪機總經理張文峰告訴記者。

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“三河樣本”

神華國華三河電廠是冀北電網的主力電源之一、首都東部重要的電源支撐點、京冀兩地民生采暖的重要熱源,總裝機容量130萬千瓦,其中二期工程采用了兩臺東方汽輪機30萬千萬亞臨界熱電聯產機組,分別于20078月、11月投產發電。

二期工程于201511月完成汽輪機通流及節能環保綜合升級改造。“機組在改造完成后,經歷了冷態、溫態、熱態啟動方式,啟動過臨界機組振動小于70微米,帶負荷運行機組振動小于40微米;增容5%后汽輪機、發電機運行調整平穩。性能考核試驗表明高、中、低壓缸效率和熱耗均優于東方汽輪機設計值。”三河電廠總工程師郝劍表示,根據改造前后性能試驗報告顯示,三河電廠3號和4號機組高、中、低壓通流改造后煤耗降低15/千瓦時以上,給電廠帶來了巨大的經濟效益和環境效益。

記者在采訪中了解到,20138月,三河電廠與東方汽輪機正式啟動4號機組的增容增效改造工作,通過與國內、國際一流制造商的經濟性對標、理論計算和性能試驗研究,最終決定以增容5%的方式進行改造。

此次改造范圍主要是高、中、低壓內缸模塊,額定工況下,汽輪機設計高、中壓缸效率分別為86%92.6%,熱耗為7878千焦/千瓦時。4號機于2015328日停機,614日調試結束,723日完成性能試驗;3號機于2015823日停機,10月調試結束,11月完成性能試驗。

“機組低壓缸采用經過運行驗證的成熟模塊;高、中壓缸則采用全新高效通流設計技術,運用整缸分析方法,模擬機組實際運行情況,從提升效率和增加汽密性兩方面雙管齊下,對通流方案進行了全面優化和整體改造。”東方汽輪機產品研發部部長孫奇介紹說。

“采用全新的通流設計技術,對通流級數、調節級等部分進行優化,對局部部件進行精細化設計、大幅提高了通流效率;在增加汽密性方面,對多個重要零部件進行了全新設計,以三維建模和有限元分析,保證汽缸強度的同時,增強了中分面的密封性;新型的拂配式隔板,具有更好的精度和強度,可靠性得到了保障。”孫奇進一步補充道。

國網冀北電科院性能試驗報告顯示,改造后汽輪機在額定工況下高壓缸效率(三閥全開)為88.61%,高于設計值2.61%;中壓缸效率93.61%,高于設計值1.01%;熱耗為7864千焦/千瓦時(排汽壓力4.9千帕)。通過性能試驗,驗證了東方汽輪機新的通流技術達到國內領先水平。

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橫向推廣,縱向深入

?一花獨放不是春,百花齊放春滿園。三河電廠優化改造的成功實踐僅是東方汽輪機第三代汽輪機改造新技術的一個倩影。

2015年東方汽輪機先后在國華三河、華潤常熟、大唐托克托電廠等項目上使用了最新的通流設計技術。截至目前,東方汽輪機已成功完成國華三河、大唐安陽、華潤常熟、華能上都、大唐托克托等機組通流改造,機組熱耗和效率均處于國內同等級機組領先水平。

對現役機組進行優化改造猶如在瓦楞上跳舞,機組參數、規格、工況各異,三河電廠是30萬千瓦亞臨界熱電聯產機組增容增效改造,托克托電廠則是60萬千瓦亞臨界機組升參數改造,常熟電廠又是60萬千瓦超臨界機組增效升級改造……

針對不同機組迥異有別的改造要求,東方汽輪機量身定策、對癥開方。今年初,東方汽輪機率先獨創性地完成世界首例亞臨界機組升參數改造——大唐安陽電廠230萬千瓦汽輪機組、大唐托克托電廠460萬千瓦汽輪機組成功投產。

據了解,安陽電廠、托克托電廠亞臨界機組升參數改造是在蒸汽壓力基本不變的情況下,把汽機端的主蒸汽和再熱蒸汽溫度從538度提高到566度,這已經達到我國超臨界機組普遍使用的溫度。

在改造方案上,安陽、托克托電廠采用東方汽輪機第三代全新的通流設計技術,并采用了整缸完整通流全三元優化技術、進排汽優化技術、邊界層抽吸技術等多項先進技術,這些新技術是在三河電廠首次應用后的再次成功實踐。

挑戰持續升級,東方汽輪機在完成30萬、60萬千瓦等級亞臨界機組改造的同時,也在開展60萬千瓦等級超臨界機組改造。由東方汽輪機承接的華潤常熟2號機組通流改造項目是60萬千瓦超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、沖動凝汽式汽輪機,于20056月投產。今年初,改造完成的2號機組在順利實現3000轉滿負荷運行后,軸振最大43微米,最高瓦溫低于85度,各項指標優良,機組成功投運。4月,西安熱工研究院蘇州分院對常熟2號機組進行了焓降試驗,焓降試驗結果顯示:高壓缸效率90.3%,中壓缸效率93.6%

在非東方汽輪機機組改造上,東方汽輪機切合原機組系統運行特點,既達到優化目標,又保證有效融合。神華神頭二電廠是捷克制造的50萬千瓦汽輪機組,機組共高、中、低、低四個模塊,通過完善制度,梳理流程,注重細節,使得現場測繪和設計完美結合,最終現場安裝基本實現零失誤,保證四模塊機組現場安裝78天的歷史最好成績。

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技術服務齊頭并進

眾多燃煤電廠汽輪機組的成功優化改造,全方位、多角度地驗證了東方汽輪機第三代汽輪機改造技術的創新實踐。

據記者了解,東方汽輪機自1987年參加聯合國援助項目——20萬千瓦火電機組的現代化改造后,在改造技術上不斷進行優化升級。自1991年邢臺電廠——國內首臺汽輪機組改造開始,至2009年宣威電廠改造前,是東方汽輪機第一代汽輪機改造技術階段;自宣威電廠改造開始,至2013年新鄉、耒陽等電廠改造,是東方汽輪機第二代汽輪機改造技術階段,特點是自主設計了高負荷優化葉型;自2013年三河電廠改造開始,東方汽輪機第三代汽輪機改造新技術大量推廣應用,特點是以高效大剛度葉型DAPL2為代表的新型技術。

“東方汽輪機第三代汽輪機改造技術特點主要包括三方面:先進的通流改造技術,成熟的主機結構優化技術,熱力系統改造優化技術。”孫奇告訴記者。

“調節級級段優化、先進葉型、高效通流級設計、邊界層抽吸、末級葉片優化、進排汽缸優化、汽封、主機結構優化、配汽優化九大通流改造技術保證了通流改造的先進性。”孫奇介紹說,“成熟的主機結構優化技術是指高中壓缸優化提效技術、自帶大冠靜葉片及隔板設計技術、聯軸器采用液壓螺栓連接;熱力系統改造優化技術主要包括增設0號高加、增設外置式蒸汽冷卻器、給水泵汽輪機改造、增設低溫省煤器、冷端優化五項措施。”

在張文峰看來,東方汽輪機之所以能形成系統的、領先的第三代汽輪機改造技術體系,源于對科研的高度重視和持續投入。“大概從2011年開始,東方汽輪機每年有自己的重大專項,每年都會拿出幾百萬的資金鼓勵技術人員開發新技術;在改造方面,近幾年用在試驗、制造的費用投入就有2000多萬元,從去年到今年,僅葉片的研究每年大概有10個項次。”張文峰說。

新的技術最終要為用戶服務,好的方案需要落實到項目現場。在新一輪燃煤機組節能減排改造中,技術是第一競爭力,服務是核心競爭力。東方汽輪機自第一任廠長丁一在30多年前首次提出“24小時服務精神”,已成為東方汽輪機技術服務工作的靈魂,并延續至今。

所謂“24小時服務精神”,即24小時內給予用戶回應,24小時內備品備件發貨,24小時內到達服務現場。張文峰認為,在新的時期,“24小時服務精神”為用戶著想的理念相承,內涵卻發生了新的變化,“現在的‘24小時服務精神’在某種程度上更應該是24小時的全天候服務。

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