汽轮机节能技术改造

汽轮机节能改造技术华电国际技术服务中心宗绪东2015.8节能技术改造的目的、类型及注意事项•目的•节能技术改造是火电厂采用先进的新技术、新工艺、新设备、新材料等对汽轮机原有系统、设备进行优化改造，从而达到降低能耗和成本，提高经济效益的目的。•类型•按投资额的不同分为小型技改、大型技改两类。•注意事项•要结合发电厂设备的实际运行状况。•技改应保证设备的运行可靠性和安全性为原则。•对新技术、新工艺、新设备的应用情况要进行充分调研，技改方案要进行论证。•投资回收期一般不超过3年。汽轮机本体系统节能技术改造◆亚临界机组提参数改造•锅炉提升参数改造，通过将亚临界机组主蒸汽及再热蒸汽提高到超临界机组水平（566℃），其中锅炉需调整各级受热面并优化布置，汽轮机实施通流改造与增容改造，发电机配套实施增容改造，主要是锅炉侧进行配套改造。•改造后汽轮机热耗下降300kJ/kWh以上。邹县电厂、十里泉电厂330MW机组已经启动该项目。◆汽轮机通流部分增容改造采用全三维气动优化设计技术流畅设计，静叶采用后加载叶型、复合弯扭叶片，动叶沿叶高反扭，优化参数沿叶高的分布，大幅减小径向和端部二次流损失，型线速度分布合理，分离现象被有效抑制，激波损失小；采用新型汽封（布莱登、刷式汽封等），降低汽封漏汽损失；提高末级根部反动度，利于变工况运行，提高机组低负荷工况运行的稳定性和经济性，改善机组调峰性能；末级叶片采用先进的自带围带自锁结构，提高叶片安全可靠性。•改造后汽轮机热耗降低300kJ/kWh以上，目前华电国际机组已基本改造完毕。汽轮机本体系统节能技术改造◆喷嘴组优化改造•优化喷嘴组静叶及子午面收缩型线；完善调节级密封结构，缩小汽封间隙；合理缩小喷嘴组通流面积；改进喷嘴组汽道加工工艺，提高加工精度；采用定制式设计技术，改进喷嘴组的装配工艺，确保调节级动静叶片匹配良好。如上汽厂H156型300MW机组，高调门通流面积应是喷嘴通流板面积的2.2倍，比值过小则导致调门节流损失增大。•目的：低负荷提高主蒸汽的压力，并提高高压缸效率。◆主汽门滤网优化改造主汽门滤网所有孔径面积应大于主汽门喉部面积的4.185倍，否则将造成主汽门的压损增大。汽轮机本体系统节能技术改造◆高调门调节方式优化改造•喷嘴配汽控制机组，在满足AGC要求下合理设置阀门重叠度，进行定滑压运行优化试验，并进行真空修正。•复合配汽机组应改为顺序阀控制。•节流配汽机组应进行优化，保持高调门45%-55%运行或高调门全开。目前有的机组调门大部分负荷段高调门开度在30%左右，不仅造成高调门后压力降低，循环热效率降低，而且还导致高压缸效率大幅度下降。600MW以上机组可进行凝结水调频和补气阀联合优化试验；可结合0号高加改造，运行中结合高加进汽量调整，可以保持高调门全开，补气阀始终关闭。◆阿斯彭气凝胶保温改造•汽轮机高中压缸缸体、主再热蒸汽温度保温易超限。•新型保温材料阿期彭超临界气凝胶保温毯优点：•优异的隔热效果和防火性能：隔热效果是传统隔热材料的2～5倍，20mm的保温层在1100℃燃烧1.5小时不会造成保温结构损坏。适用于高中压缸本体及主再热蒸汽管道。华能河北邯峰电厂中压缸保温使用两年后，缸体保温外表温度40℃。•优良的憎水性和防腐性：阿斯彭超临界气凝胶保温毯的纳米特性带来的防水优势可有效应对潮湿环境、间歇操作流程及蒸汽管线设备，有效地预防管线、设备的腐蚀。•良好的机械性能：阿斯彭超临界气凝胶保温毯能够承受更高压力的冲击。•施工方便：阿斯彭超临界气凝胶保温毯密度低，容易裁剪、安装。•可重复使用，寿命达20年。汽轮机回热系统节能技术改造◆外置式蒸汽冷却器优化改造600MW及以上容量机组可增设外置式蒸汽冷却器（已投产机组改造应进行热平衡核算），利用三段抽汽的过热度，加热1号高加出口的部分给水，可提高给水温度3℃以上，并减少蒸汽的不可逆损失。◆0号高压加热器改造•上汽西门子600MW及以上机组，设计带有补汽阀，可采用外三经验，进行增加0号高加改造，汽源从补汽阀前接出，为可调抽汽。该技术是对传统的给水回热技术的拓展，通过增加调节式高压抽汽，维持低负荷下的给水温度尽可能不降低或减少降幅，提高经济性，大大减少了低负荷下锅炉省煤器出口烟温的降幅，能够彻底解决脱硝系统在低负荷下必须退出的问题；0号高加抽汽调节阀具有快速改变高压抽汽的能力，能显著改善机组的调频响应特性；另外低负荷下汽轮机抽汽量的增加还能提高机组的运行效率。•东汽、哈汽等机组改造，需在高压缸开孔抽汽。汽轮机回热系统节能技术改造◆疏水系统低加疏水泵优化改造•300MW机组普遍存在6号、7号低加疏水不畅通现象，运行中采用降低接入低加疏水高度，取消调节门前后截门并增加旁路管道等方案能有改善，但不能从根本解决。增加变频疏水泵后可以彻底解决疏水不畅问题，而且热量回收，提高经济性（耗电率基本无变化）•600MW及以上机组设计应增加疏水泵方案，约可降低10kJ/kW.h。◆轴封溢流接入位置改造•很多机组轴封溢流接入凝汽器，仅回收工质，未回收热量，而且造成凝汽器热负荷增加。•应将轴封溢流改至7号低压加热器。汽轮机回热系统节能技术改造◆凝结水系统优化改造•凝结水供汽动给水泵密封水优化改造•凝结水供冷渣器冷却水改造汽轮机回热系统节能技术改造◆过热器减温水接入位置改造•很多机组过热器减温水从给水泵出口接入，其影响能耗原理与高加旁路泄漏基本相同。•将过热器减温水接入位置改至省煤器给水入口。◆除氧器排汽回收改造汽轮机冷端系统节能技术改造◆高效真空泵系统改造•国内电厂配置水环式真空泵存在问题：效率低，功耗大；极限真空和抽吸能力受工作水温影响较大，会影响凝汽器真空；汽蚀现象不可避免。改造后可降低耗功80%左右，600MW及以上容量机组凝汽器真空提高约0.2kPa，彻底解决真空泵汽蚀问题。•改造方案：增加一套（两套）罗茨泵+小容量水环式真空泵系统。汽轮机冷端系统节能技术改造◆高效真空泵运行提高真空原理图汽轮机冷端系统节能技术改造◆高低背压凝汽器抽空气连接方式改造•上汽西门子600MW及以上等级机组因凝汽器结构不同，设计串联运行能够维持高低背压差压在正常范围不必改造。•东汽、哈汽600MW及以上等级机组设计为串联抽空气的应改为并联（可结合高效真空泵组改造）。汽轮机冷端系统节能技术改造◆循环水泵变频及冷端优化改造•目前火电厂机组配置循环水泵多为高低速调节，采用人工启、停循环水泵或进行高、低速切换来进行冷却水量调整，这种调节方式无法实现实时、准确的调节，人为操作存在不确定性，大大限制了循环水泵节能运行效果。•将一台循环水泵改为变频控制，以最经济真空为控制目标，实时调整循环水流量。汽轮机冷端系统节能技术改造◆冷却塔节能旋转式喷溅装置改造•反映喷溅装置性能指标有：泄流能力、喷溅范围、淋水均匀性。目前火电厂冷却塔喷溅装置大多配置反射型，易堵塞、掉头，工作效果较差。•将现有喷溅装置改为节能旋转式喷溅装置（已列入国家节能技术推广目录），可降低出塔水温1.5℃以上，提高凝汽器真空0.5kPa以上。汽轮机冷端系统节能技术改造◆胶球清洗装置改造•传统胶球清洗装置缺点：一次投球率较低；收球效果不能保证；对凝汽器管束中间区域清洗效果较好，两侧涡流区清洗效果较差。•将现有喷溅装置改为CQM胶球清洗装置，一次投球5000个以上，清洗效果较好。汽轮机冷端系统节能技术改造•◆汽轮机低压排汽通道优化改造•降低汽轮机排汽压力是电厂提高机组经济性、实现节能减排的最直接、最有效的方法之一。除在运行中提高凝汽器真空以降低排汽压力外，通过排汽通道优化、促使汽轮机排汽在进入凝汽器冷却管束时的流场分布尽量合理，可充分发挥凝汽器冷却管的有效换热面积、增加凝汽器实际总体换热系数，最终达到降低排汽压力、提高机组运行经济性的目的。•凝汽器冷却管汽侧换热系数随汽流速度升高而上升，并在汽流速度为40～50m/s时达到最高，汽流速度继续升高，汽侧换热系数将不再变化，同时汽阻必然增加。同理，若凝汽器冷却管束入口蒸汽流场有较大的低速区甚至是漩涡区存在，那么该区域的换热系数必然偏小。也就是说，冷却管汽侧汽流速度过高，不会提高换热系数，反而增加汽阻；冷却管汽侧汽流速度过低（甚至为漩涡），该区域换热系数必然降低。上述两种情况都不利于凝汽器性能的提高。若采取措施将高速汽流（速度高于50m/s）区的部分蒸汽分配到上述低速区（相当于“削峰填谷”），不仅降低高速区的汽阻，又可以提高原低速区管束换热系数，从而实现凝汽器的总体传热系数和换热效果的改善，最终达到降低排汽压力，提高机组经济性的目的。•凝汽器喉部布置的抽汽管道、7#和8#低加、众多支撑管以及小机排汽等可能对主机排汽流场产生不良影响，进而导致汽轮机排汽在凝汽器冷却管束的分布不尽合理，在一定程度上制约了凝汽器的冷却效果，针对汽轮机排汽通道进行有限元分析，制定相应的优化方案，改变汽流进入凝汽器冷却管束的流场，以提高凝汽器的换热性能。除在运行中提高凝汽器真空以降低排汽压力外，通过排汽通道优化、促使汽轮机排汽在进入凝汽器冷却管束时的流场分布尽量合理，可充分发挥凝汽器冷却管的有效换热面积、增加凝汽器实际总体换热系数，最终达到降低排汽压力、提高机组运行经济性的目的。汽轮机冷端系统节能技术改造◆冷却塔两机一塔改造•目前火电机组利用小时数较低，机组备用时间延长，再考虑机组大小修等因素，冷却塔闲置时间较多。•将两台凉水塔水池通过暗渠连接，两台机组凉水塔上水管路连接起来。在一台机组停运时，可以充分利用备用凉水塔的资源，约增大一倍的凉水塔面积，有效的降低出塔水温。汽轮机冷端系统节能技术改造◆空冷机组加装尖峰冷却器改造•空冷机组夏季运行背压高，机组带负荷困难，经济性降低。•在有稳定水源的条件下，可加装尖峰冷却器，分流一部分汽轮机排汽，降低凝汽器背压。冷却水有开式水冷却和闭式机力通风塔两种冷却方式。◆空冷机组加装雾化喷淋装置改造•空冷机组夏季运行背压高，机组带负荷困难，经济性降低。•利用除盐水向空冷岛内部翅片喷淋，可以降低背压，改善带负荷能力。汽轮机冷端系统节能技术改造•◆空冷岛采用冬季防冻监控系统•针对直接空冷系统在冬季出现的防冻问题，以数学模型为基础，以基管内壁平均温度与过冷度为判断基准，准确计算出空冷岛结冰时对应的机组背压，编制出空冷防冻及背压优化运行指导系统，该系统在保证机组空冷系统不结冰的情况下，可使机组运行背压降低1KPa左右，项目具有较高的经济效益。•◆空冷三角形散热器加装导流板•由于空冷风机的出口流速为旋转的切向流动，所以导致进入三角形散热面的冷却风流速很不均匀，局部处于旋转涡动中，使换热效果严重恶化，所以增加导流板引导风的动能合理利用，使整个换热面的流场分布均匀，换热均匀性和换热能力提高，一般可以使汽轮机的排汽温度下降1.4℃，真空提高1.6kPa。汽轮机供热系统节能技术改造◆机组（空冷、湿冷）高背压双转子供热改造•新加工一个低压缸转子（2*4级），冬季供热前更换。可以提高低压缸排汽温度至80℃，不足则由汽轮机抽汽供热网加热器补充加热。•供热初期采暖用量小，高背压运行机组带负荷能力下降，经济性降低。另外机组背压高、负荷低时蒸汽容积流量过小会导致低压缸叶片应力集聚上升，长时间会导致叶片裂纹甚至断裂。在改造时可对凝汽器进行改造，一部分冷却水保持原循环至冷却塔，并增加安全、经济监控软件：机组发电效益为正或背压高威胁机组安全运行时，该路冷却水接通。◆小型机组低真空循环水供热•小型机组（50MW及以下）可以直接采用低真空循环水供热。目前国内已有125MW机组成功实施。该技术适用于一级管网。•低真空循环水供热也要注意容积流量过小导致低压缸叶片应力急剧上升问题。汽轮机供热系统节能技术改造◆热网循环水泵背压机驱动改造•热网循环水泵采用背压机驱动，300MW机组汽源采用中压缸排汽，背压机排汽接入热网加热器，可以降低厂用电率。◆降低工业用汽（采暖用汽）节流损失技术改造•汽轮机工业抽汽与用户用汽参数不匹配，采用减温减压的方法，汽轮机抽汽（300MW机组中排）压力过高，与热网加热器进汽参数不匹配，需要节流进汽门。以上均会导致蒸汽的节流