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摘 要： 因东华电厂#1亚临界300MW机组存在供电煤耗偏高问题，通过对机组的现状进行准确的分析、评价，准确定位机组目前存在的问题主要是由于汽轮机本体汽封漏气和调节级喷嘴组出口面积设计裕度较大造成，为进一步节能减排，针对上述问题提出优化改造方案，最终实现能耗达到国内先进水平。
关键词： 东华电厂 汽轮机 优化设计
为贯彻集团公司领导提出的开拓思路、大胆创新的方针，解决亚临界300MW机组供电煤耗偏高问题，对华电内蒙古东华发电有限公司（简称东华电厂）#1机组汽轮机本体实施优化改造，使各项参数处于国内同类型机组的标杆值，能耗达到国内先进水平。为了全面了解和掌握机组热力特性、锅炉运行状况及热力系统各项技术指标，对机组的现状进行准确的评价，为大修中实施改造项目提供技术依据，对#1机组进行全面性能诊断试验，在对试验结果分析的基础上，通过现场摸查，准确定位机组目前存在的问题，针对这些问题，对国内、外主机生产厂家和其他电厂的成功改造经验进行充分的调研，并在此基础上提出合理的改造方案。
1.机组运行现状
东华发电有限公司#1汽轮机组为国产引进型300MW汽轮机组，汽轮机由东方汽轮机有限公司制造，为亚临界、中间一次再热、双缸双排气、单轴、抽气凝汽式汽轮机，型号为C300/227.6-16.7/0.55/537/537，给水回热系统由3台高压加热器、4台低压加热器和1台除氧器组成，加热器疏水均采用逐级自流方式，高、低压加热器为表面式加热器，除氧器为混合式加热器，给水系统配备三台50%容量电动泵。
2.能耗普查发现问题
（1）3VWO工况下，机组出力300MW，此时主蒸汽流量与额定主气流量有一定的差距，主要影响因素有：汽封漏汽量偏大；低压缸末级和次末级处于湿蒸汽区，存在一定的湿汽损失；缸体可能存在变形，有部分蒸汽泄漏。
（2）调节级喷嘴组出口面积为245.572cm■，设计裕度较大。
3.调节级喷嘴改造
3.1改造依据
由于设计、制造、安装等方面存在不合理因素和缺陷，国产引进型300MW汽轮机普遍存在调节级实际效率低于设计值的问题。调节级效率低于设计值，将导致高压缸效率显著降低，限制机组出力。
机组设计时，为了满足机组出力和超负荷运行，机组设计裕度偏大，喷嘴组出口面积为245.572cm■，有必要优化喷嘴出口面积。
3.2改造方案
随着计算机技术和计算流体动力学技术的发展，三维黏性数值模拟在透平机械设计领域得到了广泛应用，以准三维/全三维气动热力分析计算为核心的汽轮机通流部分设计方法已成熟。目前，国内外已普遍采用先进成熟的三维气动设计理论进行汽轮机通流部分设计，静叶采用后加载叶型、复合弯扭叶片，动叶沿叶高反扭，改善参数沿叶高的分布，减少径向和端部二次流损失，型线速度分布合理，末级根部反动度提高，利于变工况运行，提高了低负荷运行能力和安全性，改善了机组调峰性能，降低了汽封漏气损失等。以弯扭联合成型全三维叶片为代表的第三代通流设计已进入工业化实用阶段，可在提高通流效率的同时提高出力。
（1）通过更换新设计的调节级喷嘴，优化喷嘴组叶片型线，改善调节级动、静叶片的气动载荷分布，减少叶栅通道的二次流损失；优化子午面收缩型线及通道收缩比，降低静叶通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。
（2）在保证机组出力的前提下，合理设计并适当减少喷嘴导叶数量、缩小喷嘴组出口面积，提高汽轮机的相对内效率和机组的循环热效率。
（3）在喷嘴组中分面处加装门型键，以减少中分面漏气。
（4）目前调节级4个喷嘴组之间的周向间隙较大，使未作功的高品质蒸汽从相邻喷嘴错位搭接结构二侧分别漏到喷嘴组后面，经高中压间过桥汽封漏出，或经高压缸夹层和冷却蒸汽管漏向高排区，导致高品质蒸汽能量损失。新设计喷嘴采用新技术，缩小高压喷嘴组周向间隙，减小能量损失。
3.3改造预期
汽轮机调节级喷嘴组进行改造后，调节级效率将显著提高，汽轮机的性能将得到有效改善，达到机组降耗、增容的目的：改造后3VWO工况下，调节级效率达到65%以上。
4.主机汽封改造
4.1改造依据
目前，机组汽封采用传统的梳齿式汽封，汽封型式比较落后，间隙比较大，为了减少汽封漏气，提高缸效，特进行汽封优化改造。
结合几十台机组的汽封改造经验，确定各种新型汽封在汽轮机各部位的优点和劣势，通过不同汽封的组合，达到最佳效果，保证机组的安全性的同时提高高中低压缸效率，建议对集中检修的各电厂的汽封改造组织打包招标，以在降低成本的同时采用最佳改造组合方案取得最佳效果。
目前，新型汽封主要有布莱登汽封、接触式汽封、刷式汽封、侧齿汽封和蜂窝汽封等。其中布莱登汽封、接触式汽封和刷式汽封依靠减小汽封间隙，强化密封效果，减少漏气损失；侧齿汽封和蜂窝汽封通过改变汽封腔室结构，强化密封效果，从而减少漏气所造成的损失。
4.2改造方案
（1）机组于2008年进行了高中压缸汽封改造，其中高中压过桥汽封、高压排汽侧平衡环、高压隔板、中压隔板汽封改为布莱登汽封。本次机组大修期间，对布莱登汽封进行重点检查，特别是过桥汽封，更换失效和损坏的弹簧；
（2）对于高中压叶顶汽封等镶嵌式汽封，本次大修以间隙调整为主，将间隙调整至设计下限；
（3）低压缸隔板汽封改为蜂窝汽封；
（4）低压缸前后轴封更换为铁素体蜂窝汽封。
4.3汽封改造的工作量和技术要求
如组装前转子存在弯曲度（设为L），则该转子的间隙控制标准根据弯曲度情况进行修正：轴弯曲最大点部位控制标准根据上述控制标准增加L，两端不变，其他部位增加值酌情减小。
铁素体蜂窝汽封的可退让高齿的材料要求采用铁素体材料，经现场测绘后，加工毛坯送达现场进行精加工，以保证其同心度和间隙要求。
蜂窝汽封经现场测绘后，加工毛坯送达现场进行精加工，以保证其同心度和间隙要求。
动叶叶顶和叶根梳齿式汽封重新镶嵌后，应现场整圈加工，以保证其同心度和间隙要求。
4.4工序和工艺要求
设备解体后应采用全实缸压铅丝的方法测量修前间隙，如设备解体后发现汽缸存在张口，应采用冷紧或热紧的方法，在消除汽缸张口的情况下测量各处实际间隙。高中低压缸均应在隔板洼窝中心验收合格后，采用全实缸验收汽封间隙符合要求。
综上分析看出，本体改造投资低，可降低煤耗较多，投资回收期不长，经济效益明显。汽轮机改造目前已是成熟的技术，几乎不存在技术上的风险，国内不少同类型机组已经改造成功，经改造后，可以取得良好的经济效益和社会效益。
关键词： 东华电厂 汽轮机 优化设计
为贯彻集团公司领导提出的开拓思路、大胆创新的方针，解决亚临界300MW机组供电煤耗偏高问题，对华电内蒙古东华发电有限公司（简称东华电厂）#1机组汽轮机本体实施优化改造，使各项参数处于国内同类型机组的标杆值，能耗达到国内先进水平。为了全面了解和掌握机组热力特性、锅炉运行状况及热力系统各项技术指标，对机组的现状进行准确的评价，为大修中实施改造项目提供技术依据，对#1机组进行全面性能诊断试验，在对试验结果分析的基础上，通过现场摸查，准确定位机组目前存在的问题，针对这些问题，对国内、外主机生产厂家和其他电厂的成功改造经验进行充分的调研，并在此基础上提出合理的改造方案。
1.机组运行现状
东华发电有限公司#1汽轮机组为国产引进型300MW汽轮机组，汽轮机由东方汽轮机有限公司制造，为亚临界、中间一次再热、双缸双排气、单轴、抽气凝汽式汽轮机，型号为C300/227.6-16.7/0.55/537/537，给水回热系统由3台高压加热器、4台低压加热器和1台除氧器组成，加热器疏水均采用逐级自流方式，高、低压加热器为表面式加热器，除氧器为混合式加热器，给水系统配备三台50%容量电动泵。
2.能耗普查发现问题
（1）3VWO工况下，机组出力300MW，此时主蒸汽流量与额定主气流量有一定的差距，主要影响因素有：汽封漏汽量偏大；低压缸末级和次末级处于湿蒸汽区，存在一定的湿汽损失；缸体可能存在变形，有部分蒸汽泄漏。
（2）调节级喷嘴组出口面积为245.572cm■，设计裕度较大。
3.调节级喷嘴改造
3.1改造依据
由于设计、制造、安装等方面存在不合理因素和缺陷，国产引进型300MW汽轮机普遍存在调节级实际效率低于设计值的问题。调节级效率低于设计值，将导致高压缸效率显著降低，限制机组出力。
机组设计时，为了满足机组出力和超负荷运行，机组设计裕度偏大，喷嘴组出口面积为245.572cm■，有必要优化喷嘴出口面积。
3.2改造方案
随着计算机技术和计算流体动力学技术的发展，三维黏性数值模拟在透平机械设计领域得到了广泛应用，以准三维/全三维气动热力分析计算为核心的汽轮机通流部分设计方法已成熟。目前，国内外已普遍采用先进成熟的三维气动设计理论进行汽轮机通流部分设计，静叶采用后加载叶型、复合弯扭叶片，动叶沿叶高反扭，改善参数沿叶高的分布，减少径向和端部二次流损失，型线速度分布合理，末级根部反动度提高，利于变工况运行，提高了低负荷运行能力和安全性，改善了机组调峰性能，降低了汽封漏气损失等。以弯扭联合成型全三维叶片为代表的第三代通流设计已进入工业化实用阶段，可在提高通流效率的同时提高出力。
（1）通过更换新设计的调节级喷嘴，优化喷嘴组叶片型线，改善调节级动、静叶片的气动载荷分布，减少叶栅通道的二次流损失；优化子午面收缩型线及通道收缩比，降低静叶通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。
（2）在保证机组出力的前提下，合理设计并适当减少喷嘴导叶数量、缩小喷嘴组出口面积，提高汽轮机的相对内效率和机组的循环热效率。
（3）在喷嘴组中分面处加装门型键，以减少中分面漏气。
（4）目前调节级4个喷嘴组之间的周向间隙较大，使未作功的高品质蒸汽从相邻喷嘴错位搭接结构二侧分别漏到喷嘴组后面，经高中压间过桥汽封漏出，或经高压缸夹层和冷却蒸汽管漏向高排区，导致高品质蒸汽能量损失。新设计喷嘴采用新技术，缩小高压喷嘴组周向间隙，减小能量损失。
3.3改造预期
汽轮机调节级喷嘴组进行改造后，调节级效率将显著提高，汽轮机的性能将得到有效改善，达到机组降耗、增容的目的：改造后3VWO工况下，调节级效率达到65%以上。
4.主机汽封改造
4.1改造依据
目前，机组汽封采用传统的梳齿式汽封，汽封型式比较落后，间隙比较大，为了减少汽封漏气，提高缸效，特进行汽封优化改造。
结合几十台机组的汽封改造经验，确定各种新型汽封在汽轮机各部位的优点和劣势，通过不同汽封的组合，达到最佳效果，保证机组的安全性的同时提高高中低压缸效率，建议对集中检修的各电厂的汽封改造组织打包招标，以在降低成本的同时采用最佳改造组合方案取得最佳效果。
目前，新型汽封主要有布莱登汽封、接触式汽封、刷式汽封、侧齿汽封和蜂窝汽封等。其中布莱登汽封、接触式汽封和刷式汽封依靠减小汽封间隙，强化密封效果，减少漏气损失；侧齿汽封和蜂窝汽封通过改变汽封腔室结构，强化密封效果，从而减少漏气所造成的损失。
4.2改造方案
（1）机组于2008年进行了高中压缸汽封改造，其中高中压过桥汽封、高压排汽侧平衡环、高压隔板、中压隔板汽封改为布莱登汽封。本次机组大修期间，对布莱登汽封进行重点检查，特别是过桥汽封，更换失效和损坏的弹簧；
（2）对于高中压叶顶汽封等镶嵌式汽封，本次大修以间隙调整为主，将间隙调整至设计下限；
（3）低压缸隔板汽封改为蜂窝汽封；
（4）低压缸前后轴封更换为铁素体蜂窝汽封。
4.3汽封改造的工作量和技术要求
如组装前转子存在弯曲度（设为L），则该转子的间隙控制标准根据弯曲度情况进行修正：轴弯曲最大点部位控制标准根据上述控制标准增加L，两端不变，其他部位增加值酌情减小。
铁素体蜂窝汽封的可退让高齿的材料要求采用铁素体材料，经现场测绘后，加工毛坯送达现场进行精加工，以保证其同心度和间隙要求。
蜂窝汽封经现场测绘后，加工毛坯送达现场进行精加工，以保证其同心度和间隙要求。
动叶叶顶和叶根梳齿式汽封重新镶嵌后，应现场整圈加工，以保证其同心度和间隙要求。
4.4工序和工艺要求
设备解体后应采用全实缸压铅丝的方法测量修前间隙，如设备解体后发现汽缸存在张口，应采用冷紧或热紧的方法，在消除汽缸张口的情况下测量各处实际间隙。高中低压缸均应在隔板洼窝中心验收合格后，采用全实缸验收汽封间隙符合要求。
综上分析看出，本体改造投资低，可降低煤耗较多，投资回收期不长，经济效益明显。汽轮机改造目前已是成熟的技术，几乎不存在技术上的风险，国内不少同类型机组已经改造成功，经改造后，可以取得良好的经济效益和社会效益。