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摘 要：本文阐述了300MW汽轮机低压缸排汽流场不合理分布对凝汽器性能和汽轮机排汽压力的影响，并通过大唐国际丰润热电公司在凝汽器汽侧通道安装导流板的技改优化改造实例，说明了加装导流板对提高机组运行效率的实际意义。
关键词：汽轮机 导流板 低压缸 排汽通道
低压缸是汽轮机组的重要组成部分，它起到的主要作用之一就是将通流部分末级轴向排汽引导入凝汽器，并把低压缸末级叶栅出口余速动能转化为压力能。在排汽装置真空度给定条件下，降低末级叶栅栏出口截面处地静压，可增加齐鲁及的配置焓降，提高汽轮机的热效率。国产300MW汽轮机普遍存在出口背压偏高，凝汽器喉部通道汽阻较大，能耗偏高的問题。
河北大唐国际丰润热电有限责任公司2台300MW热电联产汽轮机组为哈汽公司生产的C250/N300-16.7/538/538型亚临界供热凝汽式汽轮机。该型汽轮机组也存在以上能耗偏高问题。
一、原因分析
低压缸排汽压力偏高的原因主要是排汽端通道结构缺陷所致。丰润热电公司的2台汽轮机和国产大多数汽轮机一样，其低压缸采用了径向排汽结构，其扩压部分未设置导流装置；同时凝汽器喉部横向设置了#7、8低压加热器，抽汽管道及喉部支撑架，这样的结构不仅造成排汽通道流体阻力系数很大，而且凝汽器换热管束入口处的低压缸排汽流场分布很不均匀，使凝汽器内不同位置的换热管热负荷偏差大，等于减少了凝汽器的有效换热面积，进而影响汽轮机的排汽真空度，造成汽轮机的运行效率和出力降低，预期在夏季工况时问题更为突出。因此对此类排汽结构的汽轮机低压缸排汽通道进行技改优化是十分必要的。
二、低压缸排汽流场分布原理
汽轮机低压缸排汽部分至凝汽器喉部通道蒸汽流场分布示意图，见图1.-图5.。
图1.低压缸排汽部分结构图 图2.低压缸子午面排汽流场分布示意图
图3.低压缸轴向排汽横截面流场分布示意图
图4.低压缸排汽出口处蒸汽流场分布示意图
图5.凝汽器换热管束入口处蒸汽流场分布示意图
图2-图5为低压缸排汽至凝汽器汽侧喉部通道的一般流场形式。首先在子午面（图2）的主轴线以上，汽流穿过进口环形区域后进行扩张，然后转向进入汽缸拱顶，在拱顶和导流环之间形成一个强回流区，最后沿背面挡板和锥形面流下。在主轴线以下，蒸汽经过相似的转向由出口直接流出。科研看出，邻近导流环下方有一弱回流区，这是由于低压缸排汽部分上部来刘交会与下方汽流引流补气作用共同形成的。其次在垂直于低压缸主轴线的横截面（图3）内，随着位置的变化，中心导流环半径不断增大，使进口为轴向的汽流逐渐扩张为径向流动。与子午面内流动相似，导流环下方存在弱回流。另外，由低压缸排汽出口的截面可观察到强回流区，这是两个左右旋向不同的二次涡流。该二次涡流将会一直延伸到凝汽器换热管束入口处，涡流区地蒸汽流场极不均匀，这样就不能充分利用凝汽器的换热面积，并且使不凝气体聚集，造成传热系数下降，影响凝汽器的传热效果及传热端差，进而使凝汽器真空度降低，汽轮机排汽压力升高，不利于机组的经济运行。
三、技术改造实施
为提高汽轮机组运行经济性，减少凝汽器换热管束入口处的排汽涡流，河北大唐国际丰润热电有限责任公司在2013年8月份利用2号机组A级检修的机会，对汽轮机低压缸排汽通道进行了技术改造，即根据理论计算和流场模拟实验结果，在低压缸排汽至凝汽器入口通道内的不同位置加装若干个不锈钢“导流板”，导流板安装示意图如图6所示。
图6.凝汽器喉部加装导流板示意图图7.技改前凝汽器竖直向流场热成像图
四、效果对比
从图7.图8技改前后凝汽器汽侧竖直向整体流场热成像图对比可以看出，安装导流板后，汽轮机排汽更加顺畅地进入凝汽器，原来不合理的竖直向流场分布得到了明显改善，凝汽器换热能力得到了增强，从而实现了提高凝汽器真空的目的。
图8技改后凝汽器竖直向流场热成像图
根据图9.图10.技改前后凝汽器换热管束入口水平截面处蒸汽流场分布效果对比，可以看出，增装导流板有效破坏了两个左右旋向不同的二次涡流场，水平向流场不均匀性得到了显著改善，低压缸排汽扩压能力明显增强。
图9.改造前，凝汽器换热管束入口处蒸汽流场分布效果示意图
图10.改造后，凝汽器换热管束入口处蒸汽流场分布效果示意图
五、节能计算及分析
汽轮机排汽通道优化技改，使凝汽器换热管束入口蒸汽流场分布合理后，可以有效提高凝汽器的换热系数，降低端差，这也证明了蒸汽流场对凝汽器运行效果有真要的影响。丰润热电公司2号机组技改前后，凝汽器传热系数和端差对比见“表1”。
表1.技改前后凝汽器传热系数和端差计算值
通过实验和长期统计，丰润热电公司2号机组技改前后循环水温与凝汽器压力对应表见“表2”。通过该表可以看出，汽轮机蒸汽负荷率为100%时，循环水入口温度在10-33℃范围变化时，凝汽器真空度可提高0.4-0.7Kpa。
表2.技改前后循环水温与凝汽器压力对应表
按照全年平均工况，循环冷却水入口平均温度20℃，机组平均负荷80%计算，技改后丰润热电公司2号机组凝汽器真空度平均可提高0.35 Kpa，对应供电煤耗下降0.73g/kWh。按照机组每年实际运行时间7000h，机组平均负荷率80%计算，机组每年节约标煤3×105×0.8×7000×0.73×10-6=1226.4t，每吨标煤按1000元人民币计算，技改后，由于供电煤耗降低，2号机组每年增加经济效益为：1226.4×1000/10000=122.64万元人民币。
六、结论
国产300MW汽轮机原设计低压缸排汽机构普遍存在缺陷，导致排汽通道损失系数很高，凝汽器换热管束入口蒸汽流场分布不均，影响汽轮机排汽的真空度。通过在低压缸排汽至凝汽器入口的通道中合理安装“导流板”，可有效降低汽轮机排汽汽场分布不均匀程度，显著增强凝汽器的换热能力，从而提高汽轮机组的运行经济性。
参考文献
[1] G6.6-0.78（8）型汽轮机说明书. 东方汽轮机厂. 2002.
[2] 火电厂汽轮机运行调试检修与维护手册. 银声音像出版社. 谢天宇. 2004.
[3] 电业应用文书写作. 中国电力出版社. 何建民. 2001.
[4] C250/N300-16.7/538/538型汽轮机说明书. 哈尔滨汽轮机厂. 2007.
[5] 汽轮机本体检修. 中国电力出版. 潘怀德 . 2008.
关键词：汽轮机 导流板 低压缸 排汽通道
低压缸是汽轮机组的重要组成部分，它起到的主要作用之一就是将通流部分末级轴向排汽引导入凝汽器，并把低压缸末级叶栅出口余速动能转化为压力能。在排汽装置真空度给定条件下，降低末级叶栅栏出口截面处地静压，可增加齐鲁及的配置焓降，提高汽轮机的热效率。国产300MW汽轮机普遍存在出口背压偏高，凝汽器喉部通道汽阻较大，能耗偏高的問题。
河北大唐国际丰润热电有限责任公司2台300MW热电联产汽轮机组为哈汽公司生产的C250/N300-16.7/538/538型亚临界供热凝汽式汽轮机。该型汽轮机组也存在以上能耗偏高问题。
一、原因分析
低压缸排汽压力偏高的原因主要是排汽端通道结构缺陷所致。丰润热电公司的2台汽轮机和国产大多数汽轮机一样，其低压缸采用了径向排汽结构，其扩压部分未设置导流装置；同时凝汽器喉部横向设置了#7、8低压加热器，抽汽管道及喉部支撑架，这样的结构不仅造成排汽通道流体阻力系数很大，而且凝汽器换热管束入口处的低压缸排汽流场分布很不均匀，使凝汽器内不同位置的换热管热负荷偏差大，等于减少了凝汽器的有效换热面积，进而影响汽轮机的排汽真空度，造成汽轮机的运行效率和出力降低，预期在夏季工况时问题更为突出。因此对此类排汽结构的汽轮机低压缸排汽通道进行技改优化是十分必要的。
二、低压缸排汽流场分布原理
汽轮机低压缸排汽部分至凝汽器喉部通道蒸汽流场分布示意图，见图1.-图5.。
图1.低压缸排汽部分结构图 图2.低压缸子午面排汽流场分布示意图
图3.低压缸轴向排汽横截面流场分布示意图
图4.低压缸排汽出口处蒸汽流场分布示意图
图5.凝汽器换热管束入口处蒸汽流场分布示意图
图2-图5为低压缸排汽至凝汽器汽侧喉部通道的一般流场形式。首先在子午面（图2）的主轴线以上，汽流穿过进口环形区域后进行扩张，然后转向进入汽缸拱顶，在拱顶和导流环之间形成一个强回流区，最后沿背面挡板和锥形面流下。在主轴线以下，蒸汽经过相似的转向由出口直接流出。科研看出，邻近导流环下方有一弱回流区，这是由于低压缸排汽部分上部来刘交会与下方汽流引流补气作用共同形成的。其次在垂直于低压缸主轴线的横截面（图3）内，随着位置的变化，中心导流环半径不断增大，使进口为轴向的汽流逐渐扩张为径向流动。与子午面内流动相似，导流环下方存在弱回流。另外，由低压缸排汽出口的截面可观察到强回流区，这是两个左右旋向不同的二次涡流。该二次涡流将会一直延伸到凝汽器换热管束入口处，涡流区地蒸汽流场极不均匀，这样就不能充分利用凝汽器的换热面积，并且使不凝气体聚集，造成传热系数下降，影响凝汽器的传热效果及传热端差，进而使凝汽器真空度降低，汽轮机排汽压力升高，不利于机组的经济运行。
三、技术改造实施
为提高汽轮机组运行经济性，减少凝汽器换热管束入口处的排汽涡流，河北大唐国际丰润热电有限责任公司在2013年8月份利用2号机组A级检修的机会，对汽轮机低压缸排汽通道进行了技术改造，即根据理论计算和流场模拟实验结果，在低压缸排汽至凝汽器入口通道内的不同位置加装若干个不锈钢“导流板”，导流板安装示意图如图6所示。
图6.凝汽器喉部加装导流板示意图图7.技改前凝汽器竖直向流场热成像图
四、效果对比
从图7.图8技改前后凝汽器汽侧竖直向整体流场热成像图对比可以看出，安装导流板后，汽轮机排汽更加顺畅地进入凝汽器，原来不合理的竖直向流场分布得到了明显改善，凝汽器换热能力得到了增强，从而实现了提高凝汽器真空的目的。
图8技改后凝汽器竖直向流场热成像图
根据图9.图10.技改前后凝汽器换热管束入口水平截面处蒸汽流场分布效果对比，可以看出，增装导流板有效破坏了两个左右旋向不同的二次涡流场，水平向流场不均匀性得到了显著改善，低压缸排汽扩压能力明显增强。
图9.改造前，凝汽器换热管束入口处蒸汽流场分布效果示意图
图10.改造后，凝汽器换热管束入口处蒸汽流场分布效果示意图
五、节能计算及分析
汽轮机排汽通道优化技改，使凝汽器换热管束入口蒸汽流场分布合理后，可以有效提高凝汽器的换热系数，降低端差，这也证明了蒸汽流场对凝汽器运行效果有真要的影响。丰润热电公司2号机组技改前后，凝汽器传热系数和端差对比见“表1”。
表1.技改前后凝汽器传热系数和端差计算值
通过实验和长期统计，丰润热电公司2号机组技改前后循环水温与凝汽器压力对应表见“表2”。通过该表可以看出，汽轮机蒸汽负荷率为100%时，循环水入口温度在10-33℃范围变化时，凝汽器真空度可提高0.4-0.7Kpa。
表2.技改前后循环水温与凝汽器压力对应表
按照全年平均工况，循环冷却水入口平均温度20℃，机组平均负荷80%计算，技改后丰润热电公司2号机组凝汽器真空度平均可提高0.35 Kpa，对应供电煤耗下降0.73g/kWh。按照机组每年实际运行时间7000h，机组平均负荷率80%计算，机组每年节约标煤3×105×0.8×7000×0.73×10-6=1226.4t，每吨标煤按1000元人民币计算，技改后，由于供电煤耗降低，2号机组每年增加经济效益为：1226.4×1000/10000=122.64万元人民币。
六、结论
国产300MW汽轮机原设计低压缸排汽机构普遍存在缺陷，导致排汽通道损失系数很高，凝汽器换热管束入口蒸汽流场分布不均，影响汽轮机排汽的真空度。通过在低压缸排汽至凝汽器入口的通道中合理安装“导流板”，可有效降低汽轮机排汽汽场分布不均匀程度，显著增强凝汽器的换热能力，从而提高汽轮机组的运行经济性。
参考文献
[1] G6.6-0.78（8）型汽轮机说明书. 东方汽轮机厂. 2002.
[2] 火电厂汽轮机运行调试检修与维护手册. 银声音像出版社. 谢天宇. 2004.
[3] 电业应用文书写作. 中国电力出版社. 何建民. 2001.
[4] C250/N300-16.7/538/538型汽轮机说明书. 哈尔滨汽轮机厂. 2007.
[5] 汽轮机本体检修. 中国电力出版. 潘怀德 . 2008.