茂名电厂节能改造可行性方案.doc
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1、粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 粤电茂名粤电茂名电电厂厂 300MW300MW 汽轮机汽轮机节节通流改造通流改造 可行性可行性方案方案 东方汽轮机有限公司 2012.4 粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 目 录 1 前言 2 项目提出的背景及节能增容改造的必要性 3 汽轮机通流部分改造前期工作及调研 4 汽轮机通流部分改造技术 5 汽轮机通流部分改造方案 6 改造部分的技术经济性分析、预期效果及方案选择 7 结束语 粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 1 前言 随着“节能减排”系列
2、 政策的逐步实施,煤耗高,机组运行经济性差的发电企业的供电成本高,经济效益差;而且由于其单位发电量的排污量大,达不到节能减排的指标因而年发电的当量小时数必然减少,从而陷入煤耗高低负荷率煤耗更高年当量可用小时数更少的恶性循环。发电企业要在日益激烈的发电市场竞争中保持领先的态势,必须客观地综合分析电站的系统能耗源,应用当代先进技术实施对主要节能设备进行现代化改造,实现大幅降低汽轮发电机组的供电煤耗水平的目标。为落实国家提出的节能减排产业政策,建设资源节约型、环境友好型社会。东方汽轮机有限公司就茂名电厂 300MW 机组现状分析,提出机组改造的可行性,科学挖掘设备潜力,对机组进行节能降耗改造。通过对
3、汽轮机通流部分的改造,在保持锅炉蒸汽参数不变的情况下,提高汽轮机高、中、低缸效率,能够显著降低汽轮机热耗,实现无煤耗增容。通流改造,可同时消除机组设备存在的安全隐患和运行中暴露的问题,主要部件更换后,设备预期寿命大幅度延长,可靠性提高,延长机组检修周期,降低以后的维护成本。最终目的是提高恒运电厂在发电市场的竞争能力。2 项目提出的背景及节能增容改造的必要性 2.1 2.1 项目提出的背景项目提出的背景 随着全球及国内经济的巨大发展及能源形势的急剧变化,燃煤发电厂面临的环保要求日益严格,经营形势日益严峻,突出表现为:(1 1)节能减排已成为燃煤发电企业发展的两个约节能减排已成为燃煤发电企业发展的
4、两个约束性指标束性指标 国务院发布的能源发展“十一五”规划纲要中明确提出了“建设资源节约型、环境友好型社会;坚持开发节约并重、节约优先,按照减量化、再利用、资源化的原则;大力推进节能节水节地节材,加强资源综合利用,完善再生资源回收利用体系,全面推粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 行清洁生产,形成低投入、低消耗、低排放和高效率的节约型增长方式”。这表明节能降耗和减少排放已成为对燃煤发电企业生产的两个约束性指标。(2)燃煤发电企业的电量调度已经由铭牌调度逐步向节能调度调整 2007 年 8 月国务院转发了由国家发改委、环保总局、电监会、能源办制定的节能发电调度
5、办法,对于燃煤机组按照能耗水平由低到高排序,按照煤耗水平进行电量调度,并安排首先在广东、贵州、四川和江苏、河南五省进行试点。在实际节能调度操作中关于机组能耗水平的认定在暂依照设备制造商提供的机组能耗为标准,逐步过渡到按照机组实测能耗数值排序。随着电力供求矛盾的逐步缓减,新的电源点不断投运,燃煤发电企业的生产和发展将受到限制,其经营形势变得非常严峻,将面临激烈的竞争。公司只有对外不断争取市场份额,对内强化管理、最大限度的降低消耗,对低效高耗得主辅机进行技术更新改造,才能在激烈的市场竞争中生存和发展。2.22.2 项目提出的必要性项目提出的必要性 具有直接经济效益的发电厂技术改造项目可以分为三种类
6、型:a)以增加收入为主的技术改造项目。b)已节约成本费用为主的技术改造项目。c)既增加收入又节约成本费用的技术改造项目。根据发电公司各主辅设备的经济性和安全性状况,又可分为锅炉设备改造、锅炉辅助系统设备改造;汽轮机本体改造、热力系统优化改造、冷端优化及改造等。2.2.1 原机组概况 茂名电厂 300MW 机组是东方汽轮机有限公司生产的 N30016.67/537/5378 型(D300N 合缸型)亚临界、一次中间再热、两缸两排汽凝汽式汽轮机,于 2007 年 5 月正式投运。原设计机组的主要技术规范见表 2-1。粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 表 2-1
7、 汽轮机技术规范 制造厂 东方汽轮机有限公司 型号 N30016.7/537/5378 型(合缸)型式 亚临界中间再热两缸两排汽凝汽式汽轮机 额定功率 300MW 最大出力 333MW 汽轮机转速 3000rpm 旋转方向 从机头看为顺时针方向 额定主汽压力 16.67MPa 主汽温度 537 高压缸排汽温度 318.2 高压缸排汽压力 3.53 MPa 再热蒸汽温度 537 再热蒸汽压力 3.17MPa 中压缸排汽温度 337 中压缸排汽压力 0.799MPa 排汽压力 7.7kPa 汽轮机最大进汽量 1025t/h 回热系统 8 级(3 高加 1 除氧器 4 低加)额定工况下给水温度 27
8、8.9 汽轮机通流级数 通流级数共 27 级,即高压缸:1+8;中压缸:6 级;低压缸:26 级 末叶片长度 851mm 盘车转速 4.1rpm 给水泵拖动方式 给水泵小汽轮机驱动 汽轮机结构特性:通流级数共 27 级,高中压为合缸结构,其中高压缸包括 1 个单列调节级和 8 个压力级;中压缸为 6 压力级;低压缸采用分流对置,压力级数为 26,末级叶片高度为 851mm。高中压缸和低压缸均为双层缸结构,汽轮机共有两个转子,即高中压转子和低压转子,两个转子之间为刚性联轴器连接,两个转子用四个轴承支撑,推粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 力轴承设置在高中压轴
9、承座靠近 2 号轴承,推力轴承由工作瓦和非工作瓦组成。2.2 原机组存在的问题分析 2.2.1 原机组通流设计存在的问题 东汽生产的 D300N 机型在设计开发于二十世纪初,虽然应用了当时的先进技术,但受当时的总体技术水平限制,也存在不足,技术水平相对于目前先进技术有一定差距,尤其体现在高中压部分。对 D300N 机型原设计方案的高、中压通流联算分析可知,原设计高压根径和级数 9 级,各级焓降偏大,原设计根部反动度偏小,还有各级导叶片出气角偏小,使其安装角偏离最佳范围。中压根径和级数 6 级,各级焓降偏大。静动叶片型线气动性能不佳,其通流效率必然不能达到高水平。2.2.2 原机组原机组制造及安
10、装制造及安装、运行方面运行方面问题问题 国内电厂汽轮机(包括东汽产品)在通流部件的制造、安装、运行质量方面一直存在质量控制不精细的问题,主要表现在:静动叶片的型线形状和位置度公差超差比例较高;现场安装不精细,导致通流间隙严重大于设计值,产生较大内漏损失,如某电厂国产 300MW 机组大修发现,中压隔板汽封严重磨损,中分面右侧汽封间隙比左侧大约1.52 mm;不适当的运行造成汽封严重磨损和水质差导致流道表面严重结垢(见下图);粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 图 2-1 通流叶片表面严重结构和腐蚀(运行 3 年后)上述各方面对通流设计效率定性影响是确定的,定
11、量上比较困难,要针对具体的特例具体分析。由于制造、安装偏差使机组热耗增加约占机组设计热耗的 0.5%1.5%,运行条件的恶劣可使机组效率下降率达到 0.3%/年。因此提高制造、安装质量和运行质量也是提高机组经济性的重要措施之一。2.2.3 原机组经济性评原机组经济性评价价 如前所述,由于原设计技术相对落后,而且加上当时加工制造精度不高,安装质量控制不严,机组运行老化等原因,导致目前机组运行的实际热耗值远高于设计值,供电煤耗较高。根据在运的同型号的机组实际运行热耗的统计,现存的 D300N 机型的平均热耗在1950kcal/kw.h1990kcal/kw.h 的水平。茂名电厂 300MW 机组的
12、实际热耗高达 kJ/kWh(kcal/kWh),高出设计值 kJ/kWh(kcal/kWh)以上。目前,东汽应用当代先进通流技术新开发设计的亚临界 300MW 等级汽轮机的实际热耗在 190010 kCal/kWh 左右,高压缸效率可达 85、中压缸效率可达 92,低压缸效率在 87.5以上,达到国际先进水平的前列。腐蚀斑 结垢层 粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 茂名电厂 300MW 机组通过机组性能试验数据可知,实测高、中、低压缸效率均低于当前亚临界机组的先进水平,热耗值高于当前亚临界机组的先进水平,完全有必要通过通流改造提高机组内效率,以达到提高机组
13、经济指标的目的。2.2.4 通过全面改造解决机组存在的设计及运行安全性缺陷 国内 300MW 机组一般存在以下一些共性问题:机组经长期运行后通流效率低,热耗高;高中压外缸变形;轴端汽封及隔板汽封漏汽、油中进水问题;低压末级叶片出汽边水蚀严重;通过对机组进行包括通流改造在内的全面优化改造,利用目前最新技术方案可以解决和消除机组存在的上述问题和缺陷。2.2.5 提高机组调峰能力以适应电网的要求 通过本次改造,提高机组安全可靠性,优化调门调节特性等措施,以提高机组的调峰能力。3 3 汽轮机组通流部分改造前期工作和调研汽轮机组通流部分改造前期工作和调研 国内同设计年代的 300MW 现役汽轮机目前已在
14、宣威电厂进行了通流改造。茂名电厂对汽轮机组通流部分改造进行了大量的前期调研工作。为尽早进行机组通流部分技术改造工作,茂名电厂委托东汽进行了机组通流部分改造的初步工作。充分了解了东汽 300MW汽轮机组通流部分改造的初步方案及改造后的效果。(1 1)汽轮机通流部分改造技术成熟,应用广泛,安全可靠汽轮机通流部分改造技术成熟,应用广泛,安全可靠 经调研,汽轮机通流部分改造技术成熟,应用广泛。东汽有近百台以上改造业绩。50MW、100MW、125MW、200MW、300MW 乃至 600MW 机组均有通流改造的业绩。东汽最近 300MW 改造业绩:粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东
15、方汽轮机有限公司 改造电厂名 机组编号 改造方案及内容 实施时间 1 山东德州发电厂 4机D4210 高中低压新转子、新低压内缸 08年4月 2 大唐三门峡电厂 2#机D4213 高中低压新转子、新低压内缸 07年11月 3 大唐国际张家口电厂 2#机D122 高中压新转子、新低压内缸 08年1月 4 大唐安阳发电厂 9#机D4214 高中低压新转子、新高、低压内缸 09年12月 5 华能上安电厂 3#、4#D300H2、4 高中低压新转子、新高、低压内缸 10年2月 6 大唐三门峡电厂 1#机D4211 高中低压新转子、新高、低压内缸 合同执行 7 华能德州发电厂 3#机D427 高中低压新
16、转子、新高、低压内缸 10年5月 8 大唐国际张家口电厂 1#机D121 高中压新转子、新低压内缸 合同执行 9 大唐国际张家口电厂 4#机D4212 高中低压新转子、新高、低压内缸 10年1月 10 国电宣威电厂 9#机D300N 高中压新转子、新高压内缸 09年11月 11 华电蒲城电厂 2#机330MW 高中低压新转子、新低压内缸 09年12月 12 华电蒲城电厂 1#机330MW 高中低压新转子、新低压内缸 09年8月 13 大唐安阳发电厂 10#机D4214 高中低压新转子、新高、低压内缸 合同执行 14 大唐湘潭发电厂 2#机D4214 高中低压新转子、新高、低压内缸 合同执行 1
17、5 大唐国际张家口电厂 7#机D121 高压新转子、新低压内缸 合同执行 针对 300MW 汽轮机通流改造,不但应用了先进的高效后加载层流叶型和高负荷优化可控涡叶型,采用了全三维多级段设计和完整级全三维设计技术,阀门与调节级联合优化设计技术,排气缸优化设计技术,动叶片全部采用自带冠阻尼结构设计技术,不但大大提高了通流效率,而且显著提高了动叶片的安全可靠性,使改后机组的持久效率和安全可用率达到国际先进水平。针对低压缸末级叶片的安全性,现在东汽采用的末级叶片是应用最新的三元流技术进行流场设计,静叶采用后加载叶型、复合弯扭叶片,动叶沿叶高反扭,改善参数沿叶粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行
18、性方案 东方汽轮机有限公司 高的分布,大幅度地减小径向和端部二次流损失;先进气动特性型线的设计,极大地减少激波损,自带冠结构设计降低汽封的漏气损失;提高末级根部反动度,提高了变工况运行的经济性,提高了机组的低负荷运行能力和安全性,改善了机组调峰性能。末级叶片采用先进的自带围带自锁阻尼结构,安全可靠性好。(2 2)机组改造后,热耗率降低、出力增加,具有明显的经机组改造后,热耗率降低、出力增加,具有明显的经济效益、社会效益和环保效济效益、社会效益和环保效益。益。1)经济效益 高中压改造后,提高机组高、中压缸效率,降低机组热耗,从而降低整个电厂供电煤耗。改造后,机组热耗可达到 1940kCal/kW
19、h 左右,高压缸效率可达 85、中压缸效率可达 92;低压进行改造后,低压缸效率可达到 87.5左右。2)社会效益 改造后,机组额定出力由 300MW 增至 310330MW,增强了机组的调峰能力,提高了电网的安全性和可靠性。由于机组效率的提高,在同一负荷下燃煤量减少,SO2和烟尘的排放量相应的大大降低,可有效地减轻对环境的污染,其环保效益显著。4 4 汽轮机通流部分改造技术汽轮机通流部分改造技术 为了提高茂名电厂 300MW 汽轮机的经济性,在汽轮机通流改造上将采用目前汽轮机设计的先进技术,这些先进设计技术是东汽在对引进技术消化吸收后,应用当代技术进步的成果,经过近 20 年研究和技术创新,
20、具有独立知识产权的汽轮机通流设计先进技术。主要技术内容为:调节阀分析优化技术 调节级分析优化技术 压力级 3D 流场优化技术 动叶整体围带阻尼结构技术 粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 动叶片安全可靠性设计技术 密封技术 4.14.1 茂名电厂茂名电厂 300MW300MW 机组高机组高、中中、低压通流优化低压通流优化技术技术 4.1.1 高压通流优化技术 高压采用 10 级(1 调节+9 压力级),提高根,提高根部反动度,优化速比,优化各级焓降。通流优化后,缸效率提高了约 3.1%,调节级后压力升高,有利于提高调节级的效率和高压缸的效率,同时减小阀门节流
21、损失和非均匀流动损失。通过详细的全三维数值试验结果表明,此改进方案达到了改进的目标,各级根部反动度均大大提高,根部速比提高达到最佳速比,焓降分配,出气角也都非常理想。同时,在微观设计方面,静叶采用 SCH 层流叶型,并采用三维空间成型,动叶采用HV 叶型;适当减小静动叶片宽度,提高相对叶高,三维级内匹配设计,自带冠结构设计,叶顶采用城墙汽封结构。4.1.2 中压通流优化技术:中压通流仍采用 6 级,优化叶片型线,优化各级焓降和速比,适当降低高排压力和温度。通过详细的全三维数值试验结果表明,此改进方案达到了改进的目标,焓降分配,出气角也都非常理想。通流优化后,缸效率提高了约 2.07%。同时,在
22、微观设计方面,静叶采用 SCH 层流叶型,并采用三维空间成型,动叶采用HV 叶型;适当减小静动叶片宽度,提高相对叶高,三维级内匹配设计,自带冠结构设计,叶顶采用城墙汽封结构。下面对下面对茂名电厂茂名电厂 300MW300MW 汽轮机通流改造各缸拟采用的各项先进技术措施分别进行说汽轮机通流改造各缸拟采用的各项先进技术措施分别进行说明:明:4.2 高压缸采用的技术措施 (1)调节级改进 粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 优化调节级速比,适当提高级后压力,不但提高了调节级效率,而且把焓降分到效率高得多的压力级,从而提高高压缸的效率。调节级后增设气流防旋档板,减少
23、调节级出口气流不均匀产生的损失。(2)压力级采用高效后加载层流静叶叶型 高压缸压力级静叶型线全部采用先进的层流静叶叶型(SCH),这种叶型的附面层以层流为主,紊流转捩点靠后,不出现附面层分离,简称为“层流叶型”;且静叶型线属典型的后加载叶型,气流主要在叶型后部加速,使横向二次流减小,附面层减薄;静叶出汽边厚度为 0.38mm,以减小尾迹损失和动叶激振力,使级效率大幅度提高,型损减少 25%(相对值),级效率可提高 1.0%。这些叶型已在东汽 300MW 等机组通流改造中和 300MW机组优化中应用,获得显著地收益。(3)210 级采用全三维设计静叶 此项技术是当代叶片设计领域中最先进的设计技术
24、,这种叶片在根、顶部沿周向不同的方向弯曲,在叶道内沿径向形成“C”型压力分布,二次流由两侧向中间流动汇入主流,从而减小了端部二次流损失。日立和东汽均已经做过对比实验,证明这是一个提高级效率的有效措施。采用三维叶片,级效率可提高 0.52.0。(4)第 210 级动叶采用高负荷动叶型线(HV 叶型)高负荷动叶型线(HV 叶型),该叶型相对于 BV 叶型级效率提高 0.26%(试验值)。粤电茂名电厂 300MW 汽轮机节能改造可行性方案 东方汽轮机有限公司 HV 叶型有以下优点:叶片负荷提高;通过叶型修型改善了型面的气动布局特点,减小了攻角损失;最低压力点向后移,减小了扩压区,型损下降;叶面的后加
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