摘 要：介绍了300MW汽轮机组的设备特点和存在的问 题，着重提出了设备改造和性能优化措施，同时介绍了国外较为先进的联合循环改造方法， 提供了相应的技术参数和要点。
关键词：300MW汽轮机；技术改造；性能优化；联合循环
河北省南部电网共有6台哈尔滨汽轮机厂引进美国西屋公司技术生产的汽轮机组，型号 为N300- 16.7/538/538，属亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、高中压合缸、低压双分流 、 反动式凝汽汽轮机，于20世纪90年代陆续投产发电。但由于机组的设计、制造、安装、运行 等诸多因素的影响，在机组经济运行方面一直存在着许多问题，如机组轴系振动大、汽封泄 漏大、凝汽器真空低、热力系统复杂、阀门内漏严重等。自投产以来，厂方利用大小修机会 进行了大量的消缺和技改工作，才保证了机组的安全运行。
但是随着电力体制的改革，电力市场逐渐引入了“厂网分离，竞价上网”的竞争机制，因此 确保设备可靠性、降低机组热耗、提高发电效率是每座电厂的当务之急。另外，随着环保意 识的不断增强，降低CO2、SO2排放量，减少污染也是迫在眉睫的任务。下面就汽轮机设 备改造和系统优化加以分析介绍。
1 汽轮机设备改造
对于300MW汽轮机而言，本体改造是非常重要的。引进型300MW汽轮机高中压采用合缸、反 向布置的双层缸结构,这样可以最大限度地降低轴向推力。高温高压蒸汽由汽缸中部进入,汽 缸热应力较小。为了实现内外缸之间的蒸汽流动以及对通流部分的高温段进行冷却，采用了 高压反向进汽加平衡活塞结构。新蒸汽经过6个喷嘴组 后进入冲动式调节级，做完功的蒸汽大部分会转向180°流入第一个高压反动级，一部分 蒸汽 经过高压平衡活塞的间隙进入高压内外缸夹层中间，冷却高中压转子及内外缸壁，之后蒸汽 的一部分进入与内外缸夹层相通的高压排汽室，另一部分经冷却蒸汽管流入中压平衡活塞的 中间腔室，再流过中压转子高温段表面进入中压缸第一级动叶前，与再热蒸汽汇合继续做功 ； 进入高压平衡活塞的蒸汽还有一小部分直接经中压平衡活塞进入中压转子第一级动叶前与再 热蒸汽汇合参与做功。
但是在实际运行中蒸汽的流动却有与上述设计不相符之处。大修时 发现平衡活塞处颜色暗红，中压第一级颜色发蓝，由此可知，转子受到了急剧冷却，究其原 因， 是高压排汽缸的低温蒸汽经过冷却蒸汽管进入了高中压平衡活塞等处。由于高中压平衡活塞 处于主蒸汽和再热蒸汽进口高温区，转子受到急剧冷却后会严重损耗转子的使用寿命，造成 平衡活塞汽封体变形、发生碰磨，使汽封间隙远大于设计值，导致高中压缸效率明显低于设 计值。据此在300 MW汽轮机改造时去除了蒸汽冷却管。
此外，中压缸本体疏水设计不合理。设计疏水 直接引入高压 疏水扩容器，在机组热态启机时 ，高压疏扩中的低温蒸汽会返入中压缸内，造成上下缸温 差大。另外，中压缸排汽区疏水与中压外缸疏水不在最低位置。根据系统设计，由于四段抽 汽与中压缸排汽区疏水口在同一圆 周上，且位于中压缸的最低位置，因此缸内积水可直接进入四段抽汽口；中压外缸疏水与三 段抽汽口位置接近，并位于同一水平面，此处疏水可通过三段抽汽口经电动门前疏水气动门 进入凝汽器，因此在改造时可去除中压缸本体疏水，改由抽汽管道电动门前疏水管道疏水。
2 优化汽轮机性能
经长年运行，汽轮机设备老化，性能也不断下降，下降程度每年约为1%～2%。其原因主要 为：汽轮机设备老化；凝汽器真空下降。
2.1 汽轮机设备老化
汽轮机设备老化主要表现为汽轮机汽封、间隙增大，内部泄漏大。为了减少汽轮机内部蒸汽 泄漏，动静叶上采用了大量的汽封片。保持汽封间隙并有计划地更 新汽封片对于维护汽轮机的性能是非常重要的，尤其是对于动叶顶端采用单片叶顶汽封的情 况，间隙的增加对性能有很大的负面影响。通过采用新型多级叶顶汽封可以有效降低漏汽损 失，恢复并提高设备性能，新型多级叶顶汽封如图1所示。
由于在以往的围带结构中，叶片上无法采用多级叶顶汽封结构，叶顶漏汽损失很 大，对此叶片采用自带冠型整体围带，同时将围带外缘进行凹凸化处理，并配以多级迷宫式 汽封，可显著降低叶顶漏汽损失，从而提高级效率。有关试验表明，与以往结构相比，新型 叶顶汽封结构可提高级效率约1%。新型叶片不仅提高了效率，而且其围带与叶片一体化结构 也降低了叶片的激振应力，消除了拱形围带结构的应力集中部位，提高了叶片的可靠性；而 且动叶的拆装更加方便，有利于叶片安装部位的检修。
2.2 凝汽器真空下降
凝汽器的清洁度及漏入的空气量对凝汽器真空度会造成很大影响。采用黄铜类冷却管的 凝汽器必须优先保护冷却管，但对于采用钛合金管的凝汽器只要保持适宜的胶球冲洗频度 并选用适当种类的胶球即能达到高清洁度运行。漏入凝汽器的空气量则越少越好，特别是 调峰机组，由于其启停频繁，在凝汽器伸缩节部位及大小机轴封处容易产生老化及损伤 ，最终导致空气漏入。在实际运行中，机组的真空状况恶化通常是由于真空系统泄漏造成 的。
到了夏季，河北南网现有的6台300 MW汽轮机组真空严密性试验普遍不合格。2002年夏季对 上述6台机组 分别进行真空系统检漏试验时发现，汽轮机低压缸前后轴封、小汽机轴封以及小汽机缸体水 平及垂直结合部均存在严重泄漏，泄漏率高达两个数量级，真空泄漏率最高到1200Pa/min ，大大降低了设备性能和发电效率。
分析认为，汽轮机低压缸前后轴封及小汽机轴封泄漏主要是由于轴封系统设计不合理造成的 。引 进型300MW汽轮机组轴封系统由汽封母管、调节装置、轴封加热器、减温减压器等组成，大 、小机 轴封采用同一系统，设计复杂，自调困难，容易发生积水和撞管；由于轴封间隙大而导致长 期冒汽，润滑油容易进水，显著降低机组发电效率。因此需进行系统改造，首先应在 主机 汽封母管、小汽轮机供、回汽母管上装设自动疏水器，并将小汽轮机回汽母管直接接至轴封 加热器，在转子高中压平衡活塞和端部轴封处改用布莱登汽封，以尽可能降低轴封泄漏。
小汽机缸体水平及垂直结合部存在严重泄漏，这主要是由于小汽机缸体内部高低压结合部法 兰紧 固螺栓长期受热膨胀，导致缸体连接不紧密而造成的。由于小汽机揭缸检修时该处并不在检 修 范围内，因此该处泄漏被长期忽略。对此可使用汽缸保温涂料混合密封胶进行临时堵漏处 理，如有检修机会应首先对小汽机缸体内部法兰紧固螺栓进行重新紧固和密封处理，并在缸 体外均匀覆盖汽缸保温涂料以加强密封效果。
在对西柏坡发电有限责任公司#2机组两台小汽机进行临时堵漏处理后， 组的真空严密性从 1 200Pa/min降至180Pa/min，接近优秀标准，说明处理方法得当。在对衡丰发电有限 责任 公司#1、#2机组共4台小汽机临时处理后，机组的真空严密性均降至标 准范围内，且在利用#2机组中修对两台小汽机揭缸检查时，发现缸体内部紧固螺栓确实 松动 ， 这与当初的分析结果一致，经过重新紧固处理并进行结合面密封与缸体保温涂料覆盖，#2机开机后真空严密性试验合格。
3 对现有蒸汽轮机进行联合循环改造
燃气轮机联合循环发电具有热效率高、容量大、污染小、调峰能力强等优点。在同等燃料条 件下，燃气轮机与普通蒸汽轮机相比出力可提高1.2倍以上，而用水量仅为同等规模汽轮机 组的30%，因此对现役老汽轮机组进行燃气轮机联合循环改造是缓解华北地区用水用电紧张 、提高河北南网调峰能力的有效手段。虽然在改造范围、工期及费用方面不如其它方法，但 进行联合循环改造后，机组热效率可提高5%～9%，而且每kW·h可减少CO2的排放量达30% 以上。燃气轮机组的热效率见图2。
图2燃气轮机机组热效率
日本1台220MW级发电设备通过追加1500 ℃级燃气轮机与排热回收锅炉进行联合循环 改造 后的效果如表1所示。改造后，舍弃原有的锅炉及凝汽——给水系统，蒸汽由新追加的燃气 轮机与排热回收锅炉产生并引入原蒸汽轮机发电，这样每kW·h减少CO2的排放量为32% 。在进行联合循环改造时应注意排热回收锅炉产生的蒸汽量必须与原有的蒸汽轮机相匹配。
需注意的是联合循环发电机组由燃气轮机、蒸汽轮机、发电机及排热回收锅炉组成， 由于旋转机械数量多，必须加强振动监视与诊断，做到预测性维修。联合循环改造后其振动 监视诊断系统应包括振动数据解析、异常征兆检测、数据记忆、振动状况显示（图像、 曲线）、诊断（推断异常原因、显示对应方法）、平衡配重计算等功能。同 现有蒸汽轮机振动监视系统相比，增加了对燃烧振动等燃气轮机特有的振动诊断功能，同时 可以通过网络实时获得专家的辅助评价，以便在机组启动或振动发生时迅速获得帮助。
4 结语
以上介绍了300MW汽轮机设备的设计缺陷及改造方法，在性能优化方面重点对新型叶顶汽封 与汽轮机真空泄漏进行了相关论证，并通过具体试验提出了行之有效的真空泄漏处理方法。 此外，还简单介绍了国外较为流行的联合循环发电改造方法，提供了相应技术参数和要点。 力求在不断提高效率和效益的今天，对现有机组的设备改造及性能优化提供帮助。
参考文献
［1］林万超.火电厂热系统节能理论［M］.西安 ：西安交通大学出版社，1994.
［2］郑体宽.热力发电厂［M］.北京：中国电力 出版社，1997.
来源：河北电力技术
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