叶根互换技术在光轴供热改造中的应用

叶根互换技术在光轴供热改造中的应用

李玉辉 ,苗洪飞 ,耿宏伟 ,张晨雨 ,陈孝晓

华能洛阳热电有限责任公司  河南洛阳  471000

摘 要：介绍了洛阳热电135MW机组在国内首次采用叶根互换技术进行光轴供热改造的技术方案，对比传统光轴改造方案，指出了叶根互换式光轴改造方案的优势和适用条件，并对改造效果进行了总结评价。改造后的机组实际运行良好，经济效益显著。

关键词：135MW；汽轮机；供热改造；光轴；假叶根；经济性

分类号：TK126      文献标识码：A      文章编号：

0 引言

随着全社会用电需求增速放缓和可再生能源的大规模发展，煤电机组利用小时数逐年下降，一些小型供热机组因能耗高被逼出现非采暖期停备的情况[1-2]。为缓解电网调峰与机组供暖之间的“电热矛盾”，打破高煤价、环保叠加调控等因素导致的煤电企业经营困境，2018年华能洛阳热电有限责任公司（以下简称洛阳热电）按照集团公司“一厂一策”的供热改造方针，结合本厂实际情况，首次采用叶根互换技术对一台135MW机组成功实施了光轴供热改造并取得了显著成效，洛阳热电3号机组成为国内首台叶根互换式光轴供热机组。

1 机组概况

洛阳热电共装机4台燃煤湿冷供热机组，包括2台350MW超临界机组和2台135MW超高压机组。其中，3号机组为135MW循环流化床、抽凝式供热机组，其配套汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的超高压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、双抽凝汽式汽轮机，原机组型号为CC110/N135-13.24/0.98/0.34/535/535，设计额定采暖抽汽量80t/h，最大采暖抽汽量120t/h。

2 改造方案介绍

2.1 方案概述

将汽轮机低压转子正、反向动叶片全部拆除，根据原动叶的叶根型线定制假叶根，用假叶根替代原动叶装配在低压转子叶根轮槽内，使低压转子形成一根光轴，连接高中压转子与发电机转子，仅起到传递扭矩的作用。切除低压缸进汽，移除低压缸隔板，高中压缸改为背压式汽轮机，仅保留高中压缸做功。采暖期，汽轮机采用背压机方式运行，即中压缸排汽全部引入热网加热器，低压缸不做功，机组冷源损失近乎为零；非采暖期，3号机组停运保养，但在特殊需要的情况下，可将假叶根换回原动叶，恢复机组纯凝运行能力。

2.2 关键性技术概述

2.2.1 叶根互换式光轴制作

低压转子动叶拆除后，为保护转子叶根轮槽在运行中免遭水蚀和锈蚀的破坏，按照原动叶的叶根型线、数量并参照原转子的轴向质量分布定制一套互换式“T”型假叶根，包括标准“T”型假叶根、加厚“T”型假叶根和锁口假叶根等，以叶根内径相面为基准进行拂配修整后，沿着圆周装配于叶根槽内，每个互换式“T”型假叶根下垫一紧密钢带，如图1所示，以使假叶根肩部和轮槽紧密贴合。锁口假叶根与轮槽的装配按照图2进行，在整圈叶根封口之前，应先对标准假叶根节距进行均匀修铣，然后现修加厚“T”型假叶根和锁口假叶根。为了得到最大程度的紧密度配合，可用2-3kg铜锤敲打锁口假叶根使之与相邻叶根压紧，直至整圈假叶根贴合面间隙0.03mm塞尺不入，最后由锁口叶根销钉将假叶根锁紧。装配锁口假叶根销钉时，应从进汽边方向装入销钉并打紧，再将伸出叶轮部分切除修平，并在轮缘进汽边冲三点铆牢。

最后，对安装假叶根的低压光轴转子进行高速动平衡试验，必要时进行配重校正。

图1 互换式“T”型假叶根的装配示意图       图2 锁口假叶根的装配示意图

2.2.2 增设低压缸冷却蒸汽系统

光轴在实际加工过程中虽已尽量做到表面平整光滑，但在缸内高速旋转过程中仍不可避免与蒸汽（或空气）产生摩擦鼓风发热，为防止低压缸内温度过高引起缸体变形，可从中压缸排汽管道上接引少量蒸汽经减温减压后通入低压缸进行缸内部件冷却，冷却蒸汽疏水排入凝汽器。

为将冷却蒸汽高效地引入低压内缸，洛阳热电在厂家设计结构基础上对低压缸进汽口处的蒸汽引入结构进行了改良优化。根据改造后的运行实践，该结构可将冷却蒸汽用量降至2t/h以下，与同类型光轴机组相比，其冷却蒸汽用量降低60%～80%。

2.2.3 背压运行模式下机组控制系统改造

DEH系统内增设压力控制回路，在中压缸排汽管道上增设三个压力变送器，将背压模拟量信号（三取二）接入DEH三个不同的AI卡件（量程范围0～0.6MPa），并在DEH中增加一个串级控制模块，修改DEH相关组态及逻辑，以实现机组背压控制。监测保护系统中，将原采暖抽汽压力高保护改为中压缸排汽压力高保护，增加背压压力高报警开关信号并接入DCS。机组运行方式由以电定热方式转变为以热定电方式。

3 实用情况总结评价

3.1 运行情况

改造后，3号机组一次启动成功，机组运行稳定，各轴承振动、瓦温、轴向位移及胀差等指标均满足机组安全运行要求，轴系临界转速较改造前变化较小，整个采暖期按光轴背压机方式运行，即中压缸排汽全部引入热网加热器，低压缸不做功，机组冷源损失近乎为零。背压运行时，机组最大发电能力93.2MW。

3.2 经济性指标

通过光轴改造，3号机组数量巨大的冷源损失被全部回收利用，采暖期机组综合热效率提升至85%左右。在锅炉B-MCR工况下，机组最大采暖抽汽流量329.8t/h，对应发电功率93.2MW，发电热耗率4050.8 kJ/kWh，较改造前采暖抽汽流量增加约209.8t/h，发电功率降低约32.5MW，发电热耗率降低约3061.8kJ/kWh,折合发电煤耗率下降约120 g/kWh(较改造前纯凝工况下降约160.1 g/kWh），供热面积增加约435.4万m2。

表1  3号机组改造前热经济性

表2  3号机组光轴改造后热经济性[3]

注：MS表示汽轮机额定主汽流量。

3.3 经济效益

根据2018-2019采暖期3号机组运行实际，整个采暖期机组平均发电负荷65.5MW，对应的机组热耗率约4085kJ/kWh，取锅炉效率89.0%，管道效率98.5%，厂用电率7.05%，该采暖期平均发电煤耗率约159.0 g/kWh，平均供电煤耗率值171.0 g/kWh，一个采暖期节省标煤约2.01万吨。此外，机组光轴运行时，循环水泵采用低速下塔运行方式，机组电耗减少；凝汽器基本不进蒸汽，冷却塔新鲜水耗较改造前减少70%以上。一个采暖期即可收回项目投资。

4  结论

（1）作为国内首台采用叶根互换技术成功进行改造的光轴供热机组，实际运行结果和预期相符，机组运行稳定，经济效益大幅提高。

（2）与传统光轴改造方案相比，叶根互换式光轴方案在项目投资、光轴转子制作周期、汽轮机轴系连接精度等方面具有比较突出的优势，在非采暖期能耗高且发电任务可有厂内其他高效机组接带的小型机组上具有很高的推广价值。

（3）通过低压缸进汽口处的蒸汽引入结构改良，将低压缸冷却蒸汽用量降至2t/h以下，更大限度地提高了机组的整体经济性。

参考文献

[1]吕泉, 陈天佑，王海霞，等. 热电厂参与风电调峰的方法评述机展望[J]. 中国电力, 2013（11）:129-136.

[2]谢天, 孙永春，付青山，等. 200 MW 机组热电解耦方案研究[J]. 节能技术, 2018（6）:566-569.

[3]西安热工研究院有限公司.洛阳阳光热电有限公司1号汽轮机低压缸光轴改造后性能试验报告[Z]. 2019.