粤电茂名电厂300MW汽轮机节通流改造
可行性方案
东方汽轮机有限公司
2012.4
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
1前言
随着“节能减排”系列 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 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）节能减排已成为燃煤发电企业发展的两个约束性指标
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
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. 2 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N300－16.67/537/537－8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。
表2-1 汽轮机技术规范
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2×6，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
力轴承设置在高中压轴承座靠近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原机组制造及安装、运行方面问题
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
1.5～2 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）；
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.h～1990kcal/kw.h的水平。茂名电厂300MW机组的实际热耗高达 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1900±10 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。
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 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）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：
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
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）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/kWh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310~330MW，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 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，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
☆动叶片安全可靠性设计技术 ☆密封技术
4.1茂名电厂300MW机组高、中、低压通流优化技术 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。
下面对茂名电厂300MW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：
4.2高压缸采用的技术措施 （1）调节级改进
●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）2~10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，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0.5～2.0％。 （4）第2~10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）。
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； ☆叶面的后加载气动布局特性使端损减小。
☆叶片数量减少，运行后结垢对喉宽影响小，持久效率高
东汽的高负荷动叶HV叶型与传统动叶型相比，单只叶片的气动负荷高，可减少叶片只数。叶型的气动性能优良，特别是在根部截面成功抑制了附面层的发展，使其根部截面的能量损失系数不到传统叶型的一半。该叶型已广泛应用于东汽现有机组的生产中，并且运行效果优良。 4.3 中压缸采用的技术措施 （1）采用高效后加载层流静叶叶型
中压缸静叶型线全部采用先进的高效后加载层流静叶叶型， 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23%（相对值），级效率可提高1.0%。 （2）中压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0.8%。 （3）叶顶多齿汽封
中压全部级次采用自带冠动叶，叶顶汽封齿可增加到4~5齿，并改为城墙齿汽封，漏汽量减少可使中压缸效率提高0.15%左右。 （4）光滑子午流道
现代设计的汽轮机子午流道均采用光滑的流道，大大减少附加的漩涡损失，中压缸末几级采用外平内斜围带光滑子午通道。 4.4 低压缸采用的技术措施
（1）采用优化叶型技术和全三维设计方法；动叶根部叶型采用先进的有利于减少二次流损失的“K”型通道叶型，进汽角小、弯度大、刚性大，具有较高的阻塞马赫数；顶部区域叶型采用先进的适合跨音速流动的缩放叶型。叶型型损低，处于世界领先水平。 （2）静叶采用后加载层流叶型。
（3）隔板采用焊接隔板，前三级隔板中分面增加密封键。
（4）末级动叶片采用大刚性设计原则，自带冠结构、自带拉筋成圈阻尼联接。 （5）动叶采用高负荷动叶型线，叶片材料采用性能优良的材料。 （6）动叶片加工采用模锻毛坯、数控加工的制造工艺。 （7）动叶片采用高频淬火防水蚀，并优化去湿结构设计。 （8）叶顶多齿汽封
低压动叶全部采用自带冠动叶，前三级动叶顶部都设计成高、低齿汽封结构，后面3级可增加汽封齿数以减少漏气损失，提高通流效率。
4.5汽封结构的优化
高、中压动叶片围带全部采用自带冠CCB结构，叶顶汽封全部采用城墙齿结构，减少了漏气损失，我们对单级叶顶采用平汽封和高低齿汽封结构进行了详细三维CFD数值分析表明，采用高低齿汽封结构与平汽封结构相比，其漏气量减少，级效率有0.3%左右的提高。详见附图和附表。并且汽封齿结构（包括隔板汽封和轴封）采用我公司的新型东汽 DAS汽封，其汽封圈采用背弹簧装配式，具有退让能力，其东汽 DAS齿不仅汽封间隙比其他齿减小0.05~0.1mm，而且在机组起停过程中可很好的保护其余汽封齿不被损坏。
DAS汽封构示意图
叶顶采用平汽封CFD流场图
叶顶采用城墙汽封CFD流场图
叶顶平汽封和城墙齿汽封计算结果
轴封汽封和高中压间汽封——采用东汽最先进DAS的汽封结构，减少轴封漏气，提高机组经济效率。
4.6隔板结构改进，减少漏汽损失;
低压后三级隔板内外环都设计密封键,增加整个隔板的刚性,减少中分面漏汽.见下图。
4.7转子平衡孔结构：对包含转子平衡孔和气封的完整级进行三维气动优化设计，优化设计了平衡孔面积，实现了平衡孔最佳抽吸量，使得级效率提高。 4.8高压内缸肩胛处增设汽封圈密封结构。
5汽轮机组通流部分改造方案
5.1．改造目标
（1）通过对汽轮机的通流改造，实现节能降耗，使机组的热耗、效率达到同类机组的先进水平，从而提高机组经济性；
（2）通过对汽轮机的通流改造，实现机组增容，提高机组的铭牌出力；
（3）通过对汽轮机进行技术改造，提高机组的安全可靠性，解决目前机组存在的影响安全可靠运行方面的问题，延长机组寿命；
（4）降低运行、检修费用； （5）减少环境污染。 5.2．改造原则
（1） 改造部件采用成熟的技术设计，充分保证机组改造后的安全可靠性，提高可
利用率；
（2） 采用目前世界上最先进的汽轮机通流改造技术，利用汽轮机通流现代化改造
及优化型300MW低压缸通流的成熟技术及成果，达到节能降耗、提高经济性和出力的目的；
（3） 机组外形尺寸不变，旋转方向不变； （4） 机组的热力系统不变，各抽汽参数基本不变；
（5） 主汽门、调门现有位置不变，各轴承座安装现有位置不变； （6） 与发电机的连接方式和位置不变； （7） 机组的基础不动，对基础负荷基本无影响； （8） 延长机组寿命；
（9） 设计、制造、检验符合标准要求 5.3 改造方案
根据茂名电厂#8机汽轮机的现状和改造要求，提出如下改造方案： 通流部分全部改造（高中、低压新主轴或高中压新主轴、低压旧主轴）。 5.3.1改造方案
5.3.1.1茂名电厂#8机汽轮机高中压改造方案
2）通流方案 高压缸改造通流方案
中压缸改造通流方案 5.3.1.2 低压部分改造方案 1）改造范围 方案一：
该低压缸通流部分进行优化设计，低压转子采用新主轴，低压所有级叶片叶根形式保持不变，叶片和隔板更换。 改造范围
该低压缸通流部分进行优化设计，低压转子采用旧主轴，低压所有级叶片叶根形式保持不变，叶片和隔板更换。 改造范围
2）通流方案 低压缸改造通流方案
5.4改造方案热平衡图 改造方案热平衡图见附图。 5.5通流改造方案的技术风险
改造方案中采用的所有技术均以在多台机组上有过成功运用，完全无技术风险。而由于采用新转子，将大大降低与原机组适配工作量，同时低压缸效率目前无法实测，通过热平衡计算得出，会将系统不明内漏计入低压缸，导致低压缸效率偏低的假象的技术风险。
5.6具体改造范围： 方案
⑵ 专用工具
⑶ 备品备件
6 改造方案的技术经济分析、预期效果及方案选择
6.1改造方案效果
表6-1 D300N机组改造后性能预估值
表6-2 改后汽轮机技术规范
6.2 项目投资经济性分析
改造费用：每台机组预计的改造设备费约为4300（设备参考价）万元（新主轴）；3700万元（旧主轴）。
对方案进行财务评价分析：改造后与改造前相比，机组煤耗保守预计下降10克/千瓦时，每机组利用小时数按5000小时计算，每年发电量为15亿千瓦时，节省标煤1.95万吨，二氧化硫减排量估算181吨；氮化物减排量326吨。标煤按900元/吨计算，机组通流改造后每年因煤耗下降可节约燃料费用（人民币）900元/吨×10克/千瓦时×15亿千瓦时＝1350（万元）。通过通流改造，机组的效率提高，利润增加在1400万元以上（包括二氧化硫和氮化物减排量）。
投资回收期：Pt＝4300/1400＝3.07(年) 6.3预计设备制造工期在10个月左右。
6.4改造工期需要70天左右。经过对机组通流改造后，机组安全性明显提高，延长汽轮
机的使用寿命，电厂可获得良好的经济效益。
7 结束语
1.通过对茂名电厂300MW机组高中压进行通流技术改造，可全面提升机组性能，达到四个主要目的：
增加机组效率 提高机组出力 减少机组排放 强化机组安全稳定运行
2.此项通流技术改造将给用户带来巨大经济效益，可保证电厂短时间收回投资成本。
粤电茂名电厂300MW汽轮机节通流改造
可行性方案
东方汽轮机有限公司
2012.4
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
1前言
随着“节能减排”系列 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 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）节能减排已成为燃煤发电企业发展的两个约束性指标
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
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. 2 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N300－16.67/537/537－8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。
表2-1 汽轮机技术规范
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2×6，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
力轴承设置在高中压轴承座靠近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原机组制造及安装、运行方面问题
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
1.5～2 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）；
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.h～1990kcal/kw.h的水平。茂名电厂300MW机组的实际热耗高达 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1900±10 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。
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 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）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：
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
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）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/kWh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310~330MW，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 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，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
☆动叶片安全可靠性设计技术 ☆密封技术
4.1茂名电厂300MW机组高、中、低压通流优化技术 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。
下面对茂名电厂300MW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：
4.2高压缸采用的技术措施 （1）调节级改进
●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）2~10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，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0.5～2.0％。 （4）第2~10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）。
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； ☆叶面的后加载气动布局特性使端损减小。
☆叶片数量减少，运行后结垢对喉宽影响小，持久效率高
东汽的高负荷动叶HV叶型与传统动叶型相比，单只叶片的气动负荷高，可减少叶片只数。叶型的气动性能优良，特别是在根部截面成功抑制了附面层的发展，使其根部截面的能量损失系数不到传统叶型的一半。该叶型已广泛应用于东汽现有机组的生产中，并且运行效果优良。 4.3 中压缸采用的技术措施 （1）采用高效后加载层流静叶叶型
中压缸静叶型线全部采用先进的高效后加载层流静叶叶型， 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23%（相对值），级效率可提高1.0%。 （2）中压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0.8%。 （3）叶顶多齿汽封
中压全部级次采用自带冠动叶，叶顶汽封齿可增加到4~5齿，并改为城墙齿汽封，漏汽量减少可使中压缸效率提高0.15%左右。 （4）光滑子午流道
现代设计的汽轮机子午流道均采用光滑的流道，大大减少附加的漩涡损失，中压缸末几级采用外平内斜围带光滑子午通道。 4.4 低压缸采用的技术措施
（1）采用优化叶型技术和全三维设计方法；动叶根部叶型采用先进的有利于减少二次流损失的“K”型通道叶型，进汽角小、弯度大、刚性大，具有较高的阻塞马赫数；顶部区域叶型采用先进的适合跨音速流动的缩放叶型。叶型型损低，处于世界领先水平。 （2）静叶采用后加载层流叶型。
（3）隔板采用焊接隔板，前三级隔板中分面增加密封键。
（4）末级动叶片采用大刚性设计原则，自带冠结构、自带拉筋成圈阻尼联接。 （5）动叶采用高负荷动叶型线，叶片材料采用性能优良的材料。 （6）动叶片加工采用模锻毛坯、数控加工的制造工艺。 （7）动叶片采用高频淬火防水蚀，并优化去湿结构设计。 （8）叶顶多齿汽封
低压动叶全部采用自带冠动叶，前三级动叶顶部都设计成高、低齿汽封结构，后面3级可增加汽封齿数以减少漏气损失，提高通流效率。
4.5汽封结构的优化
高、中压动叶片围带全部采用自带冠CCB结构，叶顶汽封全部采用城墙齿结构，减少了漏气损失，我们对单级叶顶采用平汽封和高低齿汽封结构进行了详细三维CFD数值分析表明，采用高低齿汽封结构与平汽封结构相比，其漏气量减少，级效率有0.3%左右的提高。详见附图和附表。并且汽封齿结构（包括隔板汽封和轴封）采用我公司的新型东汽 DAS汽封，其汽封圈采用背弹簧装配式，具有退让能力，其东汽 DAS齿不仅汽封间隙比其他齿减小0.05~0.1mm，而且在机组起停过程中可很好的保护其余汽封齿不被损坏。
DAS汽封构示意图
叶顶采用平汽封CFD流场图
叶顶采用城墙汽封CFD流场图
叶顶平汽封和城墙齿汽封计算结果
轴封汽封和高中压间汽封——采用东汽最先进DAS的汽封结构，减少轴封漏气，提高机组经济效率。
4.6隔板结构改进，减少漏汽损失;
低压后三级隔板内外环都设计密封键,增加整个隔板的刚性,减少中分面漏汽.见下图。
4.7转子平衡孔结构：对包含转子平衡孔和气封的完整级进行三维气动优化设计，优化设计了平衡孔面积，实现了平衡孔最佳抽吸量，使得级效率提高。 4.8高压内缸肩胛处增设汽封圈密封结构。
5汽轮机组通流部分改造方案
5.1．改造目标
（1）通过对汽轮机的通流改造，实现节能降耗，使机组的热耗、效率达到同类机组的先进水平，从而提高机组经济性；
（2）通过对汽轮机的通流改造，实现机组增容，提高机组的铭牌出力；
（3）通过对汽轮机进行技术改造，提高机组的安全可靠性，解决目前机组存在的影响安全可靠运行方面的问题，延长机组寿命；
（4）降低运行、检修费用； （5）减少环境污染。 5.2．改造原则
（1） 改造部件采用成熟的技术设计，充分保证机组改造后的安全可靠性，提高可
利用率；
（2） 采用目前世界上最先进的汽轮机通流改造技术，利用汽轮机通流现代化改造
及优化型300MW低压缸通流的成熟技术及成果，达到节能降耗、提高经济性和出力的目的；
（3） 机组外形尺寸不变，旋转方向不变； （4） 机组的热力系统不变，各抽汽参数基本不变；
（5） 主汽门、调门现有位置不变，各轴承座安装现有位置不变； （6） 与发电机的连接方式和位置不变； （7） 机组的基础不动，对基础负荷基本无影响； （8） 延长机组寿命；
（9） 设计、制造、检验符合标准要求 5.3 改造方案
根据茂名电厂#8机汽轮机的现状和改造要求，提出如下改造方案： 通流部分全部改造（高中、低压新主轴或高中压新主轴、低压旧主轴）。 5.3.1改造方案
5.3.1.1茂名电厂#8机汽轮机高中压改造方案
2）通流方案 高压缸改造通流方案
中压缸改造通流方案 5.3.1.2 低压部分改造方案 1）改造范围 方案一：
该低压缸通流部分进行优化设计，低压转子采用新主轴，低压所有级叶片叶根形式保持不变，叶片和隔板更换。 改造范围
该低压缸通流部分进行优化设计，低压转子采用旧主轴，低压所有级叶片叶根形式保持不变，叶片和隔板更换。 改造范围
2）通流方案 低压缸改造通流方案
5.4改造方案热平衡图 改造方案热平衡图见附图。 5.5通流改造方案的技术风险
改造方案中采用的所有技术均以在多台机组上有过成功运用，完全无技术风险。而由于采用新转子，将大大降低与原机组适配工作量，同时低压缸效率目前无法实测，通过热平衡计算得出，会将系统不明内漏计入低压缸，导致低压缸效率偏低的假象的技术风险。
5.6具体改造范围： 方案
⑵ 专用工具
⑶ 备品备件
6 改造方案的技术经济分析、预期效果及方案选择
6.1改造方案效果
表6-1 D300N机组改造后性能预估值
表6-2 改后汽轮机技术规范
6.2 项目投资经济性分析
改造费用：每台机组预计的改造设备费约为4300（设备参考价）万元（新主轴）；3700万元（旧主轴）。
对方案进行财务评价分析：改造后与改造前相比，机组煤耗保守预计下降10克/千瓦时，每机组利用小时数按5000小时计算，每年发电量为15亿千瓦时，节省标煤1.95万吨，二氧化硫减排量估算181吨；氮化物减排量326吨。标煤按900元/吨计算，机组通流改造后每年因煤耗下降可节约燃料费用（人民币）900元/吨×10克/千瓦时×15亿千瓦时＝1350（万元）。通过通流改造，机组的效率提高，利润增加在1400万元以上（包括二氧化硫和氮化物减排量）。
投资回收期：Pt＝4300/1400＝3.07(年) 6.3预计设备制造工期在10个月左右。
6.4改造工期需要70天左右。经过对机组通流改造后，机组安全性明显提高，延长汽轮
机的使用寿命，电厂可获得良好的经济效益。
7 结束语
1.通过对茂名电厂300MW机组高中压进行通流技术改造，可全面提升机组性能，达到四个主要目的：
增加机组效率 提高机组出力 减少机组排放 强化机组安全稳定运行
2.此项通流技术改造将给用户带来巨大经济效益，可保证电厂短时间收回投资成本。