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一、前言
田集发电厂是国家电投上海电力股份有限公司和淮南矿业集团有限公司双方均股投资建设，采用“煤电一体化”模式经营的坑口电站，总装机容量2660MW，年发电量超过100亿千瓦时，是“皖电东送”和两淮煤电基地的主力电厂。电厂一期工程建设容量2×630 MW国产超临界燃煤机组，于2007年实现“双投”，工程先后荣膺“中国建筑工程鲁班奖”、“改革开放35周年百项经典暨精品工程”。二期工程建设容量2×700 MW国产超超临界燃煤机组，于2014年建成投产，工程先后获得“中国电力优质工程奖”、“国家优质工程金奖”。
（来源：中国电力设备管理协会 主创人员：夏 杰、华陆平、付文龙、丁国庆、戴 峰、郝庆丰、陶有宏、项 林、冯灯乐）
二、项目实施背景
某电厂1号机组汽轮机为上海汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、三缸四排汽、凝汽式汽轮机，型号为 N600-24.2/566/566。该机型为引进美国西屋公司技术设计制造的，代表了上个世纪九十年代国内汽轮机的设计制造水平，受当时设计水平、设计手段和制造加工工艺的限制，在经济性能方面存在较多问题。
该电厂1号机组于2007年7月投入商业运行，在2009年完成了第一次A级检修，在A级检修中，将汽轮机高中压缸内过桥汽封更换为蜂窝汽封，更换了磨损严重的调节级阻汽片，调整了各汽缸内汽封径向间隙为设计最小值，对内漏严重的低压旁路阀、本体疏水阀进行修理或更换。通过A级检修消除了部分影响机组经济性和安全性的因素，机组经济性也有一定改善。
然而随着机组服役年限的增加，机组的效率逐年降低，最近一次性能试验结果表明，THA工况下汽轮机热耗率达到了7776kJ/(kW.h)，与当前先进机组热耗值7600kJ/(kW.h)相差175kJ/(kW.h);供电煤耗在60%到80%负荷时也超过了305g/kWh(机组大多数情况下负荷率都在60%到80%之间)，也未达到国家《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求的“改造后现役60万以上燃煤机组煤耗低于300克/千瓦时”的要求。
综上所述，采用常规的检修手段很难从根本上解决机组效率低问题，只有通过全面升级改造才可取得明显效果，另一方面也必须遵循国家当前火电行业的发展趋势，基于以上几个方面的原因，该厂拟对1号汽轮机的通流部分进行增容提效改造。
三、 成果内涵和主要做法
(一)成果内涵
采用先进成熟的三维气动理论进行汽轮机通流部分设计，提高汽轮机汽缸效率，降低汽封漏汽损失，从而达到节能降耗的效果，使机组的热耗率达到同类机组的先进水平，改造后机组THA工况热耗率为7584 kJ/(kW.h) ，较改造前7776 kJ/(kW.h)，下降了192 kJ/(kW.h);机组在75%THA工况下热耗率为7661.0kJ/kWh，较改造前8005.0kJ/(kW.h)，下降了344 kJ/(kW.h)。另外，通过改造使汽轮机满足在不同时期带基本负荷及带调峰负荷的要求，并保证低负荷运行时的经济性。
(二)主要做法
1、针对高压缸喷嘴组进汽型线设计不合理，压力损失大问题的解决方案：对喷嘴静叶进汽部分采用子午面型线，汽轮机进入叶栅更加顺畅，减小了压力损失。
2、针对动静叶片气动性能不佳，通流级数偏少，级焓降较大的问题的解决方案：对高、中、低压各级进行优化设计，优化高压动、静叶片设计;增加通流级数(高压级数：增加2级，中压级数：增加1级，低压级数： 增加2×2 级)。
3、针对低压缸末级叶片选配不合理，在低负荷是经济型差的问题选用低负荷经济性更好的915mm长叶片，具体说明如下：目前上汽在超临界600MW汽轮机中主要采用1050mm及915mm长叶片系列，对于负荷率较高，运行在90%以上负荷小时数较多，平均背压在5.4kPa以下的电厂建议末级叶片仍采用1050mm长叶片系列。对于负荷率偏低，运行在90%以下负荷小时数较多，平均背压在5.4kPa以上的电厂建议末级叶片采用915mm长叶片系列。该电厂考虑到机组大部分时间都是运行在60%到80%负荷，故选择了低负荷经济性更好的915mm长叶片。
4、改造前汽轮机低压缸排汽导流环排汽型线设计不合理，排汽损失大。针对该问题，优化低压缸进汽结构，采用三段渐缩结构，可使蒸汽紊流度明显减小，速度分布更加均匀，气动性能明显改进，蒸汽流动损失减少，提高了机组效率;
5、低压缸排汽导流环排汽型线设计不合理，排汽损失大：针对该问题对低压缸排汽导流环的排汽型线进行全新优化设计，可使低压缸的排汽损失大大降低，提高低压缸出力和效率。
6、改造前的汽轮机通流部分汽封选型单一，汽缸内不同的位置选取了相同类型的汽封，不能起到很好的密封作用。针对该问题，因地制宜的根据汽轮机内各部件的特点选择了合适的汽封：隔板及叶顶汽封采用镶片式迷宫汽封，端部汽封采用蜂窝式汽封，平衡活塞汽封均采用侧齿汽封。
7、改造前的高、中压缸内部件多，结合面复杂，针对此问题，将对原机组高中压静叶持环、高中压独立内缸、高压蒸汽室等高温部件整合设计形成新型的高中压整体内缸。新型高中压整体内缸构成简单，有效解决原内缸部件多，结合面复杂，长期运行存在配合漏汽的问题;同时，可减小了现场安装检修工作量，缩短了现场的安装检修周期。
四、取得的经济效益
1号汽轮机实施增容提效改造，既是响应了国家节能减排政策，又大大提高机组运行经济性。改造后机组THA工况热耗率为7584 kJ/(kW.h) ，较改造前7776 kJ/(kW.h)，下降了192 kJ/(kW.h);机组在75%THA工况下热耗率为7661.0kJ/kWh，较改造前8005.0kJ/(kW.h)，下降了344 kJ/(kW.h)。按机组年发电量25亿，年平均负荷70%计算，机组供电煤耗平均下降约10g/kWh，每年可节约标煤25000吨，减少氮氧化物排放量20吨，减少烟尘排放量12吨。标煤煤价按750元/吨计算，节约燃料成本为：10×10-6×25×108×750=1875(万元)，经济效益和社会效益十分显著。
基于1号机组汽轮机通流改造取得了良好的经济效益，在2016年中国电力企业联合会“全国火电600MW级机组能效水平对标及竞赛”中，改造后的1号机组获得了“600MW级超临界湿冷机组一等奖”。同时，根据本项目撰写的论文《超临界600MW汽轮机组的通流改造》获得了中电联优秀论文一等奖。
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