联合循环机组改造可行性报告 - 图文

深圳南天#6机组改造 可行性分析报告

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司

2008.03.28

目 录

1概述 ........................................... 1 2深圳南天电力有限公司#6机组原设计简述 ............ 1 2.1汽轮机组原设计介绍 ............................ 1 2.2发电机组原设计介绍 ............................ 4 3.汽轮发电机组改造方案论证 ........................ 6 3.1汽机补汽方案论证 .............................. 6 3.1.1补汽位置的选择 .............................. 6 3.1.2流速计算 ................................... 8 3.1.3 补汽阀的运行 ............................... 8 3.2汽机抽汽方案论证 ............................. 12 3.2.1 抽汽位置 .................................. 12 3.2.2 流速计算 .................................. 12 3.2.3 抽汽管道系统 .............................. 13 3.3 叶片强度分析 ................................ 13 3.4汽机轴向推力分析 ............................. 14 3.5低压旁路论证 ................................ 14 3.5.1 旁路蒸汽参数基础条件 ....................... 14 3.5.2旁路系统装置的功能 ......................... 15 3.5.3旁路系统技术性能 ........................... 15 3.5.4低压旁路阀外形尺寸图 ....................... 17 3.5.5低压旁路阀控制气路图 ....................... 18 3.5.6低旁喷水阀气路图 ........................... 18 3.5.6低旁喷水阀气路图 ........................... 19 3.6改造后的主要技术规范及热平衡图 ................ 20 3.6.1 改造后的主要技术规范 ....................... 20 3.6.2 改造后的热平衡图，见图8、图9 .............. 21 3.7发电机组出力分析 ............................. 23 4.结论 ......................................... 23

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1概述

深圳南天电力有限公司现有一套GT13E2燃气－蒸汽联合循环发电机组，编号为6#，其配套的余热锅炉为比利时CMI公司生产的、悬吊式单压加自身除氧强制循环余热锅炉。汽轮机组为ABB生产的13E2联合循环汽轮发电机组，汽轮机为反动式、单缸、单压凝汽式汽轮机，型号为DK1-IN31。于1997年7月1日正式投产，至今已运行十年。受深圳南天电力有限公司委托，哈尔滨汽轮机厂有限责任公司研究院对该汽轮机组进行双压、非调整抽汽改造设计，以提高机组的出力，并满足未来局部供热的要求。

2深圳南天电力有限公司#6机组原设计简述

2.1汽轮机组原设计介绍

2.1.1主要技术规范 型号： 型式： 额定出力 转速

高压蒸发量 高压蒸汽压力 高压蒸汽温度

DK1-IN31

反动式、单缸、单压凝汽式汽轮机 kW r/min

T/h MPa（a） ℃ ℃

68503 3000

225.43 4.28 510

环境温度 汽机背压 大气压力 湿度 汽机级数 汽机10级后压力 汽机10级后温度 汽机19级后压力 汽机19级后温度

30 8.7 100.8 80 10+9+7=26 1.9623 401.7 0.5355 238.3

kPa.a kPa.a % 级

MPa（a） ℃ MPa（a） ℃

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2.1.2纵剖面图，见图1

图1 叶片载荷曲线

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2.1.3汽轮机轴向推力

43气温30 C；32/h抽汽；50%负荷2轴承允许的正载荷轴承当前运行负载推力轴承载荷(MPa)气温30 C；32/h抽汽；75%负荷气温30 C；32/h抽汽；100%负荷气温30 C；无抽汽；100%负荷100-150100150200250300-2轴承允许的负载荷-3-4高压缸流量(t/h)

图2 轴向推力曲线

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2.2发电机组原设计介绍

2.2.1主要技术规范 产品代号： 型号： 额定出力 功率因数 发电机电压 发电机电流 频率 接线方式

旋转方向（从机头向电机看） 设计标准

定子线圈绝缘等级 定子线圈绝缘温升 定子线圈和铁心冷却剂 空气进口温度 定子质量 转子质量 励磁机 转速 海拔高度 励磁电压 励磁电流 励磁绝缘等级 励磁绝缘温升 励磁绝缘冷却剂 制造时间

HM301068 WX18Z—059LLT 94000 0.8

10500±≥5% 5169 50 Y 逆时针 IEC F B 空气 40 78000 22500 3000 0.m 243 1196 F B 空气 1996

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KVA V A Hz Micadur ℃ kg kg r/min V A 年

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2.2.2发电机出力曲线

85.082.5)WM80.0(力出机电发77.575.072.5TCW=19 C时的允许值TCW=27.5 C时的允许值TCW=33 C时的允许值0510152025303540环境温度(oC)

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3.汽轮发电机组改造方案论证

为实现机组补汽和供热抽汽，需对机组热力系统进行调整，同时对机组的运行可靠性进行校核。哈汽公司参考机组的原设计资料，主要进行以下各项工作： ? 汽机补汽方案论证 ? 汽机抽汽方案论证 ? 叶片强度分析 ? 汽机轴向推力分析 ? 低压旁路论证

? 改造后的主要技术规范及热平衡图 ? 发电机组出力分析

3.1汽机补汽方案论证

3.1.1补汽位置的选择

根据电厂的要求，杭州锅炉厂提供余热锅炉参数如下： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 项目 燃机排气参数 环境温度 燃机燃用燃料 燃机排气流量 燃机排气温度 燃机排气成分 O2 N2 CO2 H2O Ar 锅炉性能 高压蒸发量 高压蒸汽压力 高压蒸汽温度 低压蒸发量 低压蒸汽压力 低压蒸汽温度 性能加热器进口温度 性能加热器出口温度 6

单位 ℃ Kg/s ℃ V% V% V% V% V% T/h MPa（a） ℃ T/h MPa（a） ℃ ℃ ℃ 数值 28 天然气 504 520 14.48 76.03 2.92 6.57 0 218.4 4.42 494 28.3 0.74 254 85 120 备注 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司

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21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

性能加热器水流量 水加热器进水温度 水加热器出水温度 水加热器水流量 给水温度 凝结水加热器出口水温 凝结水温度 锅炉排烟温度 受热面烟气阻力 高压炉窄点 低压炉窄点 T/h ℃ ℃ T/h ℃ ℃ ℃ ℃ mmH2O ℃ ℃ 47 40 85 352 168 163 45 89.7 387 9 23 汽机进汽参数：

序号 1 2 3 4 5 6 项目 高压蒸发量 高压蒸汽压力 高压蒸汽温度 低压蒸发量 低压蒸汽压力 低压蒸汽温度 数值 218.4 4.24 MPa（a） 491.53 ℃ T/h 28.3 0.71 MPa（a） 252.7 ℃ 单位 T/h 备注 经核算，此时汽机第19级后的压力为0.5918MPa.a，温度为244.7℃，在此补汽较为合适。

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3.1.2流速计算

补汽口前后隔板套之间间隙为10mm、直径为φ1294，补汽面积为0.04065米2；补汽管道直径为φ251，面积为0.04948米2。其流速计算见下表： 蒸汽 流量 工况 管道名称 mm m2 t/h DN251 0.04948 28.3 抽汽补汽管-缸上 工况 隔板套间隙 φ1294-10 0.04065 28.3 DN251 0.04948 28.3 纯凝补汽管-缸上 工况 隔板套间隙 φ1294-10 0.04065 28.3 直径 面积 压力 MPa.a 0.5163 0.5163 0.5918 0.5918 温度 ℃ 252.7 252.7 252.7 252.7 比容 m3/kg 0.4617 0.4617 0.4017 0.4017 速度 m/s 73.4 89.3 63.8 77.7 由上表可知隔板间隙偏小，流速偏高，建议将隔板间隙增大到13mm，这时最高流速为68.7m/s。

补汽调节阀采用哈汽公司的成熟产品，其有效直径为φ339.6，补汽阀与汽缸之间采用一根φ377×11低压导汽管，其流速计算见下表：

工况 管道名称 抽汽工况 纯凝工况 补汽阀 导汽管 补汽阀 导汽管 直径 mm φ339.6 面积 m2 蒸汽流量 t/h 压力 MPa 温度 ℃ 252.7 252.7 252.7 252.7 比容 m3/kg 速度 m/s 0.09058 28.3 0.5163 0.4617 40.1 0.4617 36.7 0.4017 34.9 0.4017 31.9 φ377×11 0.09898 28.3 0.5163 φ339.6 0.09058 28.3 0.5918 φ377×11 0.09898 28.3 0.5918 3.1.3 补汽阀的运行

3.1.3.1概述

从余热锅炉来的第2股蒸汽（补汽）经过一个φ339.6的补汽管和低压主汽调节阀在19级后与主蒸汽混合，经第20级至26级压力级作功后排入凝汽器凝结成水，最终经过电动给水泵加压后进入锅炉。

低压主汽阀和调节阀采用进口三偏心液动碟阀，布置在运转层下方。通过一根φ377×11低压导汽管与汽缸前部下半20级前的补汽口相连。补汽阀组有一摆动支架，允许补汽阀组在水平方向自由膨胀。

3.1.3.2安全保护及指示项目

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1.当补汽阀前蒸汽温度比饱和温度低于11℃时，补汽主汽阀和补汽调节阀关闭，停止补汽。

2.当主汽门关闭时，补汽主汽阀和补汽调节汽阀关闭 3.补汽调节器阀升程指示及全开全关时发出讯号。 4.通过压力变送器表头、压力表测点 a)补汽口处蒸汽压力1点 b)补汽阀后蒸汽压力1点

3.1.3.3补汽的投入

当机组并入电网并带一定负荷后，便可投入补汽，进入双压运行。补汽投入前，汽轮机应已并网，主汽的进汽量至少应大于最小允许流量，当补汽蒸汽压力达到许可值时，便可开启补汽阀组投入补汽。当机组跳机时，补汽阀组（即补汽主汽阀及补汽调气阀）总是与主汽阀组联锁关闭，但补气阀组自身也可在不需要投补气阀时执行单独关闭（或投入补气时开启）。

1.补气投入前的机组负荷约为额定负荷的： 冷态：33％ 温态：50％ 热态：58％

2.补气投入前阀门的状态应为： 主汽调节阀全开 补汽主汽阀关闭 补汽调节阀关闭 补汽旁路阀打开 3.允许投入补汽的条件

ａ．补汽阀前蒸汽温度比饱和温度高11℃. ｂ. 机组功率大于20％。 ｃ. 油关开闭合。

ｄ．高压进汽压力与补汽压力之比大于2.0。

ｅ．在补汽阀关闭时，补汽阀前压力与补汽处之压差大于0.05 MPa。 ｆ．补汽阀压力在0.3~0.8MPa范围内。

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ｇ．汽机在自动方式

ｈ．补汽压力变送器或补汽压力设定值没有故障（均从锅炉来）。 ｉ．锅炉补汽部分没有报警（可能带水的报警）。

ｊ．补气阀前蒸汽与补汽口汽缸壁温度之差不大于±42℃（正常运行时不大于56℃）。

ｋ．汽轮机已挂闸。

为了能顺利投入补汽，发电机必须已经并网，补汽阀必须处于关闭状态，主蒸汽的流量必须是大于允许流量。这是为了防止当补汽阀开启投入补汽时，汽轮机仅有补汽蒸汽对汽轮机作功而导致高压段流道严重过热，以及防止补气蒸汽急速大量的被吸入汽轮机内。

打开补汽主汽阀，逐渐开启补汽调节阀（控制压力），并逐步关闭低压旁路阀（根据压力），逐渐提高机组负荷直至达到额定负荷。增负荷时控制机组的加负荷率，建议投入补汽后负荷率为：

冷态：0.74%/min 温态：3%/min 热态：5%/min 3.1.3.4停机

1.一般正常停机首先退出补汽，然后逐步卸去电负荷。用多少速率减负荷，由用户根据实际情况而定。

2.当负荷减至零时可以停机，此时高压主汽阀、高压调节阀、补汽主汽阀及补汽调节阀都全部关闭。

3.1.3.5维护

1.补汽主汽阀活动试验每周一次，检查阀门活动情况，阀杆有否卡涩。 2.每三个月检查一次补汽管道的所有疏水管道和阀门。

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3.1.3.6低压补汽阀接口图

1490100870360270845290540905355.6339.6520630355.6801405802002201100339.6120×120230330230330932.5840430

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3.2汽机抽汽方案论证 3.2.1 抽汽位置

根据用户要求，机组改造后需实现30t/h、1.3MPa.a、300℃的抽汽。补汽改造后第一级隔板套后的参数：纯凝工况时压力为1.9092MPa.a，温度为388.3℃；30t/h抽汽工况时压力为1.631MPa.a，温度为372.8℃；在此进行打孔抽汽比较合适。

3.2.2 流速计算

第1级隔板套与第2级隔板套之间的间隙为10mm，直径为φ957，面积为0.03007m2，抽汽口为φ146.3，其流速计算如下：

管道名称 抽汽管 隔板套间隙 直径 mm DN146.3 φ957-10 面积 m2 0.01681 0.03007 蒸汽流量 t/h 30 30 压力 MPa 1.631 1.631 温度 ℃ 372.8 372.8 比容 m3/kg 0.178 0.178 速度 m/s 88.2 49.3 由上表可知抽汽管道偏小，流速偏高，如果有可能，建议将管道口径增至φ165，此时流速为69.4m/s。

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3.2.3 抽汽管道系统

蒸汽由汽机抽出后经过一根φ200的供汽管道供向热用户，同时管道上加装逆止阀、节流调节阀和截止阀。抽汽逆止阀防止汽机在甩负荷时超速；截止阀防止纯凝工况时抽汽管道泄露；节流调节阀可以在一定范围内调整抽汽压力。简化抽汽管道图见图5。

节流调节阀逆止阀10级后3.3 叶片强度分析

图6为改造前后叶片载荷和叶片载荷许用值，由图可知：

① 改造后第1～19级叶片载荷均低

于原设计值；

M截止阀图5简化抽汽管道图 ② 改造后第20～26级叶片载荷均高于原设计值7%左右； ③ 改造后第20～26级叶片载荷为叶片许用载荷的70% 所以，改造后叶片是安全的。

15014013012011010090051015级数202530原设计改造后允许值叶片载荷(%)图6叶片载荷曲线

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3.4汽机轴向推力分析

图7为改造前后汽机轴向推力和汽机允许的极限推力图。由此可知： ① 原设计的汽机轴向推力为正值； ② 改造后大部分在负推力状态下运行；

③ 原设计的推力盘正负方向均相同，可承受正负3MPa.a的推力； 改造后汽机的极限推力为—1.1MPa.a，在机组允许的范围内，机组是安全的。

432推力轴承载荷(MPa)轴承允许的正载荷轴承当前运行负载荷100-150100150气温30oC；32/h抽汽；50%负荷气温30oC；32/h抽汽；75%负荷气温30oC；32/h抽汽；100%负荷气温30oC；无抽汽；100%负荷改造后200250高压缸流量(t/h)300-2-3-4轴承允许的负载荷图7 汽机推力曲线

3.5低压旁路论证

3.5.1 旁路蒸汽参数基础条件

本工程的联合循环汽轮机为双压汽轮机，即高压蒸汽、低压蒸汽分别进汽，需设置100%流量的高、低压旁路阀系统。

汽机低压蒸汽旁路系统装置由低压蒸汽旁路截止阀、低压蒸汽旁路调节阀。旁路减温水水源采用凝结水。

低压旁路系统参与调节和保护，旁路阀采用气动执行器，由汽机DEH系统进行控制，可提供的气源压力为0.4～0.6MPa。旁路系统设计容量为120﹪的锅炉低压蒸汽连续最大出力。旁路装置布置在汽机房内，最高温度65℃，最低温度

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0℃。低压旁路管道规格为进口：φ377×9/20；出口：φ377×9/20。

3.5.2旁路系统装置的功能

3.5.2.1 改善机组的启动性能

机组在各种工况下（冷态、温态、热态和极热态）启动时，投入旁路系统控制锅炉蒸汽温度使之与汽机汽缸金属温度较快地相匹配，从而缩短机组启动时间和减少蒸汽向空排放，减少汽机循环寿命损耗，实现机组的最佳启动。 3.5.2.2 机组正常运行时，旁路装置具有超压安全保护的功能。

一旦蒸汽压力超过其汽机入口蒸汽压力的设定值，旁路阀快速开启，并按照新蒸汽压力进行自动调节，直到恢复正常值。

3.5.2.3旁路系统装置应能适应机组定压运行和滑压运行两种方式，并配合机组控制实现调节负荷的作用。

3.5.2.4旁路系统装置应在机组启动和接带负荷时投入使用，以缩短起动时间和维持机组稳定和安全运行。

3.5.2.5 当电网或机组故障跳闸甩负荷时，旁路装置应快速动作，实现汽轮机空转或停机及维持锅炉满负荷运行功能，使机组能随时重新并网恢复正常运行。 3.5.2.6低旁的功能：当补汽条件不具备时，低旁系统投入并控制电动补汽门前蒸汽压力在某一定值，一旦补汽条件满足（补汽投运后），低旁系统退出运行（低旁阀关闭）。

3.5.3旁路系统技术性能

3.5.3.1 旁路系统装置的性能应能满足机组在各种工况下（包括启动、正常运行、甩负荷时），能自动或手动（遥控操作）地进行操作。

3.5.3.2 旁路系统能满足汽机在各种工况下（包括启动、正常运行、甩负荷时），应具有快开（关）功能。快开（关）动作时间（由全关到全开的全程动作时间，或由全开到全关的全程动作时间）应不大于 2 秒。

3.5.3.3低压旁路蒸汽阀的结构形式采用水平布置，能承受的力和力矩应能满足管道系统及凝汽器设备布置的要求。

3.5.3.4旁路阀系统的蓄能器所储备的能量，在故障时，能使旁路系统所有阀门

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能完成1次以上全行程的开或关。 3.5.3.5旁路装置具有以下联动保护手段：

1）喷水调节阀打不开，则旁路阀关闭。

2）旁路阀快速关闭时，其喷水调节阀同时或稍超前关闭，并自动闭锁温度

自控系统，但可远方手动控制。

3）旁路阀快速打开时，其喷水调节阀应稍滞后开启。 4）低压喷水阀打不开时，则低压旁路阀也不打开。

5）低压旁路阀快速打开时，联锁其二级减温器喷水阀应同时打开。 6）低压旁路阀快速关闭时，联锁其二级减温器喷水阀应同时关闭，自动闭

锁自控系统，高旁不需随动，但可手动（远方操作）快速关闭。

3.5.3.6旁路控制系统至少对下列参数进行监测 低压主蒸汽压力 低压主蒸汽温度 低旁出口温度 低旁减温水压力

3.5.3.7旁路控制系统至少对下列参数进行报警 凝汽器压力、温度高 低旁阀后压力、温度高 低旁减温水压力低 系统故障 电源故障 气源压力低

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3.5.4低压旁路阀外形尺寸图

A-Nr.:Order-Nb.2004FS-011406K04-0675.3300/300WCB/A105900 m3/hLinear250 mm90 mm36.5 t/h7.1 barA256.9°C10 bar270°Cca.1180kg25 barFabr.-nr.:Serial-Nb.DNGehausematerial:Body materialKvsKennlinie:Characteristics:Sitz ?:Seat ?:Hub:StrakeDampfleistung:Quantity steam:Betriebsdruck:Working pressureBetriebstemp.:Working temperatureBerechnungsdruck:Design pressureBerechnungstemp.:Design temperature:Gewicht:WeightPrufdruckTest pressure

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3.5.5低压旁路阀控制气路图

presentation of the valves:currentless and depressurized -blocking; power failure control signal failure-quick closing; QC1 & QC2 energised K4 ( 14,24 )-quick open: QO1 & QO2 energised K4 ( 13,23 ) =Ball valve\ =Ball valve\3\8 hand pumpoperation , 1hydraulic cylinder3\842X2blocking Valve42X242X242X23\83\8Throttling valve42X23\83\842X20.075M3 air tankfor quick functions& emergency3\8Volume boosterquick openingQO2, K1(1,5quick closingQC2, K2(1,5)42X23\8Remote position transmitterpneumatic cylinderPDH 500Valve Stroke 90mm3\83\83\83\8quick functions priority bypassquick closingQC1 , K2 (2,6)quick openingQO1, K1(2,6)3\8signal / electric failure blockcontrol signal / Feedback 4-20mA3\842X2air suppiy 4-6bar(g)22X2air suppiy 4-6bar(g)Filter & Regulator18

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