第３２卷第６期 上海 电 院学报 Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．６ ２０１６年１２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｃ．２０１６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—４７２９．２０１６．０６．００５ ３００ ＭＷ汽轮机中低压缸连通管的 改造与节能分析 殷宏业 （大唐清苑热电有限公司，河北保定０７１０００） 摘要：对“单双单”双截止阀型汽轮机中低压缸连通管及阀门的节流消除进行了改造，将单双单双截止阀型 中低压缸连通管改造为“倒ｕ单管”单蝶阀型新式中低压缸连通管，并从流体力学和热力学的角度对改造系 统进行分析．结果表明，改造后节流损失明显消除，机组ＴＲＬ工况下发电煤耗降低了０．６４１ ７ ｇ／ｋＷｈ，发电能 力提高了０．６１４ ４ ＭＷ，该方案普遍适合上海汽轮机厂３００ ＭＷ旧型机组的推广，具有广泛的经济效益与社会 效益． 关键词：汽轮机；低压缸连通管；改造；节能 中图分类号：ＴＫ２６３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６—４７２９（２０１６）０６—０５２９—０５ Ｒｅｃ０ｎｓｔｒｕｃｔｉ０ｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ Ｐｉｐｅ ｏｆ ３００ ＭＷ Ｓｔｅａｍ Ｔｕｒｂｉｎｅ ＹＩＮ Ｈｏｎｇｙｅ （Ｄａｔａｎｇ Ｑｉｎｇｙｕａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ‘‘ｓｉｎｇｌｅ ｄｏｕｂｌｅ ｓｉｎｇｌｅ’’ｄｏｕｂｌｅ ｖａｌｖｅ ｔｙｐｅ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｖａｌｖｅ ｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｉｎｔｏ“Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｕ ｓｉｎｇｌｅ”ｓｉｎｇｌｅ ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｖａｌｖｅ ｔｙｐｅ ｉｎ ｌｏｗ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｉｓ ａｎａ－ ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｌｏｓｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｉｓ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ．Ｕｎｄｅｒ ＴＲＬ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏａｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｂｙ ０．６４１ ７ ｋＷｈ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｂｙ ０．６１４ ４ ＭＷ．Ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｌｄ ３００ ＭＷ ｕｎｉｔ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｔｅａｍ Ｐｕｒｂｉｎｅ Ｐｌａｎｔ ｗｉｄｅｌｙ，ａｎｄ ｗｉｌｌ ｒｅａｌｉｚｅ ｂｉｇ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｐｉｐｅ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ 汽轮机通流管道的损失严重影响其整体效率， 体系统技术改造领域的内容，目的是提高机组通流 对性能落后的汽轮机通流管道实施技术改造，提高 管道的效率，降低热耗，从而提高企业的生产效率， 机组的运行效率、降低能耗，已成为汽轮机节能改 降低能耗成本，以便获取更好的经济效益．汽轮机 造的主要发展方向．该领域的改造项目属于工业流 通流管道改造项目要求其保证技术先进性、合理 收稿日期：２０１６—１０—１４ 通讯作者简介：殷宏业（１９７６一），男，本科，工程师，辽宁本溪人．主要研究方向为发电厂运行检修管理和节能优 化．Ｅ—ｍ￣１：７３８５３３８＠ｑｑ．ｃｏｍ． 上海电力学院学报 性，机组的运行可靠，同时具有一定的经济效益．通 该管路为单双单双截止阀型中低压缸连通 流管道改造技术的实施是对陈旧技术的淘汰，为电 厂提供了新的节能降耗途径，突破了传统的仅对汽 轮机内部通流部分改造的技术局限． 本文的研究对象是北方某电厂采用的上海汽轮 机厂１５５型机组（Ｃ３００—１６．７／０．４３／５３７／５３７中间再 管，其连接方式为自中压缸顶部由ＤＮ１４００管道 引出，经三通向两侧分别引出ＤＮ９００管道，由弯 头引向发电机侧，经低压缸进汽调节阀节流、变 向，再次经过三通汇为ＤＮ１４００管道进入低压缸 顶部．受单双单双截止阀型中低压缸连通管所 配置两台ＤＮ９００调节阀结构的影响，此种连接 热抽凝式汽轮机），该机组于２０１２年投产，中低压缸 连通管采用“单双单”双截止阀型中低压缸连通管， 陈旧技术导致蒸汽损失问题尤为突出．经调研，原连 通管匹配双调节阀门形式已被上海汽轮机厂弃用， 并逐渐推行单管匹配大口径蝶阀式改造技术．本文 采用“倒ｕ单管”单蝶阀型新式中低压缸连通管，用 单根ＤＮ１４００管路连接中压缸口排汽口与低压缸进 汽口，并在中压缸排汽口上方加装１台ＤＮ１４００蝶阀 方式存在较大的节流损失，导致中压缸排汽至 低压缸进汽的参数降低，汽轮机的效率下降，热 耗升高． 在不对汽轮机进行通流改造的基础上，为了 减小中低压缸连通管的节流损失，提高汽轮机 效率，亟需对落后的单双单型中低压连通管进 行升级改造．改造前中低压缸连通管现场图如 图２所示． 和配套增加管道膨胀区，对典型３００ ＭＷ汽轮机中低 压缸连通管进行改造分析．同时，对该项目开展了相 关的的技术经济分析，客观准确地反映改造效果，为 火电厂汽轮机通流部分改造项目提供参考，为同类 机组的通流改造提供决策依据． １ 项目概况 该电厂原中低压缸连通管连接方式如图１所示． ●一 ・ 一 ； ．Ｉ．一Ｉ 、 ■！一 一 声： ；≈ ●－－＿ 注：箭头为气流方向，左右对称相ｌ司． 图２原中低压缸连通管现场示意 原汽轮机配套热力性能说明书中注明，管道 节流损失为２％，阀门节流损失为２．５％．阀门节 ！● － ・Ｉ■● 流在热力学中表现为等焓熵增过程，在热平衡图 中表现为蒸汽压力降低．在ＴＲＬ工况下，连通管 损失热平衡局部示意图如图３所示．总压损为： ０ ５７２ ８—０．５４７ ０＝０．０２５ ８ ＭＰａ． ●一 ！ 注：右侧为中压缸，箭头指示气流方向 图１改造前中低压缸连通管连接方式 图３ ＴＲＬ工况下连通管损失热平衡局部示意 殷宏业：３００ ＭＷ汽轮机中低压缸连通管的改造与节能分析 ５３１ 在实际运行过程中发现，主蒸汽量不同的工 ＰＡ＋ ＋ｐｇｈＡ： 况下，单双单双截止阀型中低压缸连通管压降比 例基本相同，约为４．５％．为了提高汽轮机的整机 效率，消除管道和阀门节流损失，拟对连通管路进 行整体优化改造． ＰＢ＋ ＋ｐｇｈＢ＋∑ ｆ．Ａ—Ｂ （３） ２ 改造方案及其流体力学与热力学 可见，相同通流面积前提下并联管路总管损 与各分支管路压损相同（Ｘｈ从一 ＝Ｘｈ¨＝ 特性分析 为了研究最佳节能可行性，将结合汽轮机通 流部分的流通阻力与热力特性来分析说明所列管 道和阀门对降低原连通管蒸汽损失的作用与效 果．通过流体力学与热力学特性研究与分析，探索 合理、高效、便捷的改造方案． ２．１ 管路改造流体力学特性分析 原管路为单双单并联方式，本次改造拟取消 原两侧调节阀门，更换为单台碟阀，同时取消原并 联管路，更换为单管连接，如图４所示． ———＿’．———’ Ａ 廿 ｂ新管路 图４改造前后管路示意 忽略改造前后管路总长度的变化，计算图４ａ 所示并联管路各支管的沿程阻力损失．根据伯努 利方程，Ａ区间至Ｂ区间的两支分管段沿程阻力 ∑ ｆ’１和∑ ｆ．２相等． Ｐ ＋ ＋ｐｇｈ。＝ ＰＢ＋ ＋ｐｇｈ１＋ ｆＩ１ （１） Ｐ ＋ ＋ｐｇｈ ＝ ＰＢ＋譬＋ｐ ＋∑ ｆＩ２ （２） 同理，改造后新管路更换为图４ｂ的形式．根据伯 努利方程，Ａ区间至Ｂ区间单管沿程阻力 从一 为： ∑ ｍ） ］．即更换单管较原单双单管路损失不变， 仍为２％，单一更换管路而不改变阀门的方案没 有节能效果，仅仅是简化了管路系统，以便于１３后 拆装和维护． ２．２阀门改造热力学特性分析 近年来，国内ＤＮ１０００阀径以上蝶阀生产技 术日趋成熟，故尝试将原２台调节阀改为１台大 阀径蝶阀，配套更改单管型连通管．大阀径蝶阀全 开时，阀片厚度远小于通流直径．因此，与采用调 节阀相比，大型蝶阀（ＤＮ１０００以上）全开工况下 的节流损失可忽略不计 ． 原管道在进入低压缸前经过调节阀，受调节 阀结构及开度的影响导致气流局部受阻，产生节 流损失，在理想绝热条件下，节流前后蒸汽焓值不 变，压力下降，即等焓熵增过程．蒸汽节流前后参 数变化示意图如图５所示． 注：Ｐｌ一节流前压力；尸２一排汽压力；Ｐｌ 一节流 后压力；尸２ 一节流后排汽压力． 图５蒸汽节流前后参数变化示意 在绝热等焓前提下，对节流前后蒸汽做功能 力进行分析，Ｐ１＞Ｐ。 ，Ｐ ＝Ｐ２ ，Ｈ。＝Ｈ ．由图５ 可知，△日（１—２）＞ＡＨ（１ 一２ ），节流后蒸汽做功 能力减小值为△ ＝ＡＨ（１—２）一△日（１ 一 ２ ［ ． 上述节流过程中虽然焓值不变，但压力下降 引起能量品质的下降，理想状态下在汽轮机做功 Ｈ—ｓ图中体现为等熵焓降 至Ｐ。的过程（实际 做功流程如图６所示），焓降为： ＡＨ＝ｈ 一（ａｌｌ：＋ＡＨ：） （４） ５３２ 上海电力学院学报 ２０１６往 式中：△Ｈｔ＊——理想状态级内焓降； △日 ——静叶区理想焓降； △ ——动叶区理想焓降； △Ｈ——理想状态下等效焓值差，即旧型连 通管路导致做功能力下降的差值． ２．３改造方案的设计与实施 根据上述分析结论，对上汽１５５型汽轮机，应 采用如下方案对原中低压缸连通管进行升级改 造． 实际做功过程中应考虑汽轮机的内效率 ， 即图６中０—１＿２过程，在改造经济性分析时应 同时予以核算修正 Ｊ． （１）沿用原中压缸排汽和低压缸进汽接口尺 寸，取消分流及调节阀门，采用倒ｕ单管单蝶阀 型新式中低压缸连通管，单根倒ｕ型ＤＮ１４００管 路连接排、进汽口．改造前中低压缸连通管连接方 式如图１所示． （２）在中压缸排汽口上方加装ＤＮ１４００蝶 阀一台，从根本上解决节流损失问题，提高机组 效率． （３）配套增加管道膨胀区，削弱管道热应力， 完全消除管道振动及渗漏隐患． 该方案已获得上海汽轮机厂的认可，主设备 已投料生产，年内可完成改造并投入运行 Ｊ．改 图６实际做功流程示意 造后中低压缸连通管如图７所示． 中压缸排汽出口 注：箭头为蒸汽流程 图７改造后中低压缸连通管示意 ３改造方案的节能效果评价与分析 ３．１节能量计算 按照上述改造方案，依据ＴＲＬ工况下热平衡 图中低压缸连通管参数，比较计算管道改造后的 节能量，测算表如表１所示． ０．６４１ ７×３００ ０００×５ ３７７．３７×１０ ＝１ ０３５ ｔ 可见，连通管改造后年节约标煤逾１ ０３５ ｔ，节 能效益显著．在国家要求燃煤电厂年均煤耗 降低至３ １０ ｋｗｈ的背景下，对连通管升级改造 是一项快捷直接的有效节能措施． ３．２经济性分析 由计算结果可以得知，改造后发电煤耗降低 ０．６４１ ７ ｇ／ｋＷｈ，该电厂年利用小时数为５ ３７７．３７ ｈ， 对于单台３００ Ｍｗ机组改造后，年节煤量为： ３．２．１增发电量计算 在相同ＴＲＬ工况下，改造后低压缸节流损失由 殷宏业：３００ ＭＷ汽轮机中低压缸连通管的改造与节能分析 ５３３ ０．０２５ ８ ＭＰａ降至０．０１１ ５ ＭＰａ；低压缸进汽实际焓 降由６１１．１１１ ７ ｋＪ／ｋｇ提高至６１４．５１９ ４ ｋＪ／ｋｇ，提高 了３．７８６ ３ ｋＪ／ｋｇ．按低压缸内效率９０％计算，发电能 力值增加为： 算，改造后的全年经济效益为： ０．６１４ ４×１ ０００×０．４１４ ４３× ５ ３７７．３７＝１３７．１１７ ３万元 ３．２．３投资回收期 兰 ３ ６００ ３．２．２经济效益核算 脾． ：０．６１４ ４ ＭＷ 根据上海汽轮机厂的改造报价，设备生产、阀 门订购、管道改造及现场施工总投资金额为２６０ 万元，其回收周期为： — 利 －１．９ ａ￣２ ａ０ ４１４ ． ４３ Ｙｒ＿／ｋＷｈ ，按进气量不变，发电能力增加来核 １３７ １１７ ３ ． 表１ 中低压缸连通管改造项目节能量测算 系统 状态 实际焓降／ 低压缸 低压缸发 发电负荷改造后发 电增加量 ———一发电热耗降 低值／［ｋＪ・（ｋＷｈ）一 ］锅炉 管道 发电煤耗降 效率 效率 低值／［ｇ・ —— 一（ｋＷｈ）一。］ 进汽量／ 电负荷 损失 ［ｋＪ・（ｋｇ） ］ （ｔ．ｈ）一 —————— 注：连通管的管道损失和阀门损失均为设计值；低压缸的排汽压力和进汽量均是ＴＲＬ工况下的值；低压缸发电负荷为定量 ４ 结 语 单双单双截止阀型中低压缸连通管改造为倒 ｕ单管单蝶阀型新式中低压缸连通管具有较高的 参考文献： ［１］吴望一．流体力学：上册［Ｍ］．北京：北京大学出版社， ２０１５：１１２—１３０． 节能收益，改造方案技术成熟、结构简单、投资较 少，改造后可有效减少节流损失，年节约标准煤逾 １ ０３５ ｔ，在进汽量不变的前提下，年增加收益约 １３７万元，降低煤耗０．６４１ ７ ｇ／ｋＷｈ，是一种简单 可靠的节能增效技术． 目前，国内类似的仍在营运的旧型连通管机 组约有６０台，如果该技术得到全面应用，每年将 节约标准煤逾６×１０ ｔ，减少温室气体排放１．５× ［２］吴季兰．汽轮机设备及系统：第２版［Ｍ］．ｊＥ京：中国电力 出版社，２０１５：１７５—１８１． ［３］李维特，黄保海．汽轮机变工况热力计算［Ｍ］．北京：中国 电力出版社，２００３：２１８－２２０． ［４］沈士一，庄贺云，康松，等．汽轮机原理［Ｍ］．北京：中国电 力出版社，２０１１：１０－２５． ［５］ 《１ ０００ ＭＷ超超临界火电机组施工技术丛书》编委会．汽 轮机设备安装［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１３：６６－６８． ［６］ 张建业．国华太仓电厂汽轮机通流改造项目设计与效果分 析［Ｄ］．北京：华北电力大学，２０１５． １０ ｔ，二氧化硫１．４×１０ ｔ，氮氧化物４００ ｔ．可见， 本改造技术具有重大的节能减排效益，应全面推 广． ［７］张建平．３００ ＭＷ供热汽轮机流通管的改造［Ｊ］．山西科 技，２０１５，３０（１）：４５－４７． （编辑白林雪）
