一、工程概况
榆次热电有限公司 1 号机组为 330MW 亚临界直接空冷机组，型号为东方汽轮机厂生产 NZK330-16.7/0.4/538/538 型三缸两排汽机组，最高连续运行背压 34kPa，末级叶片长度 661mm。机组原供热方式为中压缸排汽供热， 设计供热蒸汽压力 0.4MPa/246℃左右，每台机设计抽汽能力 500t/h。
榆次热电于 2013 年对 1 号机组实施低位能供热（高背压）改造，改造后汽轮机乏汽得到一定利用。但限于原低压缸末级叶片设计特性，存在乏汽吸收率低、供热期背压偏低等问题。为进一步提高机组供热能力和经济性，于 2019 年实施了基于乏汽全部吸收的通用转子超高背压改造，实现了60kPa 超高背压供热，供热期乏汽吸收率 100 ，解决了更换转子的问题， 大幅提高了机组的经济性。
二、改前情况
1、设计参数和技术指标
机组原设计为供热机组，供热方式为中排抽汽供热，设计抽汽参数0.4MPa/246℃，设计抽汽能力 500t/h。2013 年实施了高背压供热改造，增设了高背压供热凝汽器，单机供热面积约 800 万m2。
2、存在的问题
高背压供热改造后，机组最高运行背压 34kPa，高背压凝汽器出口水温 70℃，高背压凝汽器乏汽吸收量约 370t/h。按照机组原设计特性，低压缸最低排汽容积流量不小于额定容积流量的 40 ，高背压运行工况下低压缸最小排汽量约 540t/h，因此约 170t/h 高背压乏汽进入空冷岛，造成较大的冷源损失，影响供电煤耗约 55g/kWh。常规解决办法是采用双转子形式，在供热期采用 400mm～500mm 范围内的较短末级叶片，在纯凝期采用原661mm 叶片，这样可以同时满足高背压供热经济性和纯凝工况经济性，但带来的问题是每年需停机两次以更换低压缸转子，增加了检修维护工作量， 同时对年发电任务带来较大影响。
三、改造方案
1、技术路线
研发具备小容积流量特性优异的新型空冷末级叶片和低压缸模块，结构设计具备较大的机械强度，满足超高背压 60kPa 运行工况，同时排汽面积的设计满足纯凝期经济性，具有较小的排汽损失，实现通用转子超高背压供热。
新末级叶片和低压缸模块特性
（1）全新优化末两级静动叶流型，静叶采用复合成型（扭转、前掠、弯曲）设计，使达到最佳级匹配设计，减小静动叶能量损失和末级排汽损失，最大限度提升末两级性能。
（2）充分考虑末级的宽负荷性能，一方面适当提高根部反动度，同 时降低顶部反动度，另一方面设计工况时较小的排汽角，使得低负荷时排汽角更接近轴向，兼顾各个工况的低压模块性能。
（3）新 661mm 低压模块的末级长叶片，采用了高阻尼、低响应特点的成圈叶片结构设计，叶根均采用大承载力的枞树型叶根。采用此种结构设计的叶片，由于其超高的阻尼特性，其振动响应水平较普通叶片低约5-8倍，更加适合机组变工况运行。
（4）具备 60kPa 超高背压、120℃超高排汽温度长期稳定运行能力。制定严格合理的末叶背压保护曲线，确保叶片在各种运行工况下的叶片动应力响应处于较低的水平。在小容积流量工况下，末级叶片在运行温度提升，结合强度、振动方面考虑，末级叶片及叶轮的最高允许长时运行温度按 150℃设计，以满足叶片特殊工况的运行要求。
2、实施方案
（1）改造方案
对低压缸通流部分进行改造，改造为小容积流量特性优良、适应 60kPa 超高背压 120℃超高排汽温度、兼具高效发电的新 661mm 末级叶片低压缸模块。增设低压缸末级叶片安全监视系统，以确保末级叶片安全性。
图 1 新低压缸模块示意图
图 2 新旧 661mm 叶片对比
（2）改造范围：
表 1 改造范围表
（3）项目总投资与施工周期
项目总投资 2000 万，施工周期 12 个月，其中现场施工 50 天。
3、创新点
国内首次实现 300MW 等级机组通用转子 60kPa 超高背压供热，实现供热期乏汽利用率 100 ， 消除了机组冷源损失， 汽轮机热耗率降低至3650kJ/kWh，供电煤耗降低至 135g/kWh。
四、实施效果
1、改造前后技术指标对比、运行情况对比
改造后供热期乏汽利用率 100 ，空冷岛进汽量平均降低了 160t/h，消除了机组冷源损失，汽轮机热耗率降低至 3650kJ/kWh，供电煤耗降低至135g/kWh，降低 54g/kWh，一个供热期节煤 1.4 万吨，按照标煤单价 800 元/t 计算，年节约燃料费 1120 万元。
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