機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響

1、 機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響 摘 要：眾所周知，大型燃煤機(jī)組深度調(diào)峰已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，大多數(shù)汽輪機(jī)在深度調(diào)峰期間機(jī)器輔助設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)狀況與設(shè)計(jì)工況不符，因此對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全產(chǎn)生一定的影響。作者結(jié)合部分機(jī)組在深度調(diào)峰期間運(yùn)行情況，闡述了機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行、汽輪機(jī)本體及其輔助設(shè)備壽命的影響，總結(jié)了普遍存在的問(wèn)題以及相應(yīng)的處理措施。關(guān)鍵詞：機(jī)組；汽輪機(jī)；深度調(diào)峰；1 機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響1.1 給水泵再循環(huán)閥投運(yùn)方式機(jī)組負(fù)荷降低，給水流量也隨之降低，當(dāng)給水流量降低至接近再循環(huán)閥保護(hù)開(kāi)啟值時(shí)，需提前開(kāi)啟給水泵再循環(huán)電動(dòng)門(mén)和最小流量閥。部分機(jī)組發(fā)生過(guò)再循環(huán)閥突開(kāi)啟，造成給水流量降低引

2、起機(jī)組跳閘的事故。調(diào)峰降負(fù)荷過(guò)程手動(dòng)控制給水泵再循環(huán)閥開(kāi)度。深度調(diào)峰負(fù)荷較低，輔汽壓力較低時(shí)，需要將一臺(tái)給水泵退出帶給水，并開(kāi)啟再循環(huán)閥，另一臺(tái)給水泵遙控投入手動(dòng)調(diào)整給水，或者啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，這種運(yùn)行方式能夠有效提高機(jī)組在深度調(diào)峰時(shí)給水調(diào)整的穩(wěn)定性，但會(huì)導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低。1.2停運(yùn)1臺(tái)汽動(dòng)泵的影響機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)，若停運(yùn)1臺(tái)汽泵，則給水控制品質(zhì)提高，但可能導(dǎo)致停運(yùn)泵出現(xiàn)轉(zhuǎn)子熱彎曲現(xiàn)象。泵停運(yùn)時(shí)，泵內(nèi)積存的水逐漸冷卻降溫，其中的冷水會(huì)下沉到泵底部，在泵體內(nèi)部產(chǎn)生一定的溫差，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲。這種熱彎曲一般在停運(yùn)2 h左右達(dá)到最大，停運(yùn)6 h后才會(huì)逐漸消除。在此期間啟動(dòng)，可能會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)，引起動(dòng)

3、靜碰磨。如果有條件進(jìn)行連續(xù)盤(pán)車(chē)的，應(yīng)投入連續(xù)盤(pán)車(chē)；如不具備連續(xù)盤(pán)車(chē)條件，則應(yīng)在啟動(dòng)前對(duì)給水泵進(jìn)行充分的預(yù)暖，使水泵內(nèi)各部位溫度分布均勻，并盡量接近除氧器內(nèi)給水溫度。如果深度調(diào)峰持續(xù)時(shí)間不超過(guò)6 h，建議給水泵采用最低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)備用；如果深度調(diào)峰持續(xù)時(shí)間超過(guò)6 h，應(yīng)停運(yùn)小機(jī)汽泵至盤(pán)車(chē)狀態(tài)。1.3小汽輪機(jī)汽源的切換小汽輪機(jī)的汽源一般選擇四級(jí)抽汽，同時(shí)設(shè)置冷段再熱蒸汽和輔助蒸汽為備用汽源。在深度調(diào)峰時(shí)，四級(jí)抽汽的壓力較低，可能無(wú)法滿(mǎn)足鍋爐給水的需要，需要投入冷再或輔汽汽源。因此，機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)，需要提前進(jìn)行小汽輪機(jī)的汽源切換工作，否則可能造成小汽輪機(jī)進(jìn)汽管路暖管不充分，進(jìn)汽溫度突降，甚至進(jìn)冷氣水，導(dǎo)

4、致小汽輪機(jī)做功能力下降，給水流量降低等事故。某機(jī)組在降負(fù)荷過(guò)程中，小汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度在4 min內(nèi)由270 驟降至160 ，導(dǎo)致小汽輪機(jī)噴嘴壓條脫落變形，平衡塊被脫落壓條撞擊移位。造成該事故的原因是，輔汽至小汽輪機(jī)管道在機(jī)組正常運(yùn)行中逆止閥保持關(guān)閉狀態(tài)，且未設(shè)計(jì)自動(dòng)疏水系統(tǒng)，大量的冷水、冷汽積聚在輔汽至小汽輪機(jī)管道的疏水盲段中。降負(fù)荷過(guò)程中，四級(jí)抽汽壓力逐漸下降，一旦四級(jí)抽汽壓力低于輔汽壓力時(shí)，輔汽至小汽輪機(jī)管道逆止閥就會(huì)瞬時(shí)打開(kāi)，導(dǎo)致疏水盲段中的冷汽、冷水進(jìn)入小汽輪機(jī)。1.4末級(jí)葉片出汽側(cè)的回流沖蝕汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)葉片在極高的離心力和濕蒸汽腐蝕的環(huán)境中工作，承受了很大的蒸汽作用力。部分服役年限

5、較長(zhǎng)的機(jī)組原先設(shè)計(jì)為承擔(dān)基本負(fù)荷，并沒(méi)有考慮機(jī)組長(zhǎng)期深度調(diào)峰對(duì)末級(jí)葉片安全運(yùn)行的影響。因此，這部分機(jī)組在長(zhǎng)期深度調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，末級(jí)葉片在出汽側(cè)出現(xiàn)了大范圍的沖蝕損傷，嚴(yán)重的甚至造成葉片斷裂、飛脫，這通常是受到回流的濕蒸汽中水滴的沖刷及化學(xué)物質(zhì)的腐蝕共同作用所致。機(jī)組排汽容積流量隨機(jī)組負(fù)荷降低而降低，當(dāng)其降低至某個(gè)數(shù)值，導(dǎo)致機(jī)組乏汽不能充滿(mǎn)整個(gè)流動(dòng)汽道時(shí)，濕蒸汽在葉片根部就會(huì)逆向流動(dòng)，形成回流，對(duì)葉片的出汽側(cè)形成沖蝕。機(jī)組排汽容積流量越小，回流發(fā)生的范圍越大，在葉片出汽側(cè)的回流沖蝕就越嚴(yán)重，回流范圍甚至?xí)U(kuò)大到機(jī)組的次末級(jí)葉片。1.5機(jī)組振動(dòng)及真空調(diào)整部分機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)大的問(wèn)

6、題。該振動(dòng)頻譜以1倍頻為主，具有動(dòng)靜碰磨的特征，且都發(fā)生在機(jī)組真空過(guò)高的時(shí)候。通過(guò)初步分析，基本排除轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡、軸系中心不正、末級(jí)葉片顫振等原因。進(jìn)一步分析認(rèn)為其主要原因是，機(jī)組的真空過(guò)高，引起低壓缸發(fā)生彈性形變，形變量過(guò)大所致。該類(lèi)型機(jī)組低壓缸模塊采用座缸式結(jié)構(gòu)，低壓缸軸承座與低壓缸整體焊接，剛度較差，在負(fù)荷過(guò)低、真空過(guò)高的情況下，汽缸內(nèi)外壓力差增加，同時(shí)低壓缸幾何尺寸較大、設(shè)計(jì)強(qiáng)度偏低。文獻(xiàn)9表明，機(jī)組真空對(duì)低壓缸各個(gè)軸承標(biāo)高會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，進(jìn)而影響到各個(gè)軸承的載荷分配，在低壓缸強(qiáng)度較低的情況下，可能導(dǎo)致汽封與轉(zhuǎn)子間隙逐漸變小，直至發(fā)生動(dòng)靜碰磨。表1為某600 mw機(jī)組凝汽器抽真空過(guò)程

7、中低壓缸各個(gè)軸承標(biāo)高的變化量，該機(jī)組的2個(gè)低壓缸坐落在3號(hào)至6號(hào)軸承上。由表1可見(jiàn)，在凝汽器抽真空過(guò)程中，低壓缸各個(gè)軸承標(biāo)高均存在不同程度的變化，其中5號(hào)軸承標(biāo)高改變量最大，標(biāo)高變化量接近400 m 。表1 抽真空過(guò)程中低壓缸軸承標(biāo)高變化量針對(duì)低壓缸軸承標(biāo)高變化導(dǎo)致動(dòng)靜碰磨的問(wèn)題，可以采用以下措施：將低壓轉(zhuǎn)子軸封間隙適當(dāng)放寬；在低壓缸增加輔助支撐及筋板，提高汽缸局部的剛度；在機(jī)組沖轉(zhuǎn)及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)停運(yùn)一臺(tái)真空泵，降低凝汽器真空度。通過(guò)上述措施，可以有效減小低壓缸的形變量，避免汽封動(dòng)靜碰磨的發(fā)生，改善機(jī)組振動(dòng)情況。某機(jī)組利用大修的機(jī)會(huì)，對(duì)低壓缸進(jìn)行了加固處理，增加輔助支撐和筋板，收到了良好的效果

8、。低壓缸加固方案結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，加固前后形變量對(duì)比見(jiàn)表2。低壓缸在加固前，各個(gè)負(fù)荷下振動(dòng)最高值超過(guò)了100 mm10；加固后，形變量得到了明顯的抑制，機(jī)組運(yùn)行聲音更加平穩(wěn)，各個(gè)負(fù)荷下振動(dòng)最高值不超過(guò)80 mm。圖1 低壓缸加固方案結(jié)構(gòu)表2 低壓缸加固前后形變量對(duì)比2 對(duì)機(jī)組壽命的影響2.1汽輪機(jī)本體壽命分配汽輪機(jī)壽命一般是指從首次投運(yùn)至轉(zhuǎn)子出現(xiàn)第1條宏觀(guān)裂紋期間的總工作時(shí)間。影響汽輪機(jī)壽命的因素主要可以分為2大類(lèi)：一是轉(zhuǎn)子材料受到高溫和工作應(yīng)力作用產(chǎn)生的蠕變損耗；二是轉(zhuǎn)子材料受到交變應(yīng)力引起的低周疲勞損耗，由啟動(dòng)、停機(jī)、變負(fù)荷等不穩(wěn)定變工況引起。轉(zhuǎn)子總的壽命損耗為這兩類(lèi)損耗之和。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子

9、在啟停及變負(fù)荷工況下運(yùn)行，內(nèi)部溫度場(chǎng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子內(nèi)部承受熱應(yīng)力。負(fù)荷波動(dòng)越頻繁，這種熱應(yīng)力沖擊次數(shù)就越多，對(duì)轉(zhuǎn)子壽命損耗就越大，這就是低周疲勞損傷。低周疲勞損傷約占轉(zhuǎn)子總壽命損傷的80%，是研究汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命損傷的主要考慮對(duì)象。目前認(rèn)為汽輪機(jī)服役年限是30年，為獲得最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，必須合理分配并充分利用汽輪機(jī)壽命。2.2輔助設(shè)備壽命機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行，給水泵內(nèi)介質(zhì)溫度、壓力也會(huì)隨機(jī)組負(fù)荷的變化而變化，在機(jī)組升負(fù)荷的過(guò)程中，除氧器壓力和溫度提高，高溫水流入低溫泵體內(nèi)，將產(chǎn)生一定的熱沖擊。降負(fù)荷時(shí)，泵體和介質(zhì)的溫度變化相反，也同樣會(huì)產(chǎn)生熱沖擊。泵體需承受這樣的交變應(yīng)力，必然導(dǎo)致給水泵的壽

10、命損耗，這就對(duì)泵的可靠性提出了較高的要求。回?zé)峒訜崞鳒囟?、壓力等參?shù)均隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，因而在機(jī)組負(fù)荷大幅度變動(dòng)時(shí)，回?zé)峒訜崞鞫紝⒊惺芟鄳?yīng)的交變應(yīng)力。這種交變應(yīng)力會(huì)對(duì)金屬部件產(chǎn)生不利影響，降低使用壽命。因此，在機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制負(fù)荷的變化率?；?zé)峒訜崞鹘饬泻笾匦峦度霑r(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的溫升速率控制進(jìn)汽閥開(kāi)啟度。各個(gè)回?zé)峒訜崞鞯倪B續(xù)排汽需保持通暢，保證加熱器內(nèi)的不凝結(jié)氣體及時(shí)排出，既提高了換熱效率，也延緩了金屬部件的腐蝕。3 結(jié) 論1）大型燃煤機(jī)組深度調(diào)峰是目前各發(fā)電企業(yè)面臨的實(shí)際問(wèn)題。綜合考慮汽輪機(jī)設(shè)備在深度調(diào)峰時(shí)的運(yùn)行特點(diǎn)，在大多數(shù)情況下，汽輪機(jī)及輔助系統(tǒng)不存在限制機(jī)組降負(fù)荷的制約因素，但汽輪機(jī)設(shè)備在深度調(diào)峰時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)該引起重視。機(jī)組深度調(diào)峰期間，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況較大，機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性會(huì)受影響，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組壽命損耗加快，影響機(jī)組壽命分配方式，降低機(jī)組實(shí)際壽命。需要加強(qiáng)深度調(diào)峰技術(shù)研究，積極開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，保證機(jī)組深度調(diào)峰期間運(yùn)行安全。參考文獻(xiàn)1梁金麗, 張玉軍. 350 mw機(jī)組降