中南電力設(shè)計院

1、中國電力規(guī)劃協(xié)會 2005 年熱機專業(yè)技術(shù)交流會超臨界機組三大蒸汽管道疏水系統(tǒng)設(shè)計建議中南電力設(shè)計院徐傳海2005.11.審 核：楊汝同校 核：薛家春編 制：徐傳海目錄1 概 述2 三大蒸汽管道系統(tǒng)簡介3 疏水閥的常規(guī)控制方法及問題4 疏水閥啟閉控制建議5 結(jié)論超臨界機組三大蒸汽管道疏水系統(tǒng)設(shè)計建議【 內(nèi)容摘要 】 受汽機本體疏水閥用機組負荷信號控制啟閉的影響， 主蒸汽管道與再熱蒸汽管道 （簡稱三大蒸汽管道 ）疏水閥也順其自然地用機 組負荷信號來控制啟閉。此設(shè)計大量高溫蒸汽排入疏水擴容器，使之發(fā)生 過熱鼓包現(xiàn)象，機組啟停時低溫蒸汽返回汽缸危及機組安全。本工程建議 設(shè)置三大蒸汽管道疏水專用的高壓

2、疏水擴容器，以解決蒸汽返回汽缸的問 題，并用溫差信號控制三大蒸汽管道疏水閥的啟閉，至少可以大大縮短高 溫蒸汽進入高壓疏水擴容器的時間?！?關(guān)鍵字 】 三大蒸汽管道 疏水系統(tǒng) 設(shè)計建議1 概 述在超臨界機組中， 主蒸汽、 低溫再熱蒸汽、 高溫再熱蒸汽管道及與之相 配的汽機旁路管道 （簡稱三大蒸汽管道 ）的疏水及輔助系統(tǒng)的設(shè)計是否合理對 機組安全與經(jīng)濟運行有著很大的影響， 其關(guān)鍵是疏水閥的控制時機與控制信 號的選取。下面以常規(guī)設(shè)計的 600MW 超臨界機組三大蒸汽管道系統(tǒng)為基礎(chǔ) 探討之。2 三大蒸汽管道系統(tǒng)簡介目前， 600MW 超臨界機組的主蒸汽管道從過熱器出口集箱以雙管接出 后合并為單管，在進

3、汽機前再分成兩路，分別接至汽輪機左右側(cè)主汽門。主 蒸汽系統(tǒng)的主管為（419.1 75） mm,支管為（298.5 53） mm,管材為A335P91。 低溫再熱蒸汽管道由高壓缸排汽口以雙管接出， 合并成單管后至爐前分為兩 路進入再熱器入口聯(lián)箱。低溫再熱蒸汽系統(tǒng)的主管為965.2 22.23mm,支管為660.4 15.88mm,管材為A672B70CL32。高溫再熱蒸汽管道，由鍋爐 再熱器出口聯(lián)箱接出兩根后合并成一根管, 至汽輪機處分為兩路接入汽輪機 左右側(cè)中壓聯(lián)合汽門。高溫再熱蒸汽系統(tǒng)的主管為（914.4 32） mm,支管為（647.7 23） mm，管材為A335P91。汽機多采用容量為

4、30%BMCR的高、 低壓二級串聯(lián)旁路系統(tǒng),高壓旁路閥一只,低壓旁路閥兩只。為了防止汽輪機進水, 三大蒸汽管道系統(tǒng)設(shè)有完善的疏水系統(tǒng), 疏水排 入高壓疏水擴容器。 其中, 主蒸汽管道在汽機處斜三通之前主管的低點和之 后兩根支管的低點以及汽機高壓旁路閥之前設(shè)疏水點，氣動疏水閥前接57 8 mm的P91管道，氣動疏水閥后接89 12 mm的12Cr1MoV管道；低 溫再熱管道在汽機排汽逆止閥前后及高壓旁路閥的排汽管道低點設(shè)疏水罐， 連接疏水罐與疏水閥的管道為76 6 mm的20號鋼管，疏水閥后接89 4 mm 的 20 號鋼管；高溫再熱管道在汽機處斜三通之前主管的低點、之后兩 根支管的低點及兩只低

5、壓旁路閥之前設(shè)疏水罐， 連接疏水罐與疏水閥的管道 為63.5 4.4 mm的P91鋼管，疏水閥后接89 6 mm的12Cr1MoV管道。另外，機組正常運行時， 滯留在汽機高壓旁路閥前支管內(nèi)的高壓蒸汽因 管道散熱而凝結(jié)，為促使滯留蒸汽流動，避免蒸汽凝結(jié)，并減少高壓旁路閥 之前的疏水閥的啟閉次數(shù)，在主汽門前的支管上設(shè)一根57 8 mm、管材為P91、連至高壓旁路閥前的暖管。同樣汽機低壓旁路支管上也分別設(shè)一根 63.5 4.4 mm、管材為P91、連至低壓旁路閥后的暖管。3 疏水閥的常規(guī)控制方法及問題在一次再熱式汽輪發(fā)電機組的啟動過程中， 根據(jù)汽輪機廠家說明書的規(guī) 定，機組負荷升至 10的額定負荷時

6、關(guān)閉中壓調(diào)門之前的汽機本體疏水閥， 升至 20的額定負荷時關(guān)閉中壓調(diào)門之后的汽機本體疏水閥。反之，在停 機過程中，機組負荷降至 20的額定負荷時開啟中壓調(diào)門之后的汽機本體 疏水閥，降至 10的額定負荷時開啟中壓調(diào)門之前的汽機本體疏水閥?？?見，汽機本體疏水閥的啟閉控制信號是機組的負荷。這樣，機組在啟停過程 中，汽機本體內(nèi)的疏水可以及時地排出， 由此防止在汽機內(nèi)發(fā)生汽水沖擊事 故。另外，當汽機跳閘時，汽機本體疏水閥會自動開啟，能盡快地將導汽管 及汽缸內(nèi)積存的蒸汽排至凝汽器，以防止機組超速。另外，為了防止低溫再 熱管道疏水返回汽機， 低溫再熱管道設(shè)有疏水罐并由其水位控制疏水閥的啟 閉。目前， 60

7、0MW 超臨界機組受汽機本體疏水閥啟閉控制方式的影響，設(shè) 計時也順其自然地用機組的設(shè)定負荷（一般是 10的額定負荷）來控制三 大蒸汽管道疏水閥的啟閉， 即在啟動機組過程中機組負荷升至 10%的額定負 荷時關(guān)閉三大蒸汽管道疏水閥， 在停機過程中， 機組負荷降至 10%的額定負 荷時關(guān)閉三大蒸汽管道疏水閥。三大蒸汽管道疏水閥的啟閉由機組負荷來控制時，雖然控制方式簡單， 但存在如下問題：（1）從汽機沖轉(zhuǎn)到機組負荷升至 10的額定負荷期間，主蒸汽管道疏 水閥開啟所排放的蒸汽是高溫高壓蒸汽， 既增加熱量損失， 又增加高壓疏水 擴容器負擔。 原因是機組啟動時汽機允許沖轉(zhuǎn)的條件是主蒸汽的過熱度不能小于50C

8、，在此期間主蒸汽管道內(nèi)已無水可疏；（2）在停機過程中，機組低于 10的額定負荷時開啟三大蒸汽管道疏 水閥，鍋爐與三大蒸汽管道內(nèi)儲存的大量高溫蒸汽排入高壓疏水擴容器， 不 僅增加機組的熱量損失和高壓疏水擴容器的負擔， 而且降低高壓疏水擴容器 的壽命，并可能危及機組的安全。當機組突然解列時，蒸汽參數(shù)很高（接近 機組正常運行時的參數(shù)），問題將更為突出。某些用負荷來控制三大蒸汽管道疏水閥啟閉的在役機組出了一些問題。 例如：彭城電廠一期工程兩臺 300MW 亞臨界機組自投產(chǎn)以來， 機組啟停時， 大量的高溫主蒸汽、 再熱蒸汽排入汽機本體疏水擴容器 （即與凝汽器相連的 疏水擴容器），引起疏水擴容器壓力升高，

9、尤其是停機時本體疏水擴容器內(nèi) 的蒸汽沿著汽機本體疏水管返回汽缸， 繼續(xù)膨脹做功， 使汽機無法降至零轉(zhuǎn) 速（轉(zhuǎn)速高達 200轉(zhuǎn)/分）， 1 號機組 2004 年大修時發(fā)現(xiàn)汽機本體疏水擴容 器下部有過熱鼓包現(xiàn)象。實際上，停機時潛在的危險性更大，原因是排入本 體疏水擴容器的高溫蒸汽，在噴水降溫（有可能變成濕蒸汽）之后，沿著汽 機本體疏水管返回汽缸， 使汽機上下缸產(chǎn)生較大的溫差， 可能引起汽機大軸 彎曲并在動靜件之間產(chǎn)生摩擦， 并使汽機急冷而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力， 影響汽 機的壽命，甚至造成較大的事故。另外， GEC ALSTOM 公司的做法是不允許三大蒸汽管道疏水排入汽機 本體疏水擴容器， 而是排入專設(shè)

10、的大氣式啟動疏水擴容器， 擴容蒸汽直接排 大氣。機組啟動時三大蒸汽管道疏水很大 如：1m長的（419.1X75） mm保 溫管道溫度升高C時，僅金屬部分吸熱一項需要的熱量就與 31g飽和蒸汽 的凝結(jié)放熱量相當， 加上保溫材料吸熱量和管道散熱量， 管道金屬部分升溫 1C需要的蒸汽量會更多，當然從啟動疏水擴容器排入大氣的蒸汽量很大， 這樣工質(zhì)（凝結(jié)水）損失量很大，排汽噪音也大，排汽還會發(fā)生“下雨”現(xiàn) 象，對生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，我院設(shè)計的黃石電廠2X330MW 北重一ALSTOM機組在168小時滿負荷試運移交試生產(chǎn)之前將啟動疏水擴容 器的排汽改排至凝汽器。黃石電廠 2X330MW 機組啟動疏

11、水擴容器排汽由排大氣改至凝汽器的 實踐為大容量機組三大蒸汽管道疏水單獨設(shè)置汽水兩側(cè)與凝汽器相連的疏 水擴容器提供了范例。因此，建議 600MW 超臨界機組三大蒸汽管道疏水引 至單獨設(shè)置的疏水擴容器高壓疏水擴容器， 該擴容器不接受汽機本體范 圍內(nèi)的疏水。 這樣，機組啟停時三大蒸汽管道疏水所產(chǎn)生的擴容蒸汽沿著汽 機本體疏水管返回汽缸的問題得到解決。4 疏水閥啟閉控制建議鑒于主蒸汽管道疏水閥的啟閉由機組負荷來控制時， 從汽機沖轉(zhuǎn)到機組 負荷升至 10的額定負荷期間，主蒸汽管道疏水閥開啟所排放的蒸汽是高 溫蒸汽， 已失去疏水功能， 顯然主蒸汽管道疏水閥的啟閉由機組負荷來控制 不盡合理。 在此，建議用汽

12、機側(cè)主蒸汽管道內(nèi)的蒸汽溫度與直流鍋爐汽水分 離器出口蒸汽溫度之差來控制， 即在機組啟動過程中， 當兩處的蒸汽溫度之 差大于5060°C時，主蒸汽管道疏水閥自動關(guān)閉。此時，若蒸汽參數(shù)不能 滿足汽機沖轉(zhuǎn)要求（如：機組極熱態(tài)啟動），應(yīng)加大汽機旁路流量，提高主 蒸汽參數(shù)，使之滿足機組啟動要求；在機組正常停機過程中，當兩處的蒸汽 溫度之差小于6050C時，自動開啟主蒸汽管道疏水閥；汽機跳閘時，除 急需檢修主蒸汽管道零部件開啟疏水閥之外，其他情況沒有必要開啟疏水 閥，以儲存管內(nèi)蒸汽及其熱量 ,減緩管道的冷卻速度，縮短機組再啟動時主 蒸汽管道的暖管時間及機組啟動時間。計算表明，1m （419.1X

13、75） mm的主蒸汽管道降低1C金屬放熱440kJ, 在管道保溫厚度硅酸鋁170mm、巖棉100mm的情況下，管道溫度為 566C 時散熱功率約為470W，管道（金屬部分）降溫1C約需要15分鐘，管道溫 度為400C時散熱功率約為260W，管道降溫1C約需要30分鐘?？梢姡?蒸汽管道自然散熱冷卻需要的時間相當長， 當再考慮保溫材料儲存的熱量時 冷卻時間會更長。 除主蒸汽管道發(fā)生意外進水事故外， 機組停運之后要經(jīng)過 相當長的一段時間，主蒸汽管道中才能出現(xiàn)積水（主蒸汽凝結(jié)水），這也說 明主蒸汽管道疏水閥的啟閉沒有必要用機組負荷來控制。同樣，高溫再熱管道管徑大、管壁較厚，金屬儲存的熱量也較多。 1

14、m （914.4X32） mm的主管每降低1C放熱360kJ, 566C的管道散熱功率約為 700W，管道降溫1C約需要8分鐘。這樣，汽機跳閘后在高溫再熱管道中儲 存的過熱度大、 壓力低的高溫再熱蒸汽在相當長的時間里不會凝結(jié)成水。 因 此，建議高溫再熱管道疏水閥用汽機側(cè)高溫再熱管道內(nèi)的蒸汽溫度與低溫再 熱管內(nèi)蒸汽壓力對應(yīng)的飽和溫度之差來控制， 如果不考慮由蒸汽壓力計算飽 和溫度，也可以用高溫再熱蒸汽的溫度與低溫再熱蒸汽的溫度之差來控制， 即在機組啟動過程中，當冷熱再熱蒸汽溫度之差大于5060C（汽機配兩級旁路時按5060 C考慮，配單級旁路時此溫差宜適當取大些）時，高溫 再熱管道疏水閥自動關(guān)閉

15、； 機組停運后，當?shù)蜏卦贌嵴羝麥囟戎钚∮?60 50C時，高溫再熱管道疏水閥自動開啟。對于低溫再熱管道仍然由疏水罐的水位控制疏水閥的啟閉。 其實，汽機進水事故主要由再熱器事故噴水倒流和用低溫再熱蒸汽加熱的高壓加熱器 管子發(fā)生爆破后高壓給水倒流引起的。 建議由爐側(cè)低溫再熱管道事故噴水減 溫器上游的蒸汽溫度信號和高壓加熱器汽側(cè)的水位信號超前控制高壓缸排 汽逆止閥下游的疏水閥，以降低汽機進水的可能性。不過，在再熱器事故噴 水倒流和高壓加熱器管子爆破給水倒流的情況下疏水量較大，僅靠76X6mm 的疏水管較難排凈此水。因此，應(yīng)加強措施，防止再熱器事故噴水過量 和高壓加熱器給水倒流事故發(fā)生。如：選用可控

16、性好的事故噴水調(diào)節(jié)閥，以 防止再熱器事故噴水過量；當高壓加熱器汽側(cè)水位達到高 III 時，高壓加熱 器切除運行，以防止給水沿抽汽管道倒流進低溫再熱蒸汽管道。總之，不用機組負荷來控制三大蒸汽管道疏水閥的啟閉， 可以大大縮短 三大蒸汽管道疏水進入高壓疏水擴容器的時間， 尤其是大大縮短三大蒸汽管 道內(nèi)的高溫蒸汽進入高壓疏水擴容器的時間， 甚至可以避免高溫蒸汽進入高 壓疏水擴容器，減輕高壓疏水擴容器的負擔，降低熱沖擊的影響，從而降低 焊縫開裂、擴容器鼓包、裂紋等故障發(fā)生的可能性，延長高壓疏水擴容器的 使用壽命。 同時，除可利用管內(nèi)儲存蒸汽之熱量減緩管道的冷卻速度以減少 機組再次啟動的暖管時間之外， 還

17、可避免高壓疏水擴容器的低溫蒸汽返回汽 缸對汽機所產(chǎn)生的傷害。5 結(jié)論綜上所述， 600MW 超臨界機組三大蒸汽管道疏水建議引至單獨設(shè)置的 疏水擴容器高壓疏水擴容器，該擴容器不接受汽機本體范圍內(nèi)的疏水， 可解決機組啟停時三大蒸汽管道疏水擴容蒸汽沿著汽機本體疏水管返回汽 缸的問題。三大蒸汽管道疏水閥的控制啟閉建議為：（1）主蒸汽管道疏水閥的啟閉將過去用機組預(yù)定負荷控制改成用汽機 側(cè)主蒸汽管道內(nèi)的蒸汽溫度與直流鍋爐汽水分離器出口蒸汽溫度之差來控 制；（2）高溫再熱蒸汽管道在汽機處的低點設(shè)疏水罐，疏水閥的啟閉控制 與主蒸汽管道疏水閥類似， 用汽機側(cè)高溫再熱管道內(nèi)的蒸汽溫度與低溫再熱 管內(nèi)蒸汽壓力對應(yīng)的飽和溫度之差來控制， 為了方便， 也可以用高溫再熱蒸 汽與低溫再熱蒸汽的溫差來控制；（3）低溫再熱管道在管道的低點設(shè)疏水罐，疏水閥的啟閉用現(xiàn)有的控 制方式由疏水罐水位來控制。主蒸汽和高溫再熱蒸汽管道疏水閥的啟