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        汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度突降分析及對(duì)策

        2016-08-10 08:11:51蘆海慶寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司寧夏吳忠751607
        電力安全技術(shù) 2016年1期
        關(guān)鍵詞:嚴(yán)密性軸封汽輪機(jī)

        蘆海慶(寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司,寧夏 吳忠 751607)

        汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度突降分析及對(duì)策

        蘆海慶
        (寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司,寧夏 吳忠 751607)

        針對(duì)某發(fā)電公司600 MW汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度突然降低的異?,F(xiàn)象,分析其產(chǎn)生的根源并提出解決的辦法,實(shí)現(xiàn)了機(jī)組真空嚴(yán)密性合格,消除了設(shè)備隱患,保證了機(jī)組長期經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

        汽輪機(jī);低壓軸封;供汽溫度;真空嚴(yán)密性

        0 前言

        汽輪機(jī)低壓軸封供汽可以防止空氣通過汽輪機(jī)低壓軸端徑向間隙漏入到低壓缸內(nèi),從而保證汽輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。汽輪機(jī)設(shè)置了一套軸封供汽系統(tǒng),負(fù)責(zé)向低壓軸封提供連續(xù)不斷且可調(diào)整溫度和壓力的密封蒸汽。

        1 汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度存在的問題

        某公司5,6號(hào)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NZK-16.7/538/538型亞臨界、中間再熱、單軸、雙缸雙排汽直接空冷機(jī)組,高、中壓合缸布置。汽輪機(jī)在機(jī)組高負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)行時(shí),由于低壓缸軸封段存在泄汽不暢、低壓缸軸封段溫度變化大且汽封結(jié)合面處有水流出的現(xiàn)象,證明軸封段存在積水。長時(shí)間積水會(huì)導(dǎo)致軸封段密封差、真空嚴(yán)密性不合格,嚴(yán)重時(shí)使軸封段帶水,威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。此機(jī)組在增加負(fù)荷時(shí),存在機(jī)組汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度瞬間大幅下降的現(xiàn)象,最低下降到105 ℃,而后上升到170 ℃,低壓軸封供汽溫度變化較大。

        2 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)運(yùn)行方式

        2.1 軸封系統(tǒng)密封及運(yùn)行汽源

        (1)該機(jī)組軸封系統(tǒng)(見圖1)為自密封系統(tǒng),軸封供汽有3路汽源:啟停時(shí),由輔助蒸汽及主汽門前主蒸汽供汽;正常運(yùn)行時(shí),靠高、中壓主汽門和調(diào)門等門桿漏汽和高壓軸封漏汽形成自密封。

        汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停止過程中,軸封由低壓輔汽聯(lián)箱供汽,其定值分別為0.03 MPa,0.055 MPa。當(dāng)軸封蒸汽聯(lián)箱壓力高于0.055 MPa時(shí),溢流調(diào)整閥自動(dòng)開啟,以保證軸封壓力正常。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷低于30 %額定負(fù)荷時(shí),汽輪機(jī)軸封用汽由低壓輔汽供給;當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷大于30 %額定負(fù)荷時(shí),高、中壓軸封漏汽能夠滿足低壓軸封用汽,低壓軸封用汽由高、中壓軸封漏汽供給,即轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)自密封;此時(shí)低壓輔汽供軸封及再熱汽冷端供軸封調(diào)整門自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)汽輪機(jī)高、中壓軸封漏汽量過大使軸封壓力大于0.055 MPa時(shí),溢流調(diào)整閥自動(dòng)開啟,以保證軸封壓力正常。

        (2) 在汽輪機(jī)正常運(yùn)行中,汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自密封式,具有設(shè)計(jì)合理、安全可靠、系統(tǒng)簡單、自動(dòng)控制能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn),且能夠滿足汽輪機(jī)各種運(yùn)行工況的需要。該軸封系統(tǒng)既提高了汽輪機(jī)的做功能力,又減少了軸封的漏汽損失,確保機(jī)組有較好的經(jīng)濟(jì)性。

        2.2 機(jī)組運(yùn)行對(duì)軸封供汽溫度的要求

        (1) 軸封蒸汽的過熱度不應(yīng)小于50 ℃,任何特殊情況下的過熱度不得小于14 ℃。

        (2) 低壓軸封溫度要求大于120 ℃,但不得超過180℃,建議軸封蒸汽溫度設(shè)定為150 ℃。

        (3) 為了避免出現(xiàn)大的熱應(yīng)力而引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的損壞,高中壓缸汽封腔室的軸封汽與轉(zhuǎn)子金屬溫度之間的溫差不允許超過110 ℃,但在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程中允許短時(shí)間達(dá)到167 ℃。因低壓缸軸封處溫度較低,為了防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力,必須嚴(yán)格控制汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽溫度不高于180 ℃。

        本機(jī)組采取了以下2種方法降低低壓軸封蒸汽溫度。

        (1) 設(shè)置噴水減溫冷卻器,用凝結(jié)水作為冷卻介質(zhì),直接冷卻軸封蒸汽;所需要的軸封蒸汽溫度值可以通過溫度設(shè)定器來設(shè)定。這種冷卻方法能夠很好地適應(yīng)工況快速變化的調(diào)節(jié)需要。

        (2) 將低壓軸封蒸汽管道經(jīng)汽輪機(jī)凝汽器喉部延伸到凝汽器內(nèi)部,利用軸封蒸汽管道周圍流動(dòng)的低壓缸低溫排汽來冷卻軸封汽。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),低壓軸封蒸汽經(jīng)冷卻后溫度可下降20-30 ℃。

        3 汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽溫度突降原因分析

        3.1 軸封供汽溫度大幅變化的共性原因

        (1) 軸封供汽、溢流站排汽壓力調(diào)節(jié)閥、軸封供汽減溫水閥調(diào)節(jié)不夠靈活,對(duì)設(shè)定值進(jìn)行跟蹤控制不及時(shí)。

        (2) 軸封供汽噴水減溫器后溫度測點(diǎn)安裝位置不合理,過于靠近噴水減溫器。

        (3) 低壓軸封蒸汽減溫器噴嘴霧化效果不好,水從噴嘴噴出后不能夠形成非常薄的均勻水霧,使汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽系統(tǒng)帶水量增大,同時(shí)增加汽水分離器的負(fù)擔(dān),出現(xiàn)汽水分離不徹底的現(xiàn)象。一旦低壓軸封蒸汽帶水量增大,并進(jìn)入到疏水罐中后,當(dāng)疏水罐下部疏水器疏水不暢時(shí),就會(huì)使疏水罐內(nèi)部水位升高并且長期保持一定高度的水位;這樣當(dāng)?shù)蛪狠S封蒸汽流過時(shí)會(huì)攜帶大量水分,并造成蒸汽溫度突然下降。

        (4) 機(jī)組負(fù)荷大幅度變化時(shí),低壓軸封蒸汽的流量會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化;而減溫水的變化滯后于蒸汽流量的變化,這就造成蒸汽帶水、溫度突降;而在低壓軸封蒸汽溫度低時(shí),減溫水調(diào)門又自動(dòng)關(guān)小,因而造成軸封蒸汽溫度突然升高、大幅波動(dòng)。

        3.2 該機(jī)組軸封供汽溫度大幅突降的原因

        圖2中的曲線表明,在2012-04-20機(jī)組長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行期間,負(fù)荷沒有明顯變化,軸封壓力等參數(shù)調(diào)節(jié)正常,但低壓缸兩端軸封供汽溫度依然出現(xiàn)10 ℃左右波動(dòng)(在171-158 ℃之間變化)。圖3示出2012-04-29機(jī)組負(fù)荷從464 MW增加到530 MW的過程中低壓缸軸封供汽溫度變化情況,軸封供汽溫度在5 min內(nèi)突降58 ℃左右(兩端溫度由162/163 ℃下至103/105 ℃),最低至103 ℃,隨后恢復(fù)至166/167.9 ℃。

        分析機(jī)組長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行期間及增加負(fù)荷過程中軸封供汽溫度變化情況,并對(duì)機(jī)組軸封系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查,排除了減溫水、軸封供汽壓力等因素的影響。

        對(duì)系統(tǒng)布置進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),由于軸封加熱器到低壓缸軸封段的回汽管路較長、回汽管壓損較大,影響了對(duì)端部軸封的回汽壓力,為此應(yīng)適當(dāng)加大軸封的負(fù)壓值。但由于高中壓軸封各軸封回汽腔室至軸封加熱器的路徑不同、阻力差別較大,高中壓軸封回汽排擠低壓軸封回汽和小汽輪機(jī)軸封回汽,導(dǎo)致低壓軸封和小汽輪機(jī)回汽困難、阻力增加,低壓軸封回汽腔室壓力升高,因此回汽腔室的蒸汽向外逸出。若單單提高軸封加熱器入口負(fù)壓,降低各軸封回汽系統(tǒng)壓力,減少軸封回汽腔室向外跑汽,則往往會(huì)伴隨著低壓軸封腔室內(nèi)供汽量的不足,而很容易使空氣進(jìn)入,造成真空嚴(yán)密性下降,危及機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

        圖2 機(jī)組長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行期間軸封供汽溫度變化曲線

        圖3 機(jī)組增加負(fù)荷過程中軸封供汽溫度變化曲線

        4 采取的技術(shù)措施

        (1) 軸封供汽溫度的設(shè)定值由150 ℃提高至160 ℃,以保證當(dāng)?shù)蛪狠S封蒸汽溫度突降時(shí)不低于100 ℃(低壓轉(zhuǎn)子軸封處的實(shí)際溫度約為80 ℃),防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封處蒸汽凝結(jié),造成轉(zhuǎn)子表面溫度突降。

        (2) 汽輪機(jī)正常運(yùn)行中,將低壓軸封疏水罐疏水器旁路門開啟(0.5-1)圈,保證蒸汽中攜帶的水能夠及時(shí)排除掉。

        (3) 檢修中徹底清理低壓軸封疏水罐疏水器內(nèi)部雜質(zhì),并對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行除銹處理,同時(shí)對(duì)疏水器前、后管段進(jìn)行水沖洗,既保證了疏水管道的暢通,同時(shí)也有效地防止了疏水器的卡澀。對(duì)軸封供汽溫度、壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行全面檢查,保證了其跟蹤的靈敏性。

        (4) 停機(jī)后,對(duì)低壓軸封蒸汽減溫水系統(tǒng)進(jìn)行徹底清理,對(duì)噴嘴進(jìn)行清理修復(fù),并進(jìn)行了噴嘴霧化試驗(yàn),對(duì)噴嘴間隙進(jìn)行了合理的調(diào)整,采取了運(yùn)行中防止松動(dòng)的措施,保證機(jī)組正常運(yùn)行中,低壓軸封蒸汽減溫水噴嘴霧化均勻、無偏斜及水簾,達(dá)到了最佳的霧化效果。

        (5) 檢查小機(jī)軸封段的漏汽影響,對(duì)小汽輪機(jī)軸封供汽、回汽門進(jìn)行調(diào)整,減少小汽輪機(jī)軸封段漏汽量。

        (6) 在機(jī)組檢修中,對(duì)汽輪機(jī)軸封進(jìn)行改造,將原迷宮式汽封更換為王長春接觸式汽封,軸端密封效果好,減少了高中壓缸軸封漏汽,使得低壓缸軸封段回汽順暢。

        5 采取措施的效果及建議

        5.1 效果

        采取以上措施后,汽輪機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行期間,不存在低壓缸軸封段冒汽、冷凝積水現(xiàn)象,保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。在機(jī)組增加負(fù)荷過程中,低壓缸軸封供汽溫度平穩(wěn),消除了大幅突降現(xiàn)象。

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,600 MW空冷機(jī)組真空度每降低1 %,煤耗增加1.1 g/kWh,提高真空度可有效降低煤耗。通過以上各種技術(shù)措施,真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格率得以提高,避免了為保證真空嚴(yán)密性而提高低壓缸軸封供汽壓力的弊端,真空嚴(yán)密性由原來的250 Pa/min提高到100 Pa/min,真空嚴(yán)密性試驗(yàn)達(dá)到了優(yōu)秀值,經(jīng)濟(jì)性顯著提高。真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格,能夠有效控制凝結(jié)水溶氧,提高汽水品質(zhì)及汽輪機(jī)效率。

        5.2 建議

        建議根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備布置情況,將通往軸封加熱器的低壓缸軸封回汽管道單獨(dú)布置,徹底解決同一個(gè)回汽管道對(duì)低壓缸軸封段回汽的影響,以保證汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)所有軸封段回汽順暢。

        6 結(jié)束語

        通過對(duì)汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)存在問題的分析,查明了問題的原因并采取了有效措施,消除了低壓軸封供汽溫度突然下降的隱患,有效防止了因汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子低壓軸封段溫度突變引起的熱應(yīng)力變化對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子安全的威脅,避免了異常事件的發(fā)生,保證機(jī)組的長周期安全運(yùn)行。同時(shí),真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格率提高,降低了機(jī)組供電煤耗,以控制小指標(biāo)的方式確保了大指標(biāo)的完成,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗,使機(jī)組始終以經(jīng)濟(jì)方式運(yùn)行。

        1 吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,1999.

        2 李建剛.汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行(第2版)[M].北京:中國電力出版社,2010.

        3 國家能源局.DL/T1290—2013直接空冷機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)方法[S].2013.

        4 中華人民共和國發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T892—2004電站汽輪機(jī)技術(shù)條件[S].2004.

        2015-08-07。

        蘆海慶(1973-),男,工程師,主要從事發(fā)電廠運(yùn)行管理工作,email:lhq2650@sina.com。

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