調(diào)峰運(yùn)行對(duì)汽輪機(jī)輔助設(shè)備的影響

中圖分類號(hào)：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）46-0045-01

大機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行，由于起動(dòng)頻繁或大幅度負(fù)荷變動(dòng)，要承受劇烈的溫度變化和交變應(yīng)力，從而縮短使用壽命。參與調(diào)峰還要求機(jī)組在一些特殊工況下長時(shí)間運(yùn)行，對(duì)機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來不利的影響。根據(jù)火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行方式，分析調(diào)峰運(yùn)行對(duì)汽輪機(jī)輔助設(shè)備的影響。

一、給水泵

機(jī)組經(jīng)常降負(fù)荷運(yùn)行或頻繁啟、停，運(yùn)行條件非常苛刻，要求給水泵不僅能在負(fù)荷大幅度變化的條件下穩(wěn)定運(yùn)行，而且能長期承受頻繁啟停過程中因壓力和溫度急劇變化而產(chǎn)生的熱沖擊，要求給水泵不僅具有良好的性能，而且具有更高的可靠性。機(jī)組頻繁起停和長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)給水泵的不利影響主要表現(xiàn)在以下方面。

1、熱應(yīng)力的變化導(dǎo)致壽命損耗

當(dāng)機(jī)組停運(yùn)后，因給水泵的質(zhì)量很大，其熱容量比管道大得多，在未完全冷卻之前，泵體的 溫度高于管道；熱態(tài)起動(dòng)時(shí)，管道內(nèi)溫度較低的水流入給水泵將產(chǎn)生熱沖擊，使泵體產(chǎn)生熱應(yīng)力。葉輪表面和泵殼內(nèi)壁產(chǎn)生拉應(yīng)力。在機(jī)組升負(fù)荷過程中，除氧器中的壓力和溫度隨之升高，高溫的水流入低溫的泵體內(nèi)，將產(chǎn)生熱沖擊，在葉輪表面和泵殼內(nèi)壁產(chǎn)生壓應(yīng)力，因此，在熱態(tài)起停過程中，水泵承受的是交變應(yīng)力，必將導(dǎo)致水泵的壽命損耗。

2、汽蝕損傷加快

在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通常需要停運(yùn)一臺(tái)給水泵，此時(shí)因除氧器中壓力下降，溫度也降至較 低的水平，管道中積存的溫度較高的水將有一部分蒸發(fā)，使汽水混合物流入泵內(nèi)、葉輪中發(fā)生兩相流，將會(huì)引起汽蝕和水錘現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)引起水泵振動(dòng)，甚至發(fā)生動(dòng)靜部分摩擦。

3、熱撓曲

在正常運(yùn)行工況下，給水泵的水溫約在130～220 ℃之間，當(dāng)機(jī)組因調(diào)峰停運(yùn)后，泵內(nèi)的存水冷水沉到泵的底部，導(dǎo)致泵體上下產(chǎn)生溫差，上部溫度較高，下部較低，使泵體和轉(zhuǎn)子向上拱曲變形。這種熱撓曲現(xiàn)象，一般要在停運(yùn)6 h后才會(huì)逐漸消除。

為了消除給水泵的熱變形，對(duì)于由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的給水泵，汽輪機(jī)通常具有盤車設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)盤車，在不具備盤車條件時(shí)，可在起動(dòng)前對(duì)水泵進(jìn)行預(yù)熱，以減小對(duì)水泵的熱沖擊。

4、給水泵可靠性

負(fù)荷頻繁大幅度變化對(duì)給水泵可靠性的影響主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

一是給水泵的殼體。大容量給水泵在啟、?；蚬r突然變動(dòng)時(shí)，壓力和溫度將發(fā)生劇烈變化，因而泵體也會(huì)產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力和不均勻熱變形，甚至使轉(zhuǎn)子與殼體之間同心度受到破壞。

二是轉(zhuǎn)子振動(dòng)。隨著機(jī)組容量的不斷增大，鍋爐給水泵也在向大容量和高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展。與此同時(shí)，振動(dòng)在給水泵的各種事故中占有的比例越來越大。導(dǎo)致振動(dòng)的原因非常復(fù)雜，有設(shè)計(jì)制造方面的原因，也有安裝運(yùn)行方面的原因。

另外，降負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組給水泵經(jīng)常需要在低流量工況下運(yùn)行，這時(shí)容易產(chǎn)生汽蝕和壓力脈動(dòng)，并且往往會(huì)因此而引起泵體和管路振動(dòng)。

三是軸封型式。鍋爐給水泵的軸封型式大致分為接觸式和非接觸式兩類，前者包括壓蓋 填料密封和機(jī)械密封，后者包括節(jié)流襯套迷宮密封和浮動(dòng)環(huán)密封。

節(jié)流襯套迷宮密封以凝結(jié)水作為密封水，密封水量的控制有溫度控制和壓力控制兩種方式。溫度控制方式是調(diào)整密封水量以控制泄漏水溫度在60 ℃左右，這時(shí)密封水不進(jìn)入泵內(nèi)；壓力控制方式是控制密封水的注入壓力，使它比泵的吸入壓力高0.1 MPa左右，這時(shí)密封水進(jìn)入泵內(nèi)。負(fù)荷頻繁大幅度變動(dòng)的機(jī)組，給水泵暖泵次數(shù)較多，宜采用溫度控制方式以提高暖泵效率。

四是壓力脈動(dòng)。當(dāng)泵的流量降低到某一程度時(shí)，泵內(nèi)流動(dòng)就開始紊亂，主要是在泵葉輪的進(jìn)出口處出現(xiàn)二次回流。當(dāng)這些回流混合時(shí)將產(chǎn)生很強(qiáng)的喘流，往往引起泵體和吸入管路振動(dòng)，甚至?xí)谖雮?cè)引起強(qiáng)烈的液柱喘振。

二、除氧器

滑壓運(yùn)行的除氧器，兩班制運(yùn)行和大幅度改變負(fù)荷都會(huì)使殼體產(chǎn)生內(nèi)外壁溫差和熱應(yīng)力，在起停和負(fù)荷波動(dòng)過程中，除氧器殼體和水箱都將承受交變應(yīng)力，這種交變應(yīng)力在腐蝕介質(zhì)的作用下將會(huì)產(chǎn)生腐蝕疲勞，從而造成除氧器和水箱的壽命損耗。

近年來，國內(nèi)外除氧器腐蝕裂紋問題都普遍存在。造成除氧器裂紋的原因，除材質(zhì)和焊接因素外，腐蝕疲勞也是一個(gè)重要的因素。

為加強(qiáng)除氧器水箱的剛度，在水箱內(nèi)部設(shè)置的三角支撐架，在工況變動(dòng)時(shí)約束了水箱的變形，將會(huì)增加水箱的內(nèi)應(yīng)力，因此，國外已用加大箱體壁的辦法提高水箱的剛度，而盡量避免采用內(nèi)撐結(jié)構(gòu)。

為了減少除氧器的疲勞損傷，提高使用壽命，可采用如下的一些技術(shù)措施：一是注意停用保護(hù)，控制水溫變化。二是控制水箱中水的pH值，并保持在8.5～9.6的范圍內(nèi)。三是控制補(bǔ)給水的離子電導(dǎo)率，使其保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。四是控制機(jī)組負(fù)荷變化率，尤其是降負(fù)荷過程，一般情況下要求機(jī)組的負(fù)荷變化率不超過3%/ min。五是注意加強(qiáng)無損探傷檢驗(yàn)。六是選用合適的材料和工藝進(jìn)行內(nèi)壁涂鍍，并防止在運(yùn)行中脫落。七是選用可焊性較好的材質(zhì)，改進(jìn)除氧器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小水箱的內(nèi)應(yīng)力。

三、高壓加熱器

高壓加熱器在起停和負(fù)荷變化時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力主要發(fā)生在管板上。正常運(yùn)行中管板上的熱應(yīng)力，主要是由于給水溫度在加熱器中的升高在進(jìn)出口側(cè)形成的溫差所引起的。管板上應(yīng)力的大小取決于該項(xiàng)溫差的大小。滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水溫度升高約25～40 ℃，當(dāng)汽機(jī)旁路投入運(yùn)行時(shí)，因加熱器與再熱汽聯(lián)通，給水溫升可達(dá)到60～120 ℃。此外由于高壓加熱器蒸汽和凝結(jié)水之間溫度和放熱系數(shù)的不同，可在管板汽側(cè)引起附加應(yīng)力。

在高壓加熱器投運(yùn)的過程中，由于加熱器入口溫度突出升高，將會(huì)在管板上產(chǎn)生熱沖擊。在冷態(tài)起動(dòng)時(shí)加熱器水室與給水箱水溫之差可達(dá)80～100 ℃，在起動(dòng)時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生熱沖擊。

當(dāng)高壓加熱器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如遇給水泵掉閘，備用給水泵自動(dòng)投運(yùn)，給水泵和管道中的低 溫水進(jìn)入加熱器水室將會(huì)造成嚴(yán)重的熱沖擊。

在機(jī)組的起動(dòng)和停機(jī)、大幅度負(fù)荷波動(dòng)等過渡工況下，高壓加熱器管板的進(jìn)水側(cè)是溫度突變 的劇烈部位，并產(chǎn)生瞬態(tài)熱應(yīng)力。因此投運(yùn)與解列或增負(fù)荷與降負(fù)荷時(shí)的熱應(yīng)力符號(hào)相反，所以管板承受的交變應(yīng)力，從而導(dǎo)致管板的壽命損耗，疲勞裂紋將首先在應(yīng)力最大部位的出水側(cè)管板直徑通道兩端管孔邊緣和入水側(cè)鄰近管孔中心的管孔邊緣處產(chǎn)生。

為了保證高壓加熱器熱應(yīng)力及疲勞壽命損耗限定在允許的范圍之內(nèi)，可采取如下的一些技術(shù)措施。

1、適當(dāng)控制溫度變化率

冷態(tài)起動(dòng)或工況變化時(shí)，溫度變化率一般應(yīng)限制在38 ℃/h，特殊情況下溫度變化率可達(dá)到93 ℃，不宜再高。當(dāng)溫度突變50 ℃時(shí)，管板上的最大集中應(yīng)力約為300 MPa，已接近管板材料的屈服極限。

在加熱器啟動(dòng)時(shí)，溫度尚未達(dá)到給水溫度之前，可打開給水出口旁路閥，按選定的溫升速率監(jiān)視加熱器的溫升，當(dāng)達(dá)到給水溫度并且穩(wěn)定后，再打開給水出口閥以免發(fā)生水擊。

2、保持加熱器排汽暢通

在加熱器啟動(dòng)時(shí)，要保證排氣暢通，將加熱器內(nèi)非凝結(jié)氣體排出，是保證加熱器正常工作的重要條件。加熱器內(nèi)如有非凝結(jié)氣體聚集，不但會(huì)降低加熱器效率、而且還會(huì)加快部件的腐蝕。

監(jiān)視加熱器終端溫差，可以判斷排氣是否暢通。但是當(dāng)加熱器超負(fù)荷、管束泄漏或結(jié)垢時(shí)也會(huì)引起終端溫差增大，應(yīng)予具體分析對(duì)待。

3、避免加熱器超負(fù)荷運(yùn)行

加熱器在超負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，蒸汽和給水都會(huì)加大加熱器的工作壓力，縮短加熱器的使用壽命。如兩臺(tái)并聯(lián)的加熱器一臺(tái)停運(yùn)時(shí)，另一臺(tái)將會(huì)嚴(yán)重的超負(fù)荷，這種工況應(yīng)當(dāng)避免。

4、注意加熱器停用保護(hù)

當(dāng)加熱器短時(shí)間停運(yùn)時(shí)，應(yīng)使汽側(cè)充滿蒸汽，水室內(nèi)的給水應(yīng)保持適當(dāng)?shù)膒H值。

當(dāng)加熱器長時(shí)間停運(yùn)時(shí)，應(yīng)在完全干燥后在汽側(cè)充入干燥的氮?dú)?，以防止停運(yùn)后的腐蝕，延長加熱器的使用壽命。

作者簡介

王海琴，供職于匯流河發(fā)電廠，紀(jì)委書記、工會(huì)主席。endprint