M701F燃?xì)廨啓C(jī)輪盤(pán)超溫診斷及處理

謝冰，薛少華

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州 516082）

M701F燃?xì)廨啓C(jī)輪盤(pán)超溫診斷及處理

謝冰，薛少華

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州 516082）

M701F燃?xì)廨啓C(jī)引進(jìn)我國(guó)后相繼出現(xiàn)了2級(jí)輪盤(pán)超溫報(bào)警的現(xiàn)象，通過(guò)分析，確認(rèn)2級(jí)輪盤(pán)超溫的原因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)老化導(dǎo)致冷卻空氣壓力不平衡。采取了對(duì)2級(jí)靜葉冷卻空氣節(jié)流孔板擴(kuò)孔的處理方法，2級(jí)輪盤(pán)溫度明顯下降，機(jī)組效率和燃?xì)廨啓C(jī)出力也有所降低。

M701F燃?xì)廨啓C(jī)；老化；輪盤(pán)；溫度

1 事件描述

某電廠3臺(tái)三菱M701F機(jī)組于2006年7月至12月相繼投產(chǎn)，經(jīng)過(guò)6年多的平穩(wěn)運(yùn)行，2013年1月以來(lái)，3臺(tái)機(jī)組相繼出現(xiàn)部分負(fù)荷下2級(jí)輪盤(pán)超溫報(bào)警的現(xiàn)象，其他同類(lèi)電廠也發(fā)生了類(lèi)似現(xiàn)象，主要現(xiàn)象如下。

（1）2級(jí)輪盤(pán)左側(cè)、右側(cè)及平均溫度均超過(guò)報(bào)警設(shè)定值（460℃），瞬間最高溫度甚至超過(guò)了500℃；同時(shí)，左右側(cè)溫差較大，最大溫差近60℃。

（2）超溫報(bào)警主要發(fā)生在機(jī)組負(fù)荷260MW左右；而在機(jī)組高負(fù)荷下，2級(jí)輪盤(pán)溫度大幅下降，滿負(fù)荷時(shí)僅為410℃左右。

（3）升、降負(fù)荷都可以降低2級(jí)輪盤(pán)溫度：一般需降負(fù)荷至250MW以下，特殊情況下需降至200 MW左右；升負(fù)荷則需升高到較高負(fù)荷，一般在300 MW以上。

2 輪盤(pán)溫度超溫的影響

為了保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)嵬ǖ啦考?，M701F燃?xì)廨啓C(jī)從壓氣機(jī)17，14，11，6級(jí)抽氣分別冷卻透平1，2，3，4級(jí)靜葉，并且在2，3，4級(jí)輪盤(pán)間分別安裝了2個(gè)熱電偶來(lái)檢測(cè)靜葉的冷卻情況。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，2級(jí)輪盤(pán)超溫的影響如下。

（1）熱通道部件壽命縮短甚至損壞。

（2）多次發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間限負(fù)荷在250MW以下的情況，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性非常差。

（3）調(diào)峰性能降低，甚至無(wú)法參與調(diào)峰，不利于電網(wǎng)調(diào)度。

3 原因分析

針對(duì)2級(jí)輪盤(pán)超溫的情況，在排除了熱電偶故障的原因后，三菱公司解釋該現(xiàn)象的根本原因是2級(jí)輪盤(pán)內(nèi)冷卻空氣壓力與透平煙氣壓力平衡被破壞，熱煙氣進(jìn)入輪盤(pán)間密封腔室。2級(jí)輪盤(pán)壓力平衡圖如圖1所示［1］。

圖1 2級(jí)輪盤(pán)壓力平衡圖

正常情況下，2級(jí)靜葉內(nèi)冷卻空氣壓力p0＞1級(jí)動(dòng)葉根部后腔室壓力p1＞2級(jí)靜葉根部后腔室壓力p2，當(dāng)三者之間的平衡被破壞時(shí)，2級(jí)輪盤(pán)溫度就會(huì)發(fā)生變化［2］。

機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行溫度較低，輪盤(pán)不會(huì)出現(xiàn)超溫情況；當(dāng)機(jī)組帶部分負(fù)荷（260MW左右）運(yùn)行時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）尚未打開(kāi)或開(kāi)度較小，壓氣機(jī)工作壓力低，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣及14級(jí)抽氣流量較小，則p0較小，如果此時(shí)相關(guān)部位間隙變化、冷卻空氣泄漏或壓氣機(jī)老化等因素引起壓力平衡被破壞，熱煙氣將進(jìn)入密封腔室，導(dǎo)致2級(jí)輪盤(pán)溫度升高；當(dāng)機(jī)組升至較高負(fù)荷時(shí)，IGV開(kāi)大，壓氣機(jī)工作壓力升高，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣及14級(jí)抽氣流量增大，則p0增大，同時(shí)機(jī)組高溫部件熱膨脹增加，動(dòng)、靜部分之間的間隙變小，壓力平衡重新建立，2級(jí)輪盤(pán)溫度隨之降低。當(dāng)p0減小或p1，p2增大時(shí)，熱煙氣就會(huì)進(jìn)入密封腔室，2級(jí)輪盤(pán)溫度隨之升高。導(dǎo)致2級(jí)輪盤(pán)壓力平衡破壞的因素如下。

（1）壓氣機(jī)老化。壓氣機(jī)老化也就是壓氣機(jī)結(jié)垢、性能劣化下降，這是無(wú)法避免的現(xiàn)象。壓氣機(jī)的部分老化可以通過(guò)水洗恢復(fù)，但無(wú)法全部恢復(fù)。壓氣機(jī)老化后，其壓比降低、排氣溫度升高，從而靜葉冷卻空氣的壓力降低、溫度升高，最終導(dǎo)致輪盤(pán)密封腔室原有的壓力平衡被打破，引起輪盤(pán)超溫。

（2）透平老化。透平性能劣化，如熱通道部件損壞、葉片結(jié)垢，透平效率和做功能力將降低，透平各級(jí)后的煙氣壓力和溫度將隨之升高。＃1機(jī)組動(dòng)葉后的煙氣壓力p1＞p0，煙氣竄入2級(jí)輪盤(pán)密封腔中，導(dǎo)致壓力平衡被破壞而引起超溫。

（3）進(jìn)氣濾網(wǎng)堵塞。壓氣機(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)堵塞會(huì)引起進(jìn)氣壓損增大、壓氣機(jī)空氣流量降低和排氣壓力降低，這是造成壓力平衡被破壞、輪盤(pán)超溫的一個(gè)可能原因。經(jīng)檢查，機(jī)組進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差一直在正常范圍內(nèi)，該原因排除。

（4）抽氣管道及閥門(mén)泄漏。壓氣機(jī)14級(jí)抽氣管道及其高壓防喘放氣閥泄漏，會(huì)引起2級(jí)靜葉冷卻空氣壓力降低，這是導(dǎo)致壓力平衡被破壞、輪盤(pán)超溫的又一個(gè)可能原因。經(jīng)排查，3臺(tái)機(jī)組都不存在這種情況。

（5）密封環(huán)間隙增大。燃?xì)廨啓C(jī)透平2，3，4級(jí)輪盤(pán)動(dòng)、靜部分都設(shè)置了密封環(huán)，防止高溫?zé)煔飧Z入輪盤(pán)內(nèi)部冷卻腔室。當(dāng)密封環(huán)磨損嚴(yán)重時(shí)，動(dòng)、靜部分之間的間隙增大，腔室中的冷卻空氣發(fā)生泄漏，p0下降，壓力平衡被破壞，熱煙氣進(jìn)入密封腔室引起輪盤(pán)超溫。根據(jù)三菱公司要求，3機(jī)組更換了新的密封環(huán)，但效果不明顯，更換不久再次出現(xiàn)2級(jí)輪盤(pán)溫度超溫現(xiàn)象，證明密封環(huán)磨損不是導(dǎo)致輪盤(pán)溫度高的主要因素。

（6）燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)及制造缺陷。據(jù)了解，三菱M701F機(jī)組普遍存在輪盤(pán)超溫的情況，這說(shuō)明輪盤(pán)超溫是該型機(jī)組的通病，可能在設(shè)計(jì)或制造上存在缺陷。機(jī)組運(yùn)行初期輪盤(pán)溫度正常，但隨著機(jī)組兩班制運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)組性能老化的情況超過(guò)預(yù)期，導(dǎo)致輪盤(pán)處冷卻空氣和熱煙氣壓力的平衡在部分工況下被破壞，從而發(fā)生輪盤(pán)超溫現(xiàn)象。

4 解決措施

經(jīng)上述分析，基本確認(rèn)2級(jí)輪盤(pán)超溫是燃?xì)廨啓C(jī)老化、性能劣化導(dǎo)致冷卻空氣壓力不平衡所致。經(jīng)過(guò)分析，三菱公司提供了2種解決2級(jí)輪盤(pán)超溫的方案［3-4］。

（1）2級(jí)靜葉冷卻空氣節(jié)流孔板擴(kuò)孔，增大冷卻空氣壓力和流量。由于冷卻空氣增多，需要調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)溫控線，降低燃?xì)廨啓C(jī)的排煙溫度，避免燃?xì)廨啓C(jī)初溫超溫。一般不需要進(jìn)行燃燒調(diào)整。

（2）增大燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷下IGV的開(kāi)度，間接增大冷卻空氣的壓力和流量。燃?xì)廨啓C(jī)需要重新進(jìn)行燃燒調(diào)整，不能保證全年各運(yùn)行工況不發(fā)生2級(jí)輪盤(pán)超溫。

考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，該廠及同類(lèi)電廠普遍采取了第1種擴(kuò)孔方案。

5 擴(kuò)孔影響分析

2級(jí)靜葉冷卻空氣節(jié)流孔板的尺寸變更并沒(méi)有具體的計(jì)算公式，實(shí)際擴(kuò)孔幅度根據(jù)三菱公司的經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)確定。經(jīng)多次調(diào)整，該電廠2級(jí)靜葉冷卻空氣節(jié)流孔板孔徑由原來(lái)的122mm左右擴(kuò)至127mm左右，擴(kuò)孔后冷卻效果明顯，2級(jí)輪盤(pán)溫度下降較多，未再發(fā)生超溫現(xiàn)象。根據(jù)運(yùn)行參數(shù)，總結(jié)2級(jí)靜葉冷卻空氣節(jié)流孔板擴(kuò)孔5mm對(duì)機(jī)組的主要影響，見(jiàn)表1。

（1）2級(jí)輪盤(pán)溫度下降。2級(jí)輪盤(pán)溫度在部分負(fù)荷下大幅下降，最大降幅達(dá)90℃左右，而在高負(fù)荷或滿負(fù)荷下則小幅下降。

（2）燃?xì)廨啓C(jī)溫控線下降。燃?xì)廨啓C(jī)冷卻空氣量增加，參與燃燒的空氣量減少，相同條件下燃?xì)獬鯗貢?huì)上升，為避免超溫?zé)龘p熱通道部件，每次擴(kuò)孔后都要相應(yīng)降低燃?xì)廨啓C(jī)溫控線。機(jī)組負(fù)荷不同，燃?xì)廨啓C(jī)溫控線存在調(diào)節(jié)過(guò)量或不到位的可能，因此排煙溫度在部分負(fù)荷時(shí)下降，在滿負(fù)荷時(shí)上升。夏季工況則可能相反。

（3）燃燒振動(dòng)變化。燃?xì)廨啓C(jī)冷卻空氣量增加，參與燃燒的空氣量減小，燃燒狀況將發(fā)生變化，若燃燒振動(dòng)超限，則需要重新進(jìn)行燃燒調(diào)整。

（4）機(jī)組效率略微降低。由于擴(kuò)孔導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的冷卻空氣增多，這部分空氣未參與充分做功，因此在部分負(fù)荷和滿負(fù)荷時(shí)，機(jī)組效率都有所降低。此次2級(jí)孔板擴(kuò)孔5mm，根據(jù)性能計(jì)算結(jié)果，擴(kuò)孔后機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)效率約降低0.16百分點(diǎn)，故三菱公司提供的0.10百分點(diǎn)的降幅數(shù)據(jù)基本是可信的。若擴(kuò)孔過(guò)大，機(jī)組效率將急劇下降（此前擴(kuò)孔10 mm，機(jī)組效率下降1.00百分點(diǎn)）。

（5）燃?xì)廨啓C(jī)出力降低。在相同條件下，燃?xì)廨啓C(jī)冷卻空氣量增加，燃燒的空氣量減少，燃?xì)廨啓C(jī)各負(fù)荷段出力將下降。在修改燃?xì)廨啓C(jī)溫控線后，由于溫控線過(guò)調(diào)的問(wèn)題，聯(lián)合循環(huán)出力下降較少甚至有所上升，這與三菱公司提供的0.3%的降幅數(shù)據(jù)較為接近。

表1＃3機(jī)組2級(jí)孔板擴(kuò)孔前、后參數(shù)對(duì)比

6 結(jié)束語(yǔ)

M701F燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)之初未充分考慮兩班制運(yùn)行導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)老化、性能劣化的速度和幅度，因此隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)組性能將進(jìn)一步下降，燃?xì)廨啓C(jī)各級(jí)輪盤(pán)都可能發(fā)生超溫現(xiàn)象。除了擴(kuò)孔增加冷卻空氣壓力和流量，暫時(shí)未找到更好的處理辦法。因此，很有必要深入分析輪盤(pán)超溫的原因，評(píng)估擴(kuò)孔對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響，探討更好的解決辦法。

1998，3（1）：43-46.

［2］張軍.M701F燃?xì)廨啓C(jī)2級(jí)轉(zhuǎn)子輪盤(pán)溫度偏高原因分析及處理［J］.華電技術(shù)，2014，36（7）：42-43.

［3］李薇，湯禹成，周雄輝.燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪盤(pán)優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2013，26（1）：27-32.

［4］張艷春，施麗銘，李朝陽(yáng).燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)應(yīng)力有限元分析［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2007，20（3）：46-49.

（本文責(zé)編：劉芳）

［1］林秀榮.輪盤(pán)剖面形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，

TK 478

B

1674-1951（2015）07-0035-03

謝冰（1981—），男，廣西北流人，值長(zhǎng)，工程師，從事大型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行及維護(hù)工作（E-mail：28525896＠qq.com）。

2014-12-18；

2015-06-08

薛少華（1967—），男，廣東連平人，運(yùn)行部副部長(zhǎng)，工程師，從事大型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行管理工作（E-mail：xsh＠lngphz. cn）。