芻議火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰下汽輪機(jī)系統(tǒng)特性

任峰波

摘 要： 電源結(jié)構(gòu)不合理，電網(wǎng)調(diào)峰能力差，是我國目前電力生產(chǎn)運(yùn)行存在的主要問題。在風(fēng)電的迅速增加的背景下，加劇了電網(wǎng)缺乏調(diào)峰電源的矛盾，導(dǎo)致無法充分利用可再生資源。火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行復(fù)雜，需要的技術(shù)較高，故需要對主機(jī)和輔機(jī)的特性進(jìn)行準(zhǔn)確把握。現(xiàn)對火電廠汽輪機(jī)及其輔機(jī)設(shè)備進(jìn)行的低負(fù)荷下運(yùn)行特性的研究，并對深度調(diào)峰狀態(tài)下汽輪機(jī)的安全運(yùn)行提出對策。

關(guān)鍵詞：深度調(diào)峰 汽輪機(jī)系統(tǒng) 特性

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）05-0313-01

影響調(diào)峰運(yùn)行的因素包括鍋爐和汽輪機(jī)的適應(yīng)性，火力發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)政策及管理方法等[1]。電網(wǎng)中負(fù)荷峰谷差值的頻發(fā)出現(xiàn)，誕生了不同的調(diào)峰機(jī)組和調(diào)峰方式，另外，在峰谷差不斷加大的情況下，調(diào)峰機(jī)組的安全運(yùn)行受到了一定程度的影響。雖然我國火力發(fā)電機(jī)組一直參與調(diào)峰，但是近幾年來調(diào)峰的深度隨著電力市場的變化而不斷下探，故對深度調(diào)峰下汽輪機(jī)及輔機(jī)系統(tǒng)特性研究是十分必要的。

一、深度調(diào)峰狀態(tài)下汽輪機(jī)本體的特性研究

1.深度低負(fù)荷運(yùn)行下汽輪機(jī)效率將會降低。汽輪機(jī)各個缸的效率可以分別討論：對于高壓缸來說就是調(diào)節(jié)級焓降占的高壓缸焓降的比例增大了，而調(diào)節(jié)級效率沒有壓力級的效率高，所以高壓缸效率下降；對于中壓缸來說，沒有什么影響，缸效率基本不隨負(fù)荷變化；對于低壓缸來說，排汽損失增大了，而且末級的效率很低，所以低壓缸效率降低的最大。

2.長時間低負(fù)荷運(yùn)行時，調(diào)速汽門在開度很小的范圍內(nèi)工作，蒸汽節(jié)流現(xiàn)象嚴(yán)重，壓力降落大，流速也大，其后果是使調(diào)速汽閥的閥座和閥體磨損加劇。長期低負(fù)荷運(yùn)行會造成汽缸變形，引起動靜部分中心線不一致，造成機(jī)組振動。低負(fù)荷運(yùn)行時，通過汽輪機(jī)的蒸汽流量很小，不足以把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的摩擦鼓風(fēng)損失所產(chǎn)生的熱量帶走，導(dǎo)致排氣溫度高于正常值，會造成排汽缸或凝汽器溫度過高。

3.汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，會加速末幾級葉片汽蝕的發(fā)展。在深度低負(fù)荷時，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)較低，蒸汽做工后溫度降低通過末幾級葉片時濕度較大，含水明顯的蒸汽會造成汽輪機(jī)葉片的汽蝕。汽輪機(jī)葉片的安全可靠直接關(guān)系到汽輪機(jī)和整個電廠的安全，低負(fù)荷下對葉片汽蝕的問題必須采取措施進(jìn)行防范。汽輪機(jī)在低負(fù)荷時進(jìn)汽量少，容易使末級葉片產(chǎn)生鼓風(fēng)摩擦，造成排汽溫度升高，末級葉片的工作條件惡化，容易引起葉片斷裂。

4.汽輪機(jī)動葉片的根部和葉輪的輪緣都會產(chǎn)生較大的負(fù)反動度。深度低負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)葉片的振動增加，尤其是末幾級葉片的顫振增加，如果此工況長時間期多頻次的出現(xiàn)，振動將會造成汽輪機(jī)葉片的疲勞斷裂，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

5.汽輪機(jī)從低負(fù)荷到高負(fù)荷然后高負(fù)荷到低負(fù)荷，轉(zhuǎn)子表面、轉(zhuǎn)子中心孔、汽缸內(nèi)壁、汽缸外壁等的熱應(yīng)力剛好完成一個交變應(yīng)力循環(huán)。金屬部件在交變熱應(yīng)力反復(fù)作用下，在低于其強(qiáng)度極限，甚至許用壓力的情況下，就會因熱疲勞遭而破壞。汽輪機(jī)頻繁大幅度升降負(fù)荷，就會產(chǎn)生熱疲勞。異常情況下，加減負(fù)荷過快，會產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，加劇部件的破壞，影響汽輪機(jī)的壽命。

6.低負(fù)荷運(yùn)行會使系統(tǒng)真空變高，真空升高即背壓降低，會產(chǎn)生一系列不利影響：a、在設(shè)計工況下，凝汽式汽輪機(jī)最末級噴嘴汽流一般是處于臨界狀態(tài)，背壓降低將使蒸汽進(jìn)一步在噴嘴斜切部位膨脹，末級隔板前后壓差增大，而造成隔板過負(fù)荷。b、若背壓繼續(xù)降低，最末級動葉中將出現(xiàn)臨界工況，這時動葉前（即噴嘴后部）的壓力并不隨背壓降低而降低，動葉后的壓力下降，使動葉前后壓力差增大，造成動葉過負(fù)荷并引起軸向推力增大。c、如果背壓繼續(xù)降低，則蒸汽在動葉外膨脹不能產(chǎn)生有效功。此時背壓降低不能再增加汽輪機(jī)功率，這對汽輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)性都無好處的。d、真空過高，排汽溫度低而濕氣增加，末級葉片水蝕加劇。e、對于低壓缸與軸承座一體設(shè)計的機(jī)組來說，真空過高有可能使低壓缸中心發(fā)生偏移，是造成機(jī)組振動的一個原因。

二、深度調(diào)峰狀態(tài)下汽輪機(jī)輔機(jī)的特性研究

1.對凝結(jié)水系統(tǒng)的影響。a.對凝汽器的影響：：在低負(fù)荷運(yùn)行時，凝汽器過冷度變大，凝結(jié)水的溶氧量較易升高，若真空保持不當(dāng)，會造成設(shè)備腐蝕。b.低負(fù)荷階段運(yùn)行時，進(jìn)入汽輪機(jī)做功的蒸汽量減少，汽輪機(jī)負(fù)壓增大，負(fù)壓系統(tǒng)不嚴(yán)密處的空氣泄漏量就會相對增大，漏入的空氣不僅使水側(cè)凝結(jié)水溶氧量升高而且會使凝結(jié)水泵產(chǎn)生汽蝕。

2.低負(fù)荷對回?zé)嵯到y(tǒng)加熱器的影響。負(fù)荷突然降低，那么加熱器壓力下降較快，加熱器內(nèi)有一部分飽和水將汽化引起汽水共騰，水位亦同時上升，回?zé)嵯到y(tǒng)高壓和低壓加熱器的水位不易維持，并且各級加熱器之間疏水壓差變小，壓差小較容易造成加熱器疏水不暢和疏水閥門汽蝕最終導(dǎo)致加熱器無法維持正常水位運(yùn)行，加熱器的效率大大降低，間接威脅機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.在汽輪機(jī)組降低負(fù)荷時，汽封供汽系統(tǒng)，除氧器供汽系統(tǒng)，輔汽系統(tǒng)的汽源需要及時切換，保障系統(tǒng)供汽壓力。頻繁切換不僅加大監(jiān)控難度，可會加快相關(guān)閥門的損耗。

4.對給水泵的影響。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷變化時，若壓力變化太快，會造成給水泵入口汽化；低負(fù)荷運(yùn)行時，給水泵需要在低流量的工況下運(yùn)行，同樣可以造成汽蝕損傷，并且還會發(fā)生水力不平衡引起的擾動和噪聲，當(dāng)泵的流量降到一定的程度時，葉輪入口產(chǎn)生渦流，進(jìn)而會產(chǎn)生給水壓力的波動和脈動現(xiàn)象，造成葉輪入口區(qū)金屬的汽蝕。

5.對除氧器的影響。為了提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)型和增加負(fù)荷的機(jī)動性，除氧器一般采用滑壓運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷降低時，抽汽參數(shù)偏離設(shè)計值，將導(dǎo)致除氧效果降低。如果是負(fù)荷突降，抽汽壓力下降，由于溫度不能突變，其抽氣壓力對應(yīng)的飽和水溫度低于除氧器內(nèi)水溫度，對除氧更為有利，所以含氧量下降。但這并不是一個好現(xiàn)象，對于這種閃蒸現(xiàn)象，應(yīng)做相應(yīng)的措施。

三、結(jié)語

火力發(fā)電機(jī)組在深度調(diào)峰狀況下，利于電網(wǎng)對可再生能源的接納，滿足國家節(jié)能減排政策，但是汽輪機(jī)在此狀況下的運(yùn)行溫度較高，損害了其部件，致使金屬材料出現(xiàn)脆化、強(qiáng)度降低；汽輪機(jī)輔機(jī)設(shè)備在深度低負(fù)荷狀態(tài)下易偏離正常設(shè)計參數(shù)而運(yùn)行不穩(wěn)定。故在深度調(diào)峰下，應(yīng)對汽輪機(jī)及輔機(jī)系統(tǒng)的安全特性進(jìn)行重點考慮。

首先汽輪機(jī)低壓缸是有安全進(jìn)汽要求的（低壓缸最小進(jìn)氣量參見設(shè)計參數(shù)），在汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時應(yīng)首先滿足汽輪機(jī)低壓缸的安全要求。其次在汽輪機(jī)組降低負(fù)荷時，要注意汽水系統(tǒng)的切換操作，如疏水系統(tǒng)，汽封供汽系統(tǒng)，除氧器供汽系統(tǒng)，廠用汽系統(tǒng)的切換操作等。

如果在需要在低負(fù)荷區(qū)間長時間運(yùn)行，需要注意以下幾個方面的問題。

1.在長時間低負(fù)荷時通過汽輪機(jī)的蒸汽流量很小，排氣溫度高于正常值，會造成排汽缸或凝汽器溫度過高。在投入汽輪機(jī)低壓缸排汽減溫水時要注意檢查噴出的水霧是否會造成低壓缸葉片的侵蝕，必要時可對噴水壓力及噴射角度進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整；運(yùn)行中要監(jiān)視減溫水連鎖是否可靠，溫度設(shè)定是否合理。

2.在長時間低負(fù)荷運(yùn)行后低壓缸長葉片根部將會產(chǎn)生較大的負(fù)反動度，葉片沖刷損壞，甚至形成穩(wěn)定的旋渦使葉片產(chǎn)生顫振。大修中需要對葉片進(jìn)行頻率測定和金相分析，測定強(qiáng)度，解決辦法可以是改變?nèi)~片的結(jié)構(gòu)，選擇合適的葉片型號和結(jié)構(gòu)，如調(diào)整葉片的沖角、增加葉片寬度、減小動靜葉片面積比等。

3.在低負(fù)荷運(yùn)行時候，要保證進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)不超出制造廠家設(shè)計允許值，因為鍋爐在低負(fù)荷時主汽與再熱汽溫差將會增大。

4.在低負(fù)荷運(yùn)行時候汽輪機(jī)回?zé)峒訜崞骷夐g疏水壓差變小，加熱器疏水容易發(fā)生疏水不暢和汽蝕，因此，要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如加裝疏水冷卻器等設(shè)備防治汽蝕。

5.在運(yùn)行調(diào)整方面，在降負(fù)荷調(diào)峰的時候要控制負(fù)荷變動率，防止溫度和壓力突變對本體及其輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行的沖擊影響。

參考文獻(xiàn)

[1]姜延燦，鄧彤天，張穎，等.600MW火電機(jī)組低負(fù)荷調(diào)峰的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2015，（1）：61—64.

[2]王海琴.調(diào)峰運(yùn)行對汽輪機(jī)輔助設(shè)備的影響[J].中國科技博覽，2014，（46）：45.

[3]賈貴華.發(fā)電廠火電機(jī)組中鍋爐和汽輪機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析[J].科技致富向?qū)В?015，（3）：266.