汽輪機(jī)運(yùn)行中蒸汽參數(shù)對(duì)其的影響

龐威

（國(guó)電南寧發(fā)電有限責(zé)任公司 廣西南寧 530317）

汽輪機(jī)運(yùn)行中蒸汽參數(shù)對(duì)其的影響

龐威

（國(guó)電南寧發(fā)電有限責(zé)任公司 廣西南寧 530317）

小型的電力系統(tǒng)與互聯(lián)大電網(wǎng)相比具有能源利用效率高，安全穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。但是小型汽輪機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中其蒸汽參數(shù)會(huì)在一定的范圍內(nèi)上下波動(dòng)，在允許范圍內(nèi)的波動(dòng)其不會(huì)影響汽輪機(jī)的安全性，超過(guò)允許范圍不但會(huì)使汽輪機(jī)的功率發(fā)生變化而且還會(huì)使其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)發(fā)生改變。本文通過(guò)分析蒸汽參數(shù)對(duì)汽輪機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響研究，加上對(duì)汽輪機(jī)工作原理的分析，得到了給定系統(tǒng)在蒸汽受限時(shí)的安全領(lǐng)域，避免了在運(yùn)行中的汽輪機(jī)部分零件的損壞，而且還對(duì)實(shí)際運(yùn)行中的蒸汽受限時(shí)緊急切負(fù)荷控制具有重要的指導(dǎo)意義。

汽輪機(jī)；蒸汽參數(shù)

1 引言

隨著化石能源的日益匱乏，如何高效的利用現(xiàn)有的能源提高動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。雖然小型的電力系統(tǒng)能高效率的利用能源，但是其安全穩(wěn)定性相對(duì)較低，特別是在運(yùn)行的過(guò)程中蒸汽參數(shù)的變化對(duì)汽輪機(jī)有著很大的影響，從而威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成負(fù)荷的損失。小型汽輪機(jī)的運(yùn)行頻繁，蒸汽參數(shù)的變化范圍非常大，經(jīng)過(guò)大量的文獻(xiàn)綜述蒸汽參數(shù)的變化對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的影響以及機(jī)械效率都很大。因此研究汽輪機(jī)運(yùn)行中蒸汽參數(shù)的變化對(duì)于小型電力系統(tǒng)的影響以及安全穩(wěn)定的運(yùn)行有著十分重要的意義。

2 汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)主蒸汽溫度的影響

在汽輪機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，主蒸汽溫度過(guò)高和降低對(duì)汽輪機(jī)的安全以及經(jīng)濟(jì)都有著很大的影響，因此對(duì)蒸汽溫度的監(jiān)督是十分必要的。

2.1 主蒸汽溫度過(guò)高對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響

溫度過(guò)高會(huì)使調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)熱降增加，在原有負(fù)荷不變的情況下，調(diào)節(jié)級(jí)的動(dòng)葉片隨時(shí)都有可能發(fā)生過(guò)負(fù)荷的現(xiàn)象；溫度過(guò)高會(huì)造成金屬材料的配件機(jī)械強(qiáng)度降低，同時(shí)使金屬材料的蠕變速度增加。如果主蒸汽管道以及氣缸的溫度超過(guò)了額定溫度那么就會(huì)導(dǎo)致氣缸、氣門(mén)以及高壓軸發(fā)生松弛，這樣就會(huì)造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，最終導(dǎo)致部件使用壽命縮短，而且在這樣的溫度下隨著時(shí)間的增加其松動(dòng)現(xiàn)象更加明顯。

溫度過(guò)高還會(huì)使金屬部件熱變形以及熱膨脹加大，如果在金屬膨脹的過(guò)程中受到阻礙，那么就有可能引起機(jī)組的振動(dòng)，這樣就會(huì)造成一定的安全隱患，威脅機(jī)組的穩(wěn)定性。

一般來(lái)說(shuō)主蒸汽溫度的設(shè)定值上下不能超過(guò)10℃，如果汽溫超過(guò)了規(guī)定值，那么就要與鍋爐管理人員進(jìn)行及時(shí)的溝通。值班人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)溫度的監(jiān)視，積極配合各項(xiàng)管理工作，如果沒(méi)有及時(shí)的調(diào)整好溫度那么就要按照規(guī)定進(jìn)行緊急的停機(jī)。

2.2 主蒸汽溫度下降對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響

運(yùn)行中的汽輪機(jī)溫度下降會(huì)使蒸汽的理想焓變減小，這樣就會(huì)使排氣的濕度增大，影響工作效率；在溫度降低的時(shí)候如果想要維持額定的負(fù)荷，那么就會(huì)增加蒸汽的理想流量，這樣就護(hù)對(duì)末級(jí)葉片非常的不利；溫度降級(jí)還會(huì)增加汽輪機(jī)各級(jí)反動(dòng)度以及軸向的推力。總而言之，主蒸汽溫度降低會(huì)使汽輪機(jī)中的焓減少，要想維持原有的出力就會(huì)增大蒸汽流量，使氣體消耗增大，經(jīng)濟(jì)效益下降。溫度降低同樣會(huì)使汽輪機(jī)末級(jí)的濕度增加，這樣就會(huì)腐蝕葉片，縮短了葉片的使用年限。在主蒸汽溫度下降會(huì)使汽輪機(jī)各個(gè)金屬部件的溫差加大，熱應(yīng)力以及熱變形也會(huì)向負(fù)的方向變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生一些摩擦。這些都會(huì)引起軸向推力的增加，一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，機(jī)組就會(huì)就會(huì)受到嚴(yán)重的損害，后果不堪設(shè)想。

3 汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力的影響

在汽輪機(jī)運(yùn)行中，重點(diǎn)監(jiān)視和調(diào)節(jié)的一個(gè)重要參數(shù)就是單元機(jī)組中的主蒸汽壓力。如果蒸汽壓不穩(wěn)定同樣會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的安全有著很大的影響。只要嚴(yán)格控制蒸汽的壓強(qiáng)才會(huì)更好的保護(hù)機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.1 主蒸汽壓力過(guò)高的危害

主蒸汽壓強(qiáng)過(guò)高會(huì)造成調(diào)速級(jí)葉片的過(guò)負(fù)荷。處于第一個(gè)調(diào)速氣門(mén)的噴嘴調(diào)節(jié)機(jī)組是受英影響最大的。當(dāng)?shù)诙€(gè)氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)候，調(diào)節(jié)級(jí)葉片的溫度下降的幅度最大。葉片的蒸汽量和調(diào)節(jié)級(jí)熱降的乘積與動(dòng)葉片的彎應(yīng)力成正比，焓降增大很多也會(huì)引起調(diào)速級(jí)動(dòng)葉片的過(guò)負(fù)荷；蒸汽壓力過(guò)高時(shí)，末幾級(jí)葉片的工作條件將發(fā)生惡化，導(dǎo)致水沖刷會(huì)加重；主蒸汽壓力升高還會(huì)引起承壓部件的壓力增高，這樣就會(huì)嚴(yán)重縮短部件的使用壽命；主蒸汽壓力過(guò)高時(shí)，會(huì)使旁路甚至安全門(mén)發(fā)生變化導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低。

3.2 主蒸汽壓力過(guò)低的危害

當(dāng)主蒸汽溫度不發(fā)生變化但是蒸汽壓降低的時(shí)候，汽輪機(jī)的熱降減少，汽輪機(jī)的可用焓降減少，這樣就會(huì)造成耗氣量的增加，降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，使汽輪機(jī)出氣不足。對(duì)于用抽汽供給的給水泵的小汽輪機(jī)，如果主蒸汽的壓力降低，就會(huì)引起抽汽壓力降低，致使小汽輪機(jī)無(wú)法正常的運(yùn)行，導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低。

4 排汽壓力對(duì)汽輪機(jī)的影響

在汽輪機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，排汽壓力對(duì)汽輪機(jī)的穩(wěn)定性同樣有著很大的影響。排汽壓力低也稱(chēng)之為真空度高，當(dāng)真空降低1%時(shí)，汽輪機(jī)的熱耗一般要增加0.7～0.8%。所以，凝汽式機(jī)組運(yùn)行時(shí)，應(yīng)維持較高的真空度。真空的產(chǎn)生是依靠氣體迅速凝結(jié)成水而造成體積的減少而產(chǎn)生的。如果要維持相對(duì)較高的真空度，就需要在冷卻水溫度相同的情況下增加進(jìn)入凝汽器的水量，就會(huì)消耗過(guò)多的電能，所以說(shuō)只有維持在經(jīng)濟(jì)真空下才是最有利的。如果排汽壓力過(guò)高就會(huì)降低汽輪機(jī)的理想焓變；如果蒸汽流量不發(fā)生改變那么汽輪機(jī)的出力就會(huì)大大的降低；排汽壓力升高以后焓變主要減少的表現(xiàn)是最后幾級(jí)熱焓降的減少，但是高壓熱焓降基本上保持在一個(gè)固定的位置，所以說(shuō)此時(shí)的各級(jí)葉片和隔板的應(yīng)力都在安全的范圍之內(nèi)；當(dāng)壓力增高的時(shí)候排汽側(cè)的溫度將會(huì)發(fā)生很大的變化，超過(guò)一定的限制就會(huì)使汽輪組中心發(fā)生偏離，產(chǎn)生振動(dòng)嚴(yán)重危及著汽輪機(jī)以及機(jī)組的穩(wěn)定。排汽壓力低也稱(chēng)之為真空度高，當(dāng)真空降低1%時(shí)，汽輪機(jī)的熱耗一般要增加0.7～0.8%。所以，凝汽式機(jī)組運(yùn)行時(shí)，應(yīng)維持較高的真空度。

5 排汽溫度對(duì)汽輪機(jī)的影響

汽輪機(jī)排汽溫度升高也稱(chēng)之為汽輪機(jī)真空下降。排汽溫度過(guò)高會(huì)使排汽缸溫度受熱不均勻而變形，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)軸的中心發(fā)生變化引起機(jī)組的振動(dòng)而產(chǎn)生一些列的動(dòng)靜摩擦。在變壓運(yùn)行的過(guò)程中，主蒸汽的溫度以及再熱蒸汽的溫度都能維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，汽輪機(jī)的各級(jí)金屬溫度幾乎不會(huì)發(fā)生變化，也不會(huì)產(chǎn)生附加的熱應(yīng)力。而汽缸溫度以及排汽溫度和振動(dòng)在低負(fù)荷的時(shí)候變化不會(huì)很大。在變壓運(yùn)行的過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥沒(méi)有節(jié)流損失所以汽輪機(jī)效率高而且還能改善汽輪機(jī)運(yùn)行的工作條件。雖然汽輪機(jī)容積流量和溫度都不發(fā)生變化但是機(jī)組的焓降還是會(huì)有一定的變化。

6 在熱汽溫對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響

再熱蒸汽就是在中間再熱發(fā)電的機(jī)組中，將由汽輪機(jī)的高壓缸做過(guò)的功的蒸汽引回到在加熱的裝置，當(dāng)加熱到一定的溫度后在送回汽輪機(jī)中繼續(xù)做功。在熱蒸汽的溫度同樣會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的安全以及熱經(jīng)濟(jì)性有著很大的影響。如果再熱蒸汽的溫度超過(guò)額定的限制范圍那么就會(huì)使壓缸前幾級(jí)的金屬材料的強(qiáng)度下降，使葉片的使用壽命降低。如果低于額定的限制值，那么就會(huì)使末級(jí)葉片的壓力以及濕度增大，如果汽輪機(jī)在這樣的環(huán)境下運(yùn)行就會(huì)使汽輪機(jī)的葉片遭到嚴(yán)重的腐蝕。在平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)程中如果再熱蒸汽溫度發(fā)生劇烈的變化那么就會(huì)引起中壓缸金屬部件的熱應(yīng)力以及熱變形發(fā)生巨大的變化，會(huì)造成巨大的安全穩(wěn)定隱患。如果機(jī)組中采用在熱能以提高汽輪機(jī)的乏汽的干度，那么低壓缸中末幾級(jí)的蒸汽濕度就會(huì)響應(yīng)的減少到安全范圍內(nèi)，如果不這樣那么就在蒸汽中出現(xiàn)少量的小水滴，小水滴會(huì)腐蝕末幾級(jí)的葉片，威脅著汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

7 結(jié)語(yǔ)

小型及微型電網(wǎng)由于距離負(fù)荷近且能源綜合利用效率高，將是互聯(lián)大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。但小型汽輪機(jī)具有蒸汽參數(shù)變化范圍大、工況多變的特點(diǎn)給穩(wěn)定性的分析帶來(lái)了困難。通過(guò)分析我們可以看到蒸汽參數(shù)的變化對(duì)汽輪機(jī)工作狀況的影響非常大，本篇文章詳細(xì)的介紹了在汽輪機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中蒸汽參數(shù)對(duì)其的影響以及危害程度，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)蒸汽機(jī)運(yùn)行人員提供了很好的技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)以后汽輪機(jī)的事故分析以及事故判斷和事故處理提供了一定的理論支持。在今后的實(shí)踐中我們要對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究和探討，為身在一線(xiàn)的工作人員提供更有效的技術(shù)服務(wù)。

[1]孫才勤.船舶電力系統(tǒng)建模仿真及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2010.

[2]韓志勇，賀仁睦，徐衍會(huì).汽輪機(jī)壓力脈動(dòng)引發(fā)電力系統(tǒng)低頻振蕩的共振機(jī)理分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（1）：47～51.

[3]王艷軍，吳彥坤，張春發(fā)，等.主蒸汽參數(shù)變化對(duì)機(jī)組功率影響的定量研究[J].熱力透平，2007，36（3）：164～167.

[4]黃樹(shù)紅.汽輪機(jī)原理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

TM621

A

1004-7344（2016）05-0257-02

2015-12-29

龐威（1988-），男，助理工程師，本科，從事火電廠(chǎng)運(yùn)行工作。