驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)真空低問題分析與改進(jìn)

王 濤

(華北電力科學(xué)研究院(西安)有限公司, 西安 710065)

驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)真空低問題分析與改進(jìn)

王 濤

(華北電力科學(xué)研究院(西安)有限公司, 西安 710065)

針對某350 MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)運(yùn)行真空低原因進(jìn)行詳細(xì)研究，從循環(huán)水流量及溫度、真空系統(tǒng)漏空氣、驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整等幾方面提出具體的改進(jìn)措施。結(jié)果表明：采取相應(yīng)的改進(jìn)措施后，驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)運(yùn)行真空值可以達(dá)到廠家設(shè)計(jì)值，為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行提供了重要保障。

汽輪機(jī)； 驅(qū)動引風(fēng)機(jī)； 真空； 改進(jìn)措施

汽輪機(jī)驅(qū)動的引風(fēng)機(jī)具有運(yùn)行安全、結(jié)構(gòu)緊湊、自動化程度高、節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，是一種比較優(yōu)化的能源利用方式[1]，可以徹底解決引風(fēng)機(jī)啟動時(shí)電流過大對廠用電的沖擊，提高電廠的運(yùn)行指標(biāo)；同時(shí)也能通過汽輪機(jī)的變速調(diào)節(jié)，有效提高引風(fēng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的效率，使引風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下均能保持高效率[2]。

汽輪機(jī)真空是影響引風(fēng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的主要因素；同時(shí)也影響汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性。汽輪機(jī)真空降低，排汽溫度隨排汽壓力的升高而上升，排汽缸排汽溫度升高有可能引起汽輪機(jī)振動增大，在后軸承座與排汽缸為一體結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)中，后軸承座溫度也會隨之升高[3]。同時(shí)系統(tǒng)真空嚴(yán)密性差，真空泵不能及時(shí)抽走凝汽器中漏入的空氣，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空降低，效率降低，供電煤耗增加，即使漏入的空氣能及時(shí)被真空泵抽走，也增加了真空泵的電耗，浪費(fèi)了廠用電及工業(yè)用水。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示[4]，機(jī)組真空每下降1 kPa，機(jī)組的熱耗將增加70 kJ/kW，熱效率降低1.1%。因此正確分析汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性差的原因并加以解決，對電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很重要的意義。

1 系統(tǒng)概述

某350 MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組驅(qū)動引風(fēng)機(jī)采用小型汽輪機(jī)驅(qū)動，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)為NK50/56型汽輪機(jī)，單缸、單流程、排汽至引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)自帶凝汽器。

引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)技術(shù)規(guī)范見表1。

表1 驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)技術(shù)規(guī)范

該引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)裝設(shè)有兩路供汽汽源，其中一路為正常工作汽源，來源于主機(jī)汽輪機(jī)四段抽汽；另一路為機(jī)組冷態(tài)啟動時(shí)汽源，來源于輔汽聯(lián)箱供汽，該汽源設(shè)計(jì)壓力為0.4～0.9 MPa，設(shè)計(jì)溫度為280～340 ℃。軸封用汽取自引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)供汽管道，通過減壓閥調(diào)整軸封供氣壓力，軸封回汽排至軸封加熱器。每臺引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)配置2臺凝結(jié)水泵，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一運(yùn)一備。引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽經(jīng)冷凝后的凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵升壓后加以回收利用。真空系統(tǒng)配置有2臺水環(huán)式真空泵，正常運(yùn)行時(shí)一運(yùn)一備。引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水取自主機(jī)循環(huán)水供水管道，回水至主機(jī)循環(huán)水回水管道，通過間接空冷塔冷卻。引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)本體相關(guān)的疏水排入其獨(dú)立的疏水?dāng)U容器中。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)油及潤滑油均由成套方的供油裝置提供。

2 真空低異?，F(xiàn)象

機(jī)組在調(diào)試期間進(jìn)行引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)單體試運(yùn)時(shí)，運(yùn)行真空值較設(shè)計(jì)值存在很大差距，不能達(dá)到設(shè)備正常出力要求。更嚴(yán)重的是在2臺真空泵同時(shí)啟動的情況下，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空值還是不能達(dá)到正常運(yùn)行要求，在引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，排汽溫度最高到達(dá)120 ℃而跳機(jī)，參數(shù)見表2。

表2 驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)試運(yùn)參數(shù)

該引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)背壓為5 kPa，而由表2可見：單體試運(yùn)過程中運(yùn)行背壓持續(xù)維持在18.86～22.36 kPa，達(dá)到設(shè)計(jì)值的4倍；當(dāng)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由盤車轉(zhuǎn)速升高至4 500 r/min時(shí)，其排汽溫度從85.77 ℃持續(xù)增加至118.32 ℃，最終達(dá)到120 ℃而跳機(jī)。通過分析可知引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)無法正常運(yùn)行的最重要原因是機(jī)組真空低。

3 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)運(yùn)行真空低原因分析

3.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)異常

引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽需通過循環(huán)冷卻水進(jìn)行換熱，凝結(jié)成凝結(jié)水，同時(shí)利用蒸汽的冷凝和真空泵的抽吸維持引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的運(yùn)行真空。若循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生異常，將嚴(yán)重影響引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的運(yùn)行及其額定出力。循環(huán)水流量和循環(huán)水進(jìn)、出水溫度的變化是引起系統(tǒng)出現(xiàn)異常的主要因素。若循環(huán)水流量出現(xiàn)突然中斷或減小的情況，將導(dǎo)致運(yùn)行中的引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)出現(xiàn)凝汽器真空變?yōu)榱悖瑫r(shí)汽輪機(jī)排汽溫度急劇升高，凝汽器循環(huán)水進(jìn)水口失壓的情況[5]。通過就地巡檢及DCS畫面監(jiān)視未發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵有異?，F(xiàn)象發(fā)生，但也不能排除循環(huán)水系統(tǒng)問題造成真空低的原因，還需進(jìn)一步分析以排除是以此問題引起的真空低。

3.2 凝汽器水位過高

引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)凝汽器液位過高也會造成凝汽器真空低問題，一般情況下，凝汽器水位是在定水位下運(yùn)行，從而保證凝結(jié)水泵吸入口的吸入高度有一個(gè)穩(wěn)定值，防止泵汽蝕。若水位過高，則會淹沒銅管，減少有效冷卻面積，降低真空。通過排查發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)凝汽器液位為400 mm，凝汽器熱井液位上限為800 mm。同時(shí)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)凝結(jié)水泵的聯(lián)鎖啟動邏輯為：液位高于600 mm或低于100 mm聯(lián)鎖停止，凝結(jié)水泵也能正常啟動及停止，無電器MCC故障信號。因此可排除因凝汽器水位過高而引起的真空緩慢下降。

3.3 軸封送汽調(diào)整不當(dāng)

引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)軸封采用密封式汽封系統(tǒng)，確保外界空氣不能漏入到凝汽器中，防止真空降低。若軸封供汽壓力過高，會使蒸汽外漏污染環(huán)境；若軸封供汽壓力過低，導(dǎo)致空氣漏入凝汽器中影響真空。該引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)軸封用汽取自引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)供汽管道處，額定軸封供汽為0.101～0.108 MPa，而實(shí)際供汽壓力為0.105 MPa，符合設(shè)計(jì)要求；再者通過就地觀察，發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)前后軸承處有輕微冒汽，并無往里吸汽的現(xiàn)象發(fā)生。由此可排除因軸封供汽不當(dāng)而引起的真空降低。

3.4 抽汽系統(tǒng)工作不正常

抽汽系統(tǒng)工作不正常也是影響引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空的重要原因之一。真空泵抽取真空能力下降的主要因素有：真空泵密封水溫度過高或在偏高溫度下較長時(shí)間運(yùn)行；汽水分離器排水門誤開造成分離器液位偏低；密封水泵工作不正常造成出水壓力過低和密封水管路相關(guān)濾網(wǎng)堵塞；汽輪機(jī)第二級真空泵排汽分配關(guān)逆止門不通，或者不能關(guān)閉。通過就地巡檢后發(fā)現(xiàn)真空泵工作正常，無異?，F(xiàn)象發(fā)生。為謹(jǐn)慎起見，切換真空泵，運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)無明顯變化。由此可排除是真空泵工作不正常引起的真空降低。

3.5 真空系統(tǒng)不嚴(yán)密

凝汽器中空氣漏入量增大是造成汽輪機(jī)真空變差的常見原因，凡是與真空系統(tǒng)相連的各連接法蘭、閥門填料、焊縫不嚴(yán)密以及排汽安全閥閥門內(nèi)漏等都會造成真空系統(tǒng)中漏入空氣。真空系統(tǒng)查漏方法不是很多，尤其在運(yùn)行機(jī)組中更為復(fù)雜，增加工作量且效果不明顯。

凝汽器不可避免會有空氣漏入。由于空氣不凝結(jié)，且是熱的不良導(dǎo)體，使凝汽器的換熱效率大大降低，進(jìn)而影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。由于汽輪機(jī)真空系統(tǒng)較龐大，涉及的系統(tǒng)、閥門、管道較多，凝汽器中漏入空氣的概率很大，所以其漏點(diǎn)難以查找。另外從凝結(jié)水過冷度分析來看，其設(shè)計(jì)值為2 K，如果系統(tǒng)中空氣漏入量增大，空氣分壓升高會使蒸汽的分壓降低，汽輪機(jī)排汽仍在自己的分壓下凝結(jié)，凝結(jié)水溫度低于排汽壓力下對應(yīng)的飽和溫度，因而過冷度會增加，出現(xiàn)過冷現(xiàn)象[6]。而實(shí)際過冷度明顯增大，為6.3 K，同樣表明空氣漏入量增大導(dǎo)致真空差的因素需進(jìn)一步排查。

4 改進(jìn)措施

通過上述原因排查后，排除了軸封送汽不當(dāng)及凝汽器水位過高而引起真空下降的因素，真空排查重點(diǎn)集中在循環(huán)水、真空系統(tǒng)不嚴(yán)密的問題上。

冷卻水流量是影響引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空的另一個(gè)重要因素。在一定負(fù)荷下，循環(huán)水進(jìn)、回水溫差增大，凝汽器真空緩慢降低，很大程度為冷卻水流量不足而引起，夏季時(shí)尤為突出，機(jī)組的循環(huán)水溫度進(jìn)出口溫差極大，初步判斷為循環(huán)水流量低造成冷卻效果差，導(dǎo)致真空低。故將2號循環(huán)水泵與1號循環(huán)水泵并泵運(yùn)行，提高循環(huán)水流量，運(yùn)行參數(shù)見表3。

表3 循環(huán)水系統(tǒng)前后各項(xiàng)參數(shù)對比

由表3可見：當(dāng)1號循環(huán)水泵單泵運(yùn)行時(shí)，凝汽器出水溫度較高導(dǎo)致系統(tǒng)真空較差，隨即啟動2號循環(huán)水泵，1號、2號循環(huán)水泵并泵運(yùn)行提高循環(huán)水流量時(shí)，凝汽器出水溫度仍居高不下。分析可能由于循環(huán)水系統(tǒng)有熱源，無冷卻造成溫度過高。初期循環(huán)水質(zhì)較差，未進(jìn)空冷扇區(qū)冷卻，后經(jīng)協(xié)商后將循環(huán)水上扇區(qū)，水溫出現(xiàn)下降趨勢，凝汽器出水溫度最終降為30.9 ℃。但引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空無明顯變化，再次懷疑可能系統(tǒng)中存在有大量空氣引起汽阻，不能使循環(huán)水進(jìn)入引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)凝汽器，即使有少量循環(huán)水進(jìn)入也被汽化。通過將系統(tǒng)空氣排凈后，再次觀察引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空有下降趨勢，最終下降至-76 kPa。在此基礎(chǔ)上，停止2號循環(huán)水泵運(yùn)行，保持1號循環(huán)水泵單獨(dú)運(yùn)行，經(jīng)過仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)凝汽器出水溫度、系統(tǒng)真空均無明顯變化。由此表明：系統(tǒng)真空差是由循環(huán)水系統(tǒng)中存在有大量空氣產(chǎn)生汽阻引起的，與循環(huán)水量無明顯關(guān)系。通過原因分析同時(shí)采取相應(yīng)措施，情況得到明顯改善，但還未達(dá)到設(shè)計(jì)真空-81 kPa，證明還有其他影響真空的因素存在。

通過前期凝汽器的灌水查漏試驗(yàn)及用火焰法檢驗(yàn)與真空系統(tǒng)相連的法蘭及閥門處是否存在漏點(diǎn)，鑒于安裝公司前期兩項(xiàng)工作都有檢驗(yàn)，故將排查重點(diǎn)放在凝汽器喉部低洼處100 mm以上、真空破壞門及引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)凝結(jié)水泵與主機(jī)凝汽器相連的地方。通過逐項(xiàng)排查，發(fā)現(xiàn)真空破換門處有往里吸氣的現(xiàn)象，處理完成后真空由原來的-76 kPa下降到-81 kPa，排汽溫度也由原來的96 ℃降低到52 ℃，該引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空低問題得以解決。

5 結(jié)語

在驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，影響機(jī)組真空的因素可能是單一的，也可能是由多種因素疊加所造成。因此，在機(jī)組運(yùn)行過程中應(yīng)根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況，采取適當(dāng)、有效的方法來分析并采取相應(yīng)的措施，使機(jī)組真空達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。本次驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)真空差主要是由于循環(huán)水系統(tǒng)中存在有大量空氣產(chǎn)生汽阻導(dǎo)致系統(tǒng)工

作不正常引起的，其次是由于真空系統(tǒng)還存在有少量的泄漏點(diǎn)引起的。同時(shí)在運(yùn)行過程中采取如下規(guī)范措施，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的真空將能達(dá)到運(yùn)行要求：

(1) 真空破壞門密封水取自引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)凝結(jié)水泵出口母管處，在抽真空時(shí)將密封水有效投入，防止從此處漏入空氣影響系統(tǒng)真空。

(2) 真空破壞門采用電磁閥控制，失電開，帶電關(guān)閉。若在運(yùn)行中電磁閥燒毀或控制電源失電等原因都會造成真空破換門開啟，造成排汽壓力升高跳機(jī)。因此在運(yùn)行中存在很多危險(xiǎn)，建議將真空破壞門更改為電動截止門，能有效地避免上述問題的發(fā)生。

[1] 張曉玲. 1 000 MW超超臨界機(jī)組中小汽機(jī)驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)配置[J]. 廣東科技, 2010, 19(14): 125-126.

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Analysis and Improvement on Low Vacuum Problem of a Steam Turbine Driving an Induced Draft Fan

Wang Tao

(North China Electric Power Research Institute (Xi’an) Co., Ltd., Xi’an 710065, China)

To solve the problem of low vacuum operation of a steam turbine driving an induced draft fan for a 350 MW supercritical turbo-generator unit, an analysis was conducted, based on which improvement measures were put forward from the aspects of circulation water flow and temperature, air leakage of vacuum system and adjustment of steam turbine operating parameters, etc. Results show that after taking corresponding countermeasures, the operation vacuum of the steam turbine to drive an induced draft fan can satisfy the design requirements of the manufacturer, thus providing important guarantee for safe, economic and efficient operation of the unit.

steam turbine; turbine-driven induced draft fan; vacuum; improvement measures

2016-03-31；

2016-05-24

王 濤(1987—)，男，工程師，主要從事電廠汽輪機(jī)研究及基建調(diào)試工作。

E-mail: wang87_tao@126.com

TK223.26

A

1671-086X(2017)01-0067-04