三缸三排汽200MW汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造機(jī)組抽汽控制策略研究

柳邦家

【摘 要】電廠是一次能源消耗的大戶，如何降低機(jī)組發(fā)電煤耗和供電煤耗是華電能源富拉爾基發(fā)電廠一直在極力探索追求的目標(biāo)，為了降低機(jī)組發(fā)電煤耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，華電能源富拉爾基發(fā)電廠從汽輪機(jī)低壓缸的光軸改造上實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，本文將對(duì)光軸改造后抽氣系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行詳細(xì)分析。

【關(guān)鍵詞】200MW汽輪機(jī) 低壓轉(zhuǎn)子 光軸改造 機(jī)組抽汽控制

東北等高寒地區(qū)供熱參數(shù)大，供熱周期長，特別是在供熱高峰期，由于整個(gè)東北地區(qū)用電負(fù)荷逐年下滑，而城市化供熱面積卻在逐年增大，加上部分新能源企業(yè)棄風(fēng)、棄水、棄光的壓力，東北地區(qū)火電調(diào)峰已箭在弦上，華電能源富拉爾基發(fā)電廠正是在這樣的大環(huán)境下，開始了對(duì)#4汽輪機(jī)組的低壓缸光軸改造，汽輪機(jī)低壓缸光軸改造如能順利完成，不僅緩解了火電深度調(diào)峰和居民供熱的壓力，就熱電廠本身而言，也是一個(gè)創(chuàng)造收益的新思路。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。總裝機(jī)容量 1200MW，分為二期建設(shè)，一期 3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，二期擴(kuò)建3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，共 6 臺(tái) 200MW 凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司八十年代產(chǎn)品，汽輪機(jī)為沖動(dòng)式三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)。分別于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投產(chǎn)發(fā)電。其中二期 3 臺(tái)汽輪機(jī)分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術(shù)進(jìn)行了通流部分?jǐn)U容改造，額定功率達(dá)到 210MW。

2 低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造的可行性

（1）從技術(shù)上看，對(duì)純凝機(jī)組進(jìn)行抽汽技術(shù)成熟可行的。國內(nèi)多年已前已對(duì)200MW純凝發(fā)電機(jī)組進(jìn)行抽汽供熱改造，其技術(shù)非常成熟，無任何安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）從供熱能力上看， 3X200MW汽機(jī)改造后完全可滿足新增負(fù)荷的供熱需要，同時(shí)可滿足富拉爾基區(qū)的供熱事故保障率。

（3）從國家宏觀政策上看，項(xiàng)目符合國家產(chǎn)業(yè)政策，是可行的。項(xiàng)目屬于熱電聯(lián)產(chǎn)改造項(xiàng)目，符合國家節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策，是國家大力提倡的。

（4）從經(jīng)濟(jì)上看，使用資金轉(zhuǎn)移可實(shí)現(xiàn)富發(fā)電廠和富熱電廠的共贏，是可行的。

（5）從實(shí)施難度上看，項(xiàng)目涉及建設(shè)的工程量小，建設(shè)難度低，是可行的。

因此，項(xiàng)目是可行的，應(yīng)加快項(xiàng)目推進(jìn)工作。

3 低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造的原理

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。如果在聯(lián)通管打孔抽汽供熱改造，抽汽量小，穩(wěn)定性差，機(jī)組要想多供汽，最好進(jìn)行低壓光軸供熱改造，將#2、#3號(hào)低壓缸解列，用新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子代替原低壓轉(zhuǎn)子，但因其有三個(gè)低壓缸， #1低壓缸與中壓缸是一體結(jié)構(gòu)，#2、#3號(hào)低壓缸對(duì)稱分布，低壓光軸供熱改造難度大。國內(nèi)其它電廠已進(jìn)行過低壓缸光軸供熱改造，并成功運(yùn)行。

4 機(jī)組抽汽控制策略設(shè)計(jì)原則及調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造措施

汽輪機(jī)低壓缸光軸改造后，機(jī)組的低壓通流部分只剩下了#1低壓缸，中排壓力需要靠進(jìn)汽量和抽汽量來調(diào)節(jié)，不能過高也不能過低。中排壓力過高時(shí)容易導(dǎo)致#1低壓缸的蒸汽流量過大，使低壓末級(jí)葉片應(yīng)力增加過多；中排壓力過低容易造成中壓末級(jí)葉片壓差增大，易引起安全性問題，因此需結(jié)合供熱抽汽參數(shù)、#1低壓缸運(yùn)行參數(shù)對(duì)機(jī)組抽汽運(yùn)行工況進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，得到機(jī)組安全運(yùn)行參數(shù)范圍，圖1為機(jī)組供熱抽汽壓力控制曲線。

綜上分析可知，汽輪機(jī)低壓缸光軸改造完成后，中壓缸的排氣壓力將作為抽氣控制參數(shù)調(diào)整的一個(gè)主要依據(jù)，同時(shí)可將中壓缸排氣壓力作為機(jī)組危急遮斷保護(hù)的一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)，用于對(duì)汽輪機(jī)低壓缸和中壓缸末級(jí)葉片的一個(gè)保護(hù)。同時(shí)汽輪機(jī)中壓缸的進(jìn)汽量和抽汽量也需要控制在一個(gè)合理的范圍，因此汽輪機(jī)光軸改造后機(jī)組試運(yùn)行期間，汽輪機(jī)機(jī)組的性能試驗(yàn)是必做的，并以此性能試驗(yàn)為依據(jù)定位汽輪機(jī)各主氣門、調(diào)門開度，特別是中主門開度，還有重新核對(duì)各抽汽管道的壓力。

5 抽汽控制過程中各參數(shù)的關(guān)系及調(diào)整、控制方式探析

汽輪機(jī)低壓缸光軸改造后，在抽汽控制調(diào)整時(shí)，以下參數(shù)需要認(rèn)真分析其運(yùn)行方式，并對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)密把控。

5.1 對(duì)差脹影響的研究

高中壓缸各級(jí)流量基本不變，各級(jí)溫度、焓降基本不變，高中壓缸轉(zhuǎn)子和汽缸膨脹量基本不會(huì)發(fā)生變化。低壓缸在冬季供熱工況運(yùn)行時(shí)只通入少量冷卻蒸汽，其運(yùn)行狀態(tài)與夏季純凝工況運(yùn)行狀態(tài)有較大區(qū)別，需對(duì)低壓缸熱膨脹重新進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，以確定適合機(jī)組冬季供熱運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)。

5.2 對(duì)軸向推力影響的研究

原機(jī)組純凝汽額定工況下，中低壓缸分缸壓力為0.23MPa，冬季供熱運(yùn)行后，額定抽汽工況下中壓缸額定排汽壓力為0.246MPa，與非供熱期純凝工況基本一致。供熱抽汽工況下高、中壓各級(jí)壓差、焓降都與純凝工況下相近，未做大的調(diào)整，對(duì)機(jī)組推力不會(huì)產(chǎn)生大的影響。機(jī)組低壓為對(duì)稱分布，供熱期低壓缸只進(jìn)部分冷卻蒸汽，流量很小，此時(shí)低壓缸仍維持0.0053MPa的背壓，低壓軸封投運(yùn)，不會(huì)對(duì)機(jī)組軸向推力產(chǎn)生大的影響。從表1可以看出，#2低壓加熱器由于低壓光軸改造，在供熱期只作為通道使用，并無低壓實(shí)際作用，為了保證機(jī)組回?zé)釡囟?，供熱期設(shè)計(jì)調(diào)整了各級(jí)抽汽流量，這可能會(huì)對(duì)機(jī)組抽汽產(chǎn)生一些影響。綜合以上各因素對(duì)額定工況及最大抽汽工況下機(jī)組推力進(jìn)行了重新計(jì)算，推力計(jì)算結(jié)果見表2，與原機(jī)組軸向推力144KN相近，完全滿足推力軸承工作需要，所以供熱期低壓光軸改造后，機(jī)組推力完全滿足機(jī)組安全運(yùn)行需要。

5.3 對(duì)抽氣管道運(yùn)行方式的分析

機(jī)組在冬季采暖運(yùn)行，七抽停運(yùn)、八抽部分停運(yùn)后，考慮到八抽分別在三個(gè)部位抽汽，即25/30/35級(jí)。光軸供熱工況下，在第25及第30級(jí)處不再抽汽。如空間滿足，應(yīng)在8抽三處抽汽管道匯成一根管道前，在第25及第30級(jí)后抽汽管路上各增加一對(duì)法蘭及相應(yīng)堵板來進(jìn)行封堵。夏季純凝運(yùn)行時(shí)拆除堵板。在七抽管路上，同樣增加法蘭及堵板進(jìn)行封堵，夏季純凝運(yùn)行時(shí)拆除堵板。堵板處因密封不嚴(yán)而漏汽，所以對(duì)經(jīng)常需要針對(duì)運(yùn)行方式變更的堵板需要根據(jù)它的需要特別定制，滿足其定期拆裝反復(fù)使用的需要，不能當(dāng)常規(guī)的堵板來設(shè)計(jì)。

5.4 對(duì)機(jī)組軸封、真空系統(tǒng)的研究

汽輪機(jī)低壓缸改造后，由于#2，#3低壓缸已不再進(jìn)汽，原機(jī)組設(shè)計(jì)的一定負(fù)荷以上形成的自密封系統(tǒng)將不再發(fā)揮作用，需要對(duì)軸封系統(tǒng)做相應(yīng)改造，使其能滿足低壓缸轉(zhuǎn)子互換過程中軸封能靈活按照相關(guān)要求進(jìn)行切換的需要，在低壓缸軸封最外圈也可使用接觸式汽封，以減小軸封處的漏空氣量，這個(gè)接觸式汽封根據(jù)低壓缸處的軸封壓力適當(dāng)調(diào)整進(jìn)汽量。另外軸封系統(tǒng)減溫水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，特別是針對(duì)低壓軸封部分的減溫水，在汽輪機(jī)進(jìn)行光軸改造后也要做相應(yīng)的運(yùn)行調(diào)整，嚴(yán)防軸封蒸汽帶水，在軸封系統(tǒng)投入暖管初期，原軸封系統(tǒng)設(shè)計(jì)的疏水，特別是中低壓系統(tǒng)軸封的疏水位置也有必要進(jìn)行重新調(diào)整，避免因軸封系統(tǒng)疏水不暢，導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)水發(fā)生水沖擊事故。

機(jī)組在冬季供熱運(yùn)行時(shí)，#2，#3低壓缸由光軸轉(zhuǎn)子取代原低壓通流，因排汽量為純凝工況的1/3，對(duì)凝汽器來說，相當(dāng)于低負(fù)荷運(yùn)行，排汽量減少，空氣量相對(duì)增加，現(xiàn)有的射水抽氣器，一運(yùn)一備，可能會(huì)導(dǎo)致抽氣器抽吸能力不夠，如果電廠不增加抽真空設(shè)備，也可以考慮供熱運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)抽氣器同時(shí)運(yùn)行，但是抽汽器沒有備用，任何一個(gè)抽氣器發(fā)生故障，都可能導(dǎo)致在冬季供熱，機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)因機(jī)組真空系統(tǒng)無法保持被迫降出力甚至被迫停機(jī)的可能，這樣的情況顯然不符合我們的設(shè)計(jì)初衷，另外采購一臺(tái)射水抽氣器或真空泵，作為冬季運(yùn)行時(shí)應(yīng)對(duì)真空變化時(shí)抽真空設(shè)備的一個(gè)備用就顯得很有必要，最好對(duì)新增的這一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)子互換運(yùn)行方式和節(jié)能經(jīng)濟(jì)方面兩方面綜合考慮，選擇電機(jī)功率適當(dāng)?shù)某檎婵赵O(shè)備。

6 結(jié)語

汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)行光軸改造后，機(jī)組原運(yùn)行方式發(fā)生了部分改變，本文主要就抽汽系統(tǒng)的控制和由此已發(fā)的主機(jī)重要參數(shù)的變化調(diào)整進(jìn)行了分析和研究，從中找到適合機(jī)組運(yùn)行的方式和思路，確保在汽輪機(jī)低壓缸光軸改造后，抽汽控制各系統(tǒng)和參數(shù)變化可控。