新建機(jī)組被迫自168 h投運(yùn)順序閥的安全性和經(jīng)濟(jì)性研究

崔亞輝

(國能國華(北京)電力研究院有限公司 北京 100069)

0 引言

某臺新建超臨界350 MW機(jī)組在單閥運(yùn)行首次帶高負(fù)荷(280 MW)時，出現(xiàn)了汽流激振問題[1-3]，一方面導(dǎo)致該機(jī)組無法帶滿負(fù)荷進(jìn)入168 h試運(yùn)行，嚴(yán)重影響機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行。另一方面，即使投入商業(yè)運(yùn)行后，該機(jī)組單閥運(yùn)行時四個高調(diào)閥的開度大約為35%，如果在中低負(fù)荷下運(yùn)行，單閥狀態(tài)的四個閥門開度進(jìn)一步減小將產(chǎn)生了更大的節(jié)流損失。相對而言，中低負(fù)荷下順序閥運(yùn)行的節(jié)流損失比較小。

目前，國內(nèi)關(guān)于新建機(jī)組在基建調(diào)試期間就開始投運(yùn)順序閥的經(jīng)濟(jì)性和安全性方面的研究鮮見于文獻(xiàn)。因此，為了解決該新建機(jī)組首次帶高負(fù)荷單閥狀態(tài)下的汽流激振問題[4-6]，本文對該機(jī)組168 h試運(yùn)就開始投運(yùn)順序閥的經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行研究，為國內(nèi)其它新建機(jī)組在168小時試運(yùn)前出現(xiàn)汽流激振問題提供重要參考。

1 機(jī)組基本參數(shù)

某臺新建超臨界350 MW汽輪機(jī)組，型號為C350/250-24.2/1.6/566/566，該機(jī)組為超臨界、雙缸雙排氣、一次中間再熱、凝汽式機(jī)組。該機(jī)組軸系包括高中壓轉(zhuǎn)子(高中壓合缸)、低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，通過剛性聯(lián)軸器連接各轉(zhuǎn)子，1號和2號軸承為可傾瓦軸承，可傾瓦軸承的穩(wěn)定性比較好。

2 投產(chǎn)初期就開始投運(yùn)順序閥的安全性研究

如圖1和圖2所示，從2016年12月6日，該電廠2號機(jī)組首次帶280 MW負(fù)荷時，1號、2號軸承的軸振快速增大到130 μm，快速降低負(fù)荷之后，振動也隨之降低。頻譜圖中以1倍頻(50 Hz)和低頻成分為主，低頻成分的幅值甚至超過1倍頻的幅值(見圖3和圖4)。振動對機(jī)組所帶負(fù)荷比較敏感，當(dāng)負(fù)荷升高到一個門檻值后(負(fù)荷閾值)振動突然增大，并且以低頻成分為主，當(dāng)負(fù)荷降低到一個門檻值后振動立刻隨之降低。因?yàn)槌霈F(xiàn)了明顯的低頻成分、振動與負(fù)荷有關(guān)且存在負(fù)荷閾值，而且1號和2號軸承為可傾瓦軸承(穩(wěn)定性較好)，所以可確定該新建機(jī)組在單閥狀態(tài)下出現(xiàn)了典型的汽流激振故障[7-9]。

圖1 某電廠2號機(jī)組帶高負(fù)荷時1Y振動的瀑布圖

圖2 某電廠2號機(jī)組帶高負(fù)荷時2X振動的瀑布圖

圖3 高壓轉(zhuǎn)子2Y軸振的低頻成分很明顯

圖4 高壓轉(zhuǎn)子2X軸振的低頻成分幅值超過了1倍頻的幅值

該電廠的高調(diào)閥閥位、旋轉(zhuǎn)方向和汽流對轉(zhuǎn)子的作用力如圖5所示。

圖5 該機(jī)組高調(diào)閥閥位和噴嘴產(chǎn)生的汽流力

在圖5中，轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，噴嘴組分別為Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號。Fi為i號噴嘴組產(chǎn)生的汽流力(i=1、2、3和4)，F(xiàn)iv為Fi在垂直方向的分力，F(xiàn)ih為Fi在水平方向的分力。正常情況下，因?yàn)棰裉枴ⅱ蛱?、Ⅲ號和Ⅳ號噴嘴組的噴嘴數(shù)量相同，所以F1、F2、F3和F4在數(shù)值上是相等的，只是方向不同。如果順序閥的閥序是Ⅰ、Ⅱ閥同時開然后開Ⅲ閥，那么Ⅰ號和Ⅱ號閥門同時開啟，水平分力F1h和F2h相等、方向相同，會把軸頸往右邊推；作用力F1v向上、F2v向下，F(xiàn)1v和F2v會相互抵消；Ⅲ閥開啟后，F(xiàn)3v會把轉(zhuǎn)子往下壓，將增加軸承的偏心率(增大軸承載荷)，對振動有抑制作用。采用順序閥Ⅰ、Ⅱ-Ⅲ閥之后，2瓦的軸振降低到43.1 μm，高中壓轉(zhuǎn)子的徑向支撐軸承瓦溫最高76.7 ℃，軸振和徑向支撐軸承瓦溫都在優(yōu)秀值以內(nèi)。

該電廠2號機(jī)組采用順序閥運(yùn)行后，于2016年12月26日順利通過168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行，并且繼續(xù)采用順序閥運(yùn)行至今已超過四年，其振動和調(diào)節(jié)級后參數(shù)并未出現(xiàn)異常，從實(shí)踐上證明了該措施的有效性。

3 在168 h試運(yùn)就投運(yùn)順序閥的經(jīng)濟(jì)性

該電廠的1號機(jī)組在168 h試運(yùn)期間，采用單閥方式帶滿負(fù)荷，四個高調(diào)閥的開度都是35%，因此存在一定的節(jié)流損失。

順序閥和單閥方式下，高壓缸的效率不同，順序閥的節(jié)流損失少于單閥，因此順序閥下高壓缸的效率高于單閥，可以根據(jù)高壓缸效率的變化來計算熱耗的變化。

3.1 高壓缸效率變化對熱耗率及煤耗率的影響計算

根據(jù)機(jī)組的設(shè)計參數(shù)，可計算高壓缸效率變化1%對機(jī)組熱耗率的影響，公式如下所示[10-11]

1.2.1 一般情況調(diào)查表 包括年齡、職稱、學(xué)歷、護(hù)齡、編制、醫(yī)院種類、科室、收入、職務(wù)、翻班與否和日工作時間等。

(1)

式中[10-11]HR——機(jī)組的熱耗率/kJ·(kWh)-1；

ηHP——高壓缸的效率(缸效)；

ΔHRHP——高壓缸的效率變化1%對熱耗的影響值/kJ·(kWh)-1；

ηm——汽輪機(jī)的機(jī)械效率；

Gr——高壓缸的排汽流量/kg·h-1；

G0z——高壓缸的折算流量/kg·h-1；

H0HP——高壓缸的等熵焓降/kJ·kg-1；

ηd——發(fā)電機(jī)的效率；

Nt——發(fā)電機(jī)的輸出有功功率/kW。

采用公式(2)計算高壓缸的折算流量[10-11]

(2)

式中G0、Gm、Gz、G1——高壓主蒸汽的流量/kg·h-1、高壓缸的門桿漏汽流量/kg·h-1、高壓缸靠近1號軸承側(cè)的端部軸封漏汽流量/kg·h-1、高壓缸的一段抽汽流量/kg·h-1；

h0、ht、h1、h2——主蒸汽的焓值/kJ·kg-1、調(diào)節(jié)級后的蒸汽焓值/kJ·kg-1、一段抽汽的焓值/kJ·kg-1、高壓缸的排汽焓值/kJ·kg-1。

通過公式(1)可計算出理論上高壓缸的效率變化1%對熱耗率的影響。實(shí)際對熱耗的影響等于公式(1)再乘以實(shí)際運(yùn)行過程中高壓缸的實(shí)際效率與設(shè)計效率之間的差值[10-11]

3.2 計算高壓缸的效率變化對煤耗率的影響

通過公式(1)可計算出高壓缸的效率變化1%對熱耗的影響(ΔHRhp)之后，把ΔHRhp代入公式(3)，可計算出高壓缸的效率變化1%對煤耗的影響[10-11]

(3)

采用公式(3)可計算出理論上高壓缸的效率變化1%對煤耗率的影響。運(yùn)行過程中，高壓缸的運(yùn)行效率對煤耗的影響等于公式(3)再乘以實(shí)際運(yùn)行過程中高壓缸的實(shí)際效率與設(shè)計效率之間的差值[10-11]。

3.3 經(jīng)濟(jì)性計算

根據(jù)該電廠機(jī)組的設(shè)計值，由公式(2)、(3)計算[10-11]得到高壓缸效率變化1%對熱耗的影響值ΔHRHP為15.5 kJ/kWh；按照該電廠鍋爐設(shè)計效率94.2%、設(shè)計直接廠用電率5.08%來計算，對供電煤耗的影響為0.595 g/kWh。

根據(jù)運(yùn)行參數(shù)，可計算這種超臨界350 MW機(jī)組在單閥方式下(滿負(fù)荷工況)，高壓缸的效率為80.28%(高中壓合缸機(jī)組，高壓缸設(shè)計效率83.37%，中部過橋汽封漏汽偏大導(dǎo)致高壓缸實(shí)際效率偏低)；投運(yùn)順序閥時(滿負(fù)荷工況)，高壓缸缸效為81.71%，比單閥方式下高1.43%，因此對熱耗的影響為22.09 kJ/kWh，對供電煤耗的影響為0.851 5 g/kWh。中低負(fù)荷下運(yùn)行，順序閥比單閥的經(jīng)濟(jì)性更明顯。

4 結(jié)論

本文針對某臺超臨界350 MW汽輪機(jī)組在進(jìn)行168 h試運(yùn)前單閥狀態(tài)下出現(xiàn)的汽流激振問題，采用受力分析方法，對調(diào)節(jié)級噴嘴產(chǎn)生的汽流力進(jìn)行了研究；再采用“汽輪機(jī)例行試驗(yàn)的簡化方法”，對投運(yùn)順序閥的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)論：

(1)若新建汽輪機(jī)組在基建調(diào)試期間單閥狀態(tài)下帶高負(fù)荷時，就出現(xiàn)汽流激振問題，在軸承烏金溫度不高的條件下，可開展閥序試驗(yàn)，嘗試采用順序閥從上部兩個閥門進(jìn)汽，利用上部進(jìn)汽產(chǎn)生的汽流力把軸頸往下壓，減小油膜厚度，以便提高軸瓦對軸頸的約束力。實(shí)踐證明該方法可以有效地消除單閥狀態(tài)下的汽流激振問題。

(2)如果新建機(jī)組在投產(chǎn)初期單閥狀態(tài)下出現(xiàn)汽流激振問題，被迫從168小時試運(yùn)開始就采用順序閥，一般情況下可利用上部進(jìn)汽產(chǎn)生汽流力把軸徑往下壓，以便解決單閥狀態(tài)下的汽流激振問題，既可以滿足安全性也能提高經(jīng)濟(jì)效益。如果基建時間充足，也可考慮采取減小軸承頂部間隙、抬高軸承標(biāo)高、精細(xì)動平衡等措施。