淺析影響汽輪機(jī)運(yùn)行的因素及措施

李銀江

摘 ?要：凝汽式汽輪機(jī)組的運(yùn)行中，對(duì)機(jī)組發(fā)電效率及安全運(yùn)行的影響因素較多，在實(shí)際生產(chǎn)中蒸汽溫度、蒸汽壓力的變化、凝汽器真空是最為常見(jiàn)的影響因素，蒸汽參數(shù)及真空變化直接關(guān)系到汽輪機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率，同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行也有很大影響，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)組運(yùn)行 ?凝汽器真空度 蒸汽溫度、蒸汽壓力

引言：

汽輪機(jī)組的運(yùn)行與蒸汽品質(zhì)、附屬設(shè)備、機(jī)組自身的制造、安裝質(zhì)量等因素有關(guān)，當(dāng)汽輪機(jī)組安裝完成后，影響汽輪機(jī)運(yùn)行的因素主要集中在外部的蒸汽品質(zhì)、附屬設(shè)備運(yùn)行情況等因素上。本文就凝汽器真空下降及蒸汽壓力、蒸汽溫度的變化對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。

我廠汽輪機(jī)組為再熱凝汽式汽輪機(jī)，蒸汽來(lái)自前段冶煉工藝的鍋爐，自2013年年底運(yùn)行以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)基本正常，在運(yùn)行近一年后，至2014年下半年，機(jī)組真空出現(xiàn)下降。近期由于冶煉鍋爐生產(chǎn)原因，蒸汽溫度有所升高，汽輪機(jī)組進(jìn)汽溫度、壓力等發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)比機(jī)組運(yùn)行各參數(shù)，機(jī)組運(yùn)行正常，發(fā)電效率變化不大。以下就我廠汽機(jī)運(yùn)行中所遇到的真空變化、蒸汽溫度、蒸汽壓力變化對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響進(jìn)行分析。

一、凝汽器換熱下降導(dǎo)致真空降低對(duì)汽輪機(jī)的影響

汽輪機(jī)真空度下降的原因有很多，但不論是什么原因?qū)е碌恼婵障陆?，?duì)汽機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率及安全運(yùn)行都有很大影響，真空下降過(guò)多或真空?qǐng)?bào)警后就必須視情況采取降負(fù)荷查找是否漏汽或停機(jī)處理等。

真空過(guò)低的危害主要有以下幾方面：

1、低壓缸排汽溫度升高，尾部葉片易過(guò)負(fù)荷。

2、凝結(jié)水溫度升高，凝結(jié)水泵入口工況會(huì)惡化。

3、低壓缸排汽壓力高，軸封容易冒汽，低壓缸安全門有動(dòng)作的危險(xiǎn)。

4、軸向推力加大，軸向平衡破壞，軸瓦振動(dòng)，軸瓦溫度，潤(rùn)滑油溫度都會(huì)有升高的可能性。

我廠汽輪機(jī)組自2013年年底運(yùn)行以來(lái)，至2014年下半年，各項(xiàng)參數(shù)正常，機(jī)組運(yùn)行良好。但自2014年下半年后，凝汽器真空出現(xiàn)下降，在相同負(fù)荷及蒸汽溫度、蒸汽壓力基本穩(wěn)定的情況下，真空值下降約-3kpa左右，并隨著機(jī)組的運(yùn)行還處于不斷劣化的趨勢(shì)，至2014年底甚至出現(xiàn)真空低，不得不控制負(fù)荷的現(xiàn)象。排汽溫度也逐步上升，多次出現(xiàn)排汽溫度高報(bào)警的現(xiàn)象。由此帶來(lái)的后果便是發(fā)電效率顯著下降，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：平均噸汽發(fā)電量從2014年初的155kwh/噸汽，下降至149kwh/噸汽，最小時(shí)甚至到147kwh/噸汽。發(fā)電總量也出現(xiàn)下降，在蒸汽參數(shù)基本不變的情況下，因排汽溫度高等原因，最大負(fù)荷下降約5%。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為：真空下降的原因主要是凝汽器冷卻管道內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后出現(xiàn)結(jié)垢，影響換熱效果，射水箱溫升快。因處于公司計(jì)劃生產(chǎn)期間，為保持生產(chǎn)，在運(yùn)行中通過(guò)各種方式進(jìn)行調(diào)整，努力保持正常生產(chǎn)。

1、通過(guò)開(kāi)大射水箱進(jìn)出口閥門，增加循環(huán)冷卻水量，降低射水溫度。

2、增加循環(huán)水冷卻塔的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，通過(guò)變頻器，提高循環(huán)水冷卻塔的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以降低循環(huán)水溫度，但此方法會(huì)增加水耗及電耗，同時(shí)在低負(fù)荷或負(fù)荷變化較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)水過(guò)冷現(xiàn)象，需根據(jù)工況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3、增加循環(huán)水量，我廠發(fā)電站部分循環(huán)水泵采用了變頻器啟動(dòng)，利用變頻器進(jìn)行水泵調(diào)速，增加凝汽器循環(huán)水量，增加換熱量。

4、在2014年下半年，通過(guò)以上措施基本能滿足余熱鍋爐的送汽量生產(chǎn)，不會(huì)出現(xiàn)蒸汽外排現(xiàn)象。但也處于機(jī)組能處理的上限，鍋爐蒸發(fā)量大時(shí)就可能出現(xiàn)外排情況。為此在2015年度檢修中，對(duì)凝汽器進(jìn)行了全面的清洗，利用高壓水沖洗凝汽器換熱管道內(nèi)部，將大部分附著物清洗出凝汽器;同時(shí)加大了射水箱容積。通過(guò)以上維護(hù)、改造處理，提高了凝汽器的冷卻效果，降低射水箱溫度。2015年檢修復(fù)產(chǎn)后，噸汽發(fā)電量達(dá)到了160kwh/噸汽左右。發(fā)電機(jī)組能帶到額定負(fù)荷，而不會(huì)出現(xiàn)真空下降、排汽溫度高報(bào)警等現(xiàn)象。

二、蒸汽溫度及壓力變化對(duì)機(jī)組運(yùn)行效率的影響

我公司余熱鍋爐參數(shù)為：蒸發(fā)量31.6t/h 壓力3.7MPa 溫度360℃。設(shè)置有一次減溫、減壓裝置，二次減壓裝置。但在前期使用過(guò)程中，因余熱發(fā)電系統(tǒng)未運(yùn)行，一次減溫及減壓裝置均未投入使用，在余熱發(fā)電系統(tǒng)投入運(yùn)行之初，因長(zhǎng)期閑置，減溫、減壓裝置不能使用。至發(fā)電站的蒸汽溫度及壓力難以調(diào)節(jié)。

我公司汽輪機(jī)組額定進(jìn)汽壓力3.5MPa、額定進(jìn)汽溫度310℃。在汽輪機(jī)運(yùn)行中，蒸汽壓力、蒸汽溫度、蒸汽流量等參數(shù)都等于設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，這種運(yùn)行工況稱為設(shè)計(jì)工況，此時(shí)的效率最高，對(duì)設(shè)備運(yùn)行最有利，所以又稱為經(jīng)濟(jì)工況。運(yùn)行中如果各種參數(shù)都等于額定值，則這種工況稱為額定工況。但在實(shí)際運(yùn)行中，很難使參數(shù)嚴(yán)格地保持在設(shè)計(jì)值，這種與設(shè)計(jì)工況不符合的運(yùn)行工況，稱為汽輪機(jī)的變工況。這時(shí)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽溫度、壓力、流量和凝結(jié)器真空的變化，將引起各級(jí)的壓力、溫度、焓降、效率、反動(dòng)度及軸向推力等發(fā)生變化。這不僅影響汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還將影響汽輪機(jī)的安全性。

我公司在汽輪機(jī)試運(yùn)行的前期試驗(yàn)中，當(dāng)汽輪機(jī)組進(jìn)汽壓力達(dá)到3.5MPa時(shí)，鍋爐汽包壓力偏高，容易出現(xiàn)安全閥起跳等情況。為保證鍋爐的正常生產(chǎn)，必須對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，?dǎo)致進(jìn)汽壓力偏離額定壓力。所以在日常運(yùn)行中，需認(rèn)真監(jiān)督汽輪機(jī)初、終參數(shù)的變化。

2015年以來(lái)，尤其是2015年5月份以來(lái)，由于冶煉物料等的變化，鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度不穩(wěn)定，過(guò)熱蒸汽溫度偏高，汽輪機(jī)組進(jìn)汽壓力及溫度均處于波動(dòng)狀態(tài)，大部分時(shí)間為溫度高，同時(shí)為降低鍋爐排汽阻力，蒸汽管道壓力控制較低。集中體現(xiàn)為進(jìn)汽壓力偏低而溫度偏高，兩者共同作用，通過(guò)觀察汽輪機(jī)振動(dòng)、脹差、軸位移等均無(wú)明顯變化，噸汽發(fā)電量輕微減少。以下就蒸汽溫度及蒸汽壓力兩項(xiàng)的變化對(duì)汽輪機(jī)組運(yùn)行的影響進(jìn)行分析。

1、主蒸汽壓力升高

當(dāng)主蒸汽溫度和凝結(jié)器真空不變，而主蒸汽壓力升高時(shí)，蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的焓降增大，末級(jí)排汽濕度增加。

主蒸汽壓力升高時(shí)，即使機(jī)組調(diào)速汽閥的總開(kāi)度不變，主蒸汽流量也將增加，機(jī)組負(fù)荷則增大，這對(duì)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有利。但如果主蒸汽壓力升高超出規(guī)定范圍時(shí)，將會(huì)直接威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。因此在機(jī)組運(yùn)行規(guī)程中有明確規(guī)定，不允許在主蒸汽壓力超過(guò)極限數(shù)值時(shí)運(yùn)行。

主蒸汽壓力過(guò)高有如下危害：

（1）末級(jí)葉片可能過(guò)負(fù)荷。主蒸汽壓力升高后，由于蒸汽比容減小，即使調(diào)速汽閥開(kāi)度不變，主蒸汽流量也要增加，再加上蒸汽的總焓降增大，將使末級(jí)葉片過(guò)負(fù)荷，所以，這時(shí)要注意控制機(jī)組負(fù)荷。

（2）主蒸汽溫度不變，只是主蒸汽壓力升高，將使末幾級(jí)的蒸汽濕度變大，機(jī)組末幾級(jí)的動(dòng)葉片被水滴沖刷加重，腐蝕加劇。

（3）承壓部件和緊固部件的內(nèi)應(yīng)力會(huì)加大，甚至造成這些部件受到損傷。

如果蒸汽壓力在允許范圍內(nèi)，主蒸汽壓力升高可使汽輪機(jī)的焓降增加，在保持原來(lái)負(fù)荷的工況下，主蒸汽的流量減少，即汽輪機(jī)的汽耗率降低，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性好。如果超過(guò)汽機(jī)額定工作壓力以上，主蒸汽壓力升高，會(huì)導(dǎo)致主蒸汽管路、導(dǎo)汽管、汽室、汽門等承壓部件及緊固件金屬材料的應(yīng)力增加。汽輪機(jī)末幾級(jí)的蒸汽濕度要增大，葉片可能遭受沖蝕。所以主蒸汽壓力超過(guò)規(guī)定值，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系鍋爐調(diào)節(jié)蒸汽壓力，使它盡快恢復(fù)到正常范圍;當(dāng)鍋爐調(diào)整無(wú)效時(shí)，應(yīng)利用放空等方式進(jìn)行降壓。

2、主蒸汽壓力下降

當(dāng)主蒸汽溫度和凝結(jié)器真空不變，主蒸汽壓力降低時(shí)，蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的焓降要減少，蒸汽比容將增大。此時(shí)，即使調(diào)速汽閥總開(kāi)度不變，主蒸汽流量也要減少，正常情況下，壓力下降的同時(shí)，適當(dāng)降低負(fù)荷以保持壓力;若汽壓降低過(guò)多時(shí)，機(jī)組帶不到滿負(fù)荷，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低;這時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)焓降仍接近于設(shè)計(jì)值，而其它各級(jí)焓降均低于設(shè)計(jì)值，所以對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性沒(méi)有不利影響。如果主蒸汽壓力降低后，機(jī)組仍要維持額定負(fù)荷不變，就要開(kāi)大調(diào)速汽閥增加主蒸汽流量，這將會(huì)使汽輪機(jī)末幾級(jí)特別是最末級(jí)葉片過(guò)負(fù)荷，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

當(dāng)主蒸汽壓力下降時(shí)，操作人員降低汽輪機(jī)組負(fù)荷，以達(dá)到提高機(jī)組進(jìn)汽壓力的目的;并盡快聯(lián)系鍋爐恢復(fù)汽壓;當(dāng)蒸汽壓力持續(xù)下降超過(guò)允許值，且短時(shí)間難以恢復(fù)時(shí)應(yīng)采用停機(jī)方式，以保護(hù)設(shè)備安全。

3、主蒸汽溫度升高

根據(jù)我公司近期鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況，主蒸汽溫度變化的可能性較大，主蒸汽溫度變化對(duì)機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性的影響比主蒸汽壓力變化時(shí)的影響更為嚴(yán)重。當(dāng)主蒸汽溫度升高時(shí)，主蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的總焓降、汽輪機(jī)相對(duì)的內(nèi)效率和熱力系統(tǒng)的循環(huán)熱效率都有所提高，熱耗降低，使運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益提高，但是主蒸汽溫度升高超過(guò)允許值時(shí)，對(duì)設(shè)備的安全十分有害。主要危害體現(xiàn)如下：

（1）調(diào)節(jié)級(jí)葉片可能過(guò)負(fù)荷。主蒸汽溫度升高時(shí)，首先調(diào)節(jié)級(jí)的焓降增加;在負(fù)荷不變的情況下，調(diào)節(jié)級(jí)葉片將發(fā)生過(guò)負(fù)荷。

（2）金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，蠕變速度加快。主蒸汽溫度過(guò)高時(shí)，主蒸汽管道、自動(dòng)主汽閥、調(diào)速汽閥、汽缸和調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽室等高溫金屬部件的機(jī)械強(qiáng)度將會(huì)降低，蠕變速度加快。汽缸、汽閥、軸封堅(jiān)固件等易發(fā)生松弛，將導(dǎo)致設(shè)備損壞或使用壽命縮短。若溫度的變化幅度大、次數(shù)頻繁，這些高溫部件會(huì)因交變熱應(yīng)力而疲勞損傷，產(chǎn)生裂紋損壞。這些現(xiàn)象隨著高溫下工作時(shí)間的增長(zhǎng)，損壞速度加快。

（3）機(jī)組可能發(fā)生振動(dòng)。汽溫過(guò)高，會(huì)引起各受熱金屬部件的熱變形和熱膨脹加大，若膨脹受阻，中心不一致等，則機(jī)組可能發(fā)生振動(dòng)。

當(dāng)主蒸汽溫度過(guò)高時(shí)，可采用適當(dāng)放空的方式，但綜合發(fā)電效率及其它因素，該方式效果有限。因此在蒸汽管道上增設(shè)減溫減壓裝置，并在減溫減壓裝置處加設(shè)了溫度檢測(cè)裝置，減溫噴水閥門可根據(jù)蒸汽溫度自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉;溫度較高時(shí)，噴水減溫。蒸汽溫度下降至合理值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉噴水閥門，使進(jìn)入汽輪機(jī)組的蒸汽溫度控制在合理范圍。

4、主蒸汽溫度降低

當(dāng)主蒸汽壓力和凝結(jié)器真空不變，主蒸汽溫度降低時(shí)，主蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的總焓降減少，若要維持額定負(fù)荷，必須開(kāi)大調(diào)速汽閥的開(kāi)度，增加主蒸汽的進(jìn)汽量。一般機(jī)組主蒸汽溫度每降低10℃，汽耗量要增加1.3%～1.5%。

主蒸汽溫度降低時(shí)，不但影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，也威脅著機(jī)組的運(yùn)行安全。其主要危害是：

（1）末級(jí)葉片可能過(guò)負(fù)荷。因?yàn)橹髡羝麥囟冉档秃?，為維持額定負(fù)荷不變，則主蒸汽流量要增加，末級(jí)焓降增大，末級(jí)葉片可能過(guò)負(fù)荷狀態(tài)。

（2）末幾級(jí)葉片的蒸汽濕度增大。主蒸汽壓力不變，溫度降低時(shí)，末幾級(jí)葉片的蒸汽濕度將要增加，這樣除了會(huì)增大末幾級(jí)動(dòng)葉的濕汽損失外，同時(shí)還將加劇水滴沖蝕，縮短葉片的使用壽命。

（3）高溫部件將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形。若主蒸汽溫度快速下降較多時(shí)，自動(dòng)主汽閥外殼、調(diào)節(jié)級(jí)、汽缸等高溫部件的內(nèi)壁溫度會(huì)急劇下降而產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形，嚴(yán)重時(shí)可能使金屬部件產(chǎn)生裂紋或使汽輪機(jī)內(nèi)動(dòng)、靜部分造成磨損事故;當(dāng)主蒸汽溫度降至極限值時(shí)，應(yīng)打閘停機(jī)。

（5）有水擊的可能。當(dāng)主蒸汽溫度急劇下降50℃以上時(shí)，往往可判斷為蒸汽含水或汽包漫水進(jìn)入管道，是發(fā)生水沖擊事故的先兆，必須密切注意，當(dāng)主蒸汽溫度還繼續(xù)下降時(shí)，為確保機(jī)組安全，應(yīng)立即打閘停機(jī)。

當(dāng)溫度降低時(shí)，應(yīng)聯(lián)系鍋爐系統(tǒng)，弄清楚溫度下降的原因，視情況進(jìn)行操作，若溫度下降過(guò)快、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)需采取停機(jī)操作。

總結(jié)：

本文所述的內(nèi)容是根據(jù)2013年至2015年本廠余熱發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中所遇見(jiàn)的真空變化、蒸汽參數(shù)變化所引起的效率變化情況。真空在允許范圍內(nèi)的下降對(duì)汽機(jī)效率影響較大，一旦超出允許范圍，將對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，必須進(jìn)行處理。本廠所遇見(jiàn)溫度高、壓力偏低情況，時(shí)間較短，對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響情況不明顯，若出現(xiàn)溫度、壓力兩項(xiàng)參數(shù)均過(guò)低或過(guò)高時(shí)必須采取措施進(jìn)行處理，防止損傷設(shè)備。

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