合缸中間再熱機(jī)組減負(fù)荷以及熱態(tài)啟動(dòng)期間振動(dòng)異常探究

王文秀 劉 喜 桂宏橋 李德豐

（1、光大環(huán)保能源（江陰）有限公司，江蘇 江陰 214400 2、光大環(huán)保（中國(guó)）有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著我國(guó)人民生活質(zhì)量和城市化率的提高，日常生活中產(chǎn)生的垃圾越來(lái)越多。當(dāng)前垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，垃圾處理費(fèi)越來(lái)越低，同時(shí)國(guó)家環(huán)保排放要求越來(lái)越嚴(yán)，導(dǎo)致運(yùn)行成本越來(lái)越高，垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)利潤(rùn)空間越來(lái)越低。提高電廠循環(huán)熱效率是提高電廠經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵措施之一。

江蘇某項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)率先采用兩爐一機(jī)母管制中間再熱工藝，將全廠熱效率提高至28.69%，平均噸垃圾入爐發(fā)電量高達(dá)595kw·h/t。雖然中間再熱機(jī)組熱效率較高，但該類(lèi)型機(jī)組操控難度大，在正常減負(fù)荷和熱態(tài)啟機(jī)期間易發(fā)生振動(dòng)超標(biāo)跳機(jī)事故。

1 機(jī)組運(yùn)行概況

該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)首次使用中溫次高壓（6.3 MPa/445℃）、中間再熱425℃）兩爐一機(jī)母管制再熱技術(shù)。項(xiàng)目投運(yùn)后整體運(yùn)行小時(shí)數(shù)較高，滿負(fù)荷運(yùn)行期間機(jī)組各參數(shù)正常，機(jī)組軸振評(píng)定為優(yōu)秀。但機(jī)組在減50%負(fù)荷左右以及熱態(tài)啟機(jī)并網(wǎng)后出現(xiàn)軸振超限跳機(jī)事故。

1.1 正常減負(fù)期間振動(dòng)超標(biāo)跳機(jī)

圖1 減負(fù)荷后軸振變化DCS畫(huà)面截圖

（1）2020年1月23日該項(xiàng)目#4、5爐帶#3中間再熱機(jī)組運(yùn)行，主蒸汽、再熱蒸汽維持在額定參數(shù)，主輔機(jī)其他各參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，汽輪機(jī)負(fù)荷23MW。

（2）13:00開(kāi)始降低#4爐負(fù)荷準(zhǔn)備停#4爐，汽輪機(jī)負(fù)荷由23MW開(kāi)始下降，均壓箱輔助汽源由一抽汽源切至主蒸汽供給。

（3）13:46:03 #3機(jī)電負(fù)荷10MW，汽輪機(jī)軸瓦最大軸振25um。

（4）13:55 #1瓦振動(dòng)開(kāi)始緩慢上升，期間對(duì)機(jī)組的各種調(diào)整無(wú)法改變振動(dòng)上升趨勢(shì)。

（5）15:16機(jī)組軸振上升至200um，振動(dòng)大保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。

1.2 熱態(tài)啟機(jī)跳機(jī)

（1）20:26機(jī)組高壓缸缸溫377℃，開(kāi)始熱態(tài)沖轉(zhuǎn)。

（2）21:04機(jī)組轉(zhuǎn)速升至全速，并網(wǎng)后開(kāi)始增加機(jī)組負(fù)荷。

（3）21:27機(jī)組負(fù)荷至10MW（單臺(tái)鍋爐至滿負(fù)荷）。

（4）22:25機(jī)組前軸承振動(dòng)的軸振由29um開(kāi)始上升。

（5）22:40機(jī)組軸振達(dá)173um，運(yùn)行人員打閘停機(jī)。

（6）機(jī)組轉(zhuǎn)速到零后進(jìn)行盤(pán)車(chē)，缸溫降至150℃后進(jìn)行冷態(tài)啟動(dòng)正常。

2 原因分析

該項(xiàng)目選用東汽N25-6.3/445/425型中溫、次高壓，非調(diào)整抽汽，凝汽式高轉(zhuǎn)速一次再熱汽輪機(jī)，結(jié)構(gòu)型式為高、中、低壓合缸單排汽。汽輪機(jī)共26級(jí)，其中高壓缸I單列調(diào)節(jié)級(jí)＋14壓力級(jí)，反動(dòng)式設(shè)計(jì)，中低壓缸11壓力級(jí)，沖動(dòng)式設(shè)計(jì)，額定轉(zhuǎn)速為5000rpm，機(jī)組采用自密封軸封系統(tǒng)。

合缸中間再熱汽輪機(jī)在正常減負(fù)期間高壓缸排汽壓力隨負(fù)荷下降而降低，前軸封漏汽量和漏汽壓力也隨之下降，此時(shí)易發(fā)生均壓箱壓力高于前汽封出漏汽壓力，出現(xiàn)均壓箱內(nèi)高溫蒸汽反供至前汽封對(duì)此處軸頸進(jìn)行加熱。由于軸封供汽直接與汽輪機(jī)大軸接觸,它的溫度直接影響大軸的伸縮。汽輪機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行和熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)相應(yīng)轉(zhuǎn)子的溫度很高,如果軸封供汽溫度過(guò)低,大量的低溫蒸汽通過(guò)軸封進(jìn)入汽缸,它不僅將在轉(zhuǎn)子上引起較大的熱應(yīng)力,而且會(huì)造成前段軸封大軸的急劇冷卻收縮,破壞機(jī)組平衡導(dǎo)致強(qiáng)烈的振動(dòng)。當(dāng)收縮量過(guò)大時(shí),將有可能導(dǎo)致動(dòng)靜摩擦。這種局部段大軸收縮造成的相對(duì)位移的變化,其潛在的危害是很大的。軸封處軸頸發(fā)生熱變形引起動(dòng)靜摩擦而導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)；熱態(tài)啟動(dòng)機(jī)組并網(wǎng)初期負(fù)荷較低，高壓缸排汽壓力低，前汽封易發(fā)生反供汽現(xiàn)象，從而使前汽封處轉(zhuǎn)子發(fā)生熱變形而振動(dòng)超限跳機(jī)[1，2，3]。

表1 熱態(tài)啟機(jī)期間DCS數(shù)據(jù)表

綜上所述，正常運(yùn)行期間均壓箱內(nèi)蒸汽反供至前汽封引起轉(zhuǎn)子熱變形是機(jī)組振動(dòng)的主要原因。

3 解決辦法

保證正常運(yùn)行期間不發(fā)生均壓箱對(duì)前汽封反供汽，即可解決正常減負(fù)荷和熱態(tài)啟機(jī)期間出現(xiàn)的振動(dòng)問(wèn)題[4，5]。該公司對(duì)軸封系統(tǒng)進(jìn)行了如下技改：

（1）在均壓箱至前汽封的供汽管道上加裝一道止回閥，機(jī)組運(yùn)行期間能有效地阻止均壓箱內(nèi)蒸汽反供至前汽封。

（2）在新加裝的止回閥處，增加旁路氣動(dòng)閥，并增加DCS控制邏輯，確保機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)以及其他需要對(duì)前汽封供汽時(shí)，DCS系統(tǒng)自動(dòng)控制旁路氣動(dòng)閥開(kāi)啟對(duì)前汽封供汽。汽輪機(jī)正常運(yùn)行期間在電負(fù)荷大于1MW后，DCS系統(tǒng)自動(dòng)控制氣動(dòng)閥在關(guān)閉狀態(tài)。

圖2 防軸封反供汽流程圖

4 結(jié)論

圖3 防軸封反供汽邏輯方框圖

該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)垃圾發(fā)電行業(yè)首次運(yùn)用兩爐一機(jī)母管制中間再熱技術(shù)，在商業(yè)運(yùn)行期間遇到了軸振異常升高跳機(jī)問(wèn)題。針對(duì)合缸中間再熱機(jī)組軸振異常升高問(wèn)題，該公司進(jìn)行了深入分析研究后對(duì)軸封系統(tǒng)進(jìn)行了技改，增加了一套“防前汽封反供汽裝置”，保證機(jī)組運(yùn)行期間不發(fā)生軸封反供汽現(xiàn)象，并保證機(jī)組啟停機(jī)期間均壓箱正常對(duì)前汽封提供密封汽。技改完成后立即對(duì)機(jī)組進(jìn)行了降低50%負(fù)荷試驗(yàn)以及熱態(tài)啟機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)期間機(jī)組振動(dòng)正常。在以后的歷次單臺(tái)鍋爐停運(yùn)減負(fù)荷過(guò)程中，機(jī)組軸振穩(wěn)定未出現(xiàn)任何異常情況；在突發(fā)的汽輪機(jī)滿負(fù)荷跳機(jī)時(shí)，“防前汽封反供汽裝置”氣動(dòng)旁路閥自動(dòng)開(kāi)啟，前汽封密封汽能正常供給，并能在機(jī)組熱態(tài)工況下啟動(dòng)成功。

該項(xiàng)目成功地解決了合缸中間再熱機(jī)組減負(fù)荷以及熱態(tài)啟動(dòng)期間振動(dòng)異常問(wèn)題，為該類(lèi)型機(jī)組在垃圾發(fā)電行業(yè)推廣奠定了基礎(chǔ)。