某125 MW機(jī)組出力不足及熱耗高原因分析

嵇國(guó)軍，周榮勤

(江蘇協(xié)聯(lián)熱電集團(tuán)有限公司，江蘇宜興214200)

江蘇協(xié)聯(lián)熱電集團(tuán)有限公司5號(hào)汽輪機(jī)與6號(hào)汽輪機(jī)均為上海汽輪機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造，2臺(tái)機(jī)機(jī)型完全一致，屬于超高壓再熱供熱機(jī)組，額定功率為125 MW，額定抽汽量為127 t/h，額定進(jìn)汽量為466 t/h，調(diào)門(mén)全開(kāi)純凝工況下出力為163 MW，最大進(jìn)汽流量為490 t/h，發(fā)電機(jī)額定功率為150 MW，配套鍋爐額定流量為480 t/h。按照設(shè)計(jì)要求，在額定參數(shù)下，只要汽輪機(jī)所有調(diào)門(mén)全開(kāi)，汽輪機(jī)主蒸汽流量可以達(dá)到490 t/h，而實(shí)際上5號(hào)機(jī)在調(diào)門(mén)全開(kāi)情況下，主蒸汽流量最大只有464 t/h，而6號(hào)機(jī)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為此，公司組織力量會(huì)同制造廠對(duì)5號(hào)機(jī)組進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，由于5號(hào)機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)溫度計(jì)安裝時(shí)外面缺少保護(hù)套管，造成機(jī)組投運(yùn)不久溫度計(jì)就斷裂了，斷裂的熱電偶頭部把調(diào)節(jié)級(jí)葉片碰撞得變形，誤導(dǎo)了分析，造成多次不必要的開(kāi)缸檢查。2011年5月，通過(guò)江蘇方天電力技術(shù)有限公司及制造廠專家現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析會(huì)診，最終判定為調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴供貨時(shí)出錯(cuò)，并在2011年5月檢修中得到了初步解決。

1 機(jī)組技術(shù)特性

（1）汽輪機(jī)的額定功率為125 MW，超高壓、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸、一級(jí)調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)。

（2）機(jī)組型號(hào)為C125-13.24/0.981/535/535，工廠產(chǎn)品號(hào)為181。額定功率為125 MW；主汽門(mén)前蒸汽額定壓力為13.24 MPa（a）；主汽門(mén)前蒸汽額定溫度為535℃；再熱汽門(mén)蒸汽額定溫度為535℃；調(diào)整抽汽壓力為0.981 MPa（a）；額定抽汽流量為127 t/h；最大抽汽流量為150 t/h；額定背壓為4.9 kPa（a）；額定工況蒸汽流量為466 t/h；額定工況下凈熱耗為7 033.2 kJ/（kW·h）。

（3）汽輪機(jī)性能保證工況。

額定工況（THA）：汽輪機(jī)在額定主蒸汽參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)下，調(diào)整工業(yè)抽汽參數(shù)為0.981 MPa（a），127 t/h，補(bǔ)水率為0%+抽汽流量損失131.6 t/h，補(bǔ)水至凝汽器，背壓為額定值4.9 kPa（a），回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，發(fā)電機(jī)輸出端的凈功率為125 MW。

夏季工況（TRL）：汽輪機(jī)在額定主汽參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)下，補(bǔ)水率為4%BMCR+抽汽流量損失155.45 t/h，補(bǔ)水至凝汽器，背壓為11.8 kPa（a），調(diào)整供熱參數(shù)為0.981 MPa（a），127 t/h，回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，發(fā)電機(jī)輸出銘牌功率118.037 MW。

純凝工況：汽輪機(jī)在額定主汽參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)下，汽輪機(jī)進(jìn)汽量等于466 t/h，補(bǔ)水率為0%，背壓為4.9 kPa（a），回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，汽機(jī)能發(fā)出最大功率156.865 MW。

調(diào)門(mén)全開(kāi)純凝工況（VWO）：汽輪機(jī)在額定主汽參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)下，汽輪機(jī)進(jìn)汽量為490 t/h，補(bǔ)水率為0%，背壓為額定值4.9 kPa（a），回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，汽機(jī)能發(fā)出最大功率193.819 MW。

冬季工況(BMCR)：汽輪機(jī)在額定蒸汽參數(shù)下，汽機(jī)進(jìn)汽量為480 t/h，調(diào)整工業(yè)抽汽參數(shù)為0.981 MPa（a），150 t/h，補(bǔ)水率0%+抽汽流量損失155.45 t/h，補(bǔ)水至凝汽器，背壓為額定值4.9 kPa（a），回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，汽機(jī)能發(fā)出最大功率123.964 MW。

發(fā)電機(jī)額定功率為150 MW，制造廠家為山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠。

鍋爐額定流量為480 t/h，制造廠家為哈爾濱鍋爐有限公司。

2 主要異?，F(xiàn)象

2.1 5號(hào)機(jī)熱耗偏高

江蘇協(xié)聯(lián)熱點(diǎn)有限公司5號(hào)機(jī)組于2004年12月投產(chǎn)，6號(hào)機(jī)于2005年7月投產(chǎn)，2臺(tái)機(jī)全部投產(chǎn)后均由江蘇方天電力技術(shù)有限公司進(jìn)行了性能測(cè)試。經(jīng)過(guò)2臺(tái)機(jī)測(cè)試報(bào)告的對(duì)比，150 MW純凝工況5號(hào)機(jī)的熱耗為8 552.63 kJ/（kW·h），6號(hào)機(jī)熱耗為8 378.31 kJ/（kW·h），5號(hào)機(jī)熱耗比6號(hào)機(jī)熱耗要高出174.32 kJ/（kW·h）；135 MW負(fù)荷60 t/h供熱工況下，5號(hào)機(jī)熱耗為7 904.76 kJ/（kW·h），6號(hào)機(jī)熱耗為7 780.98 kJ/（kW·h），5號(hào)機(jī)熱耗要比6號(hào)機(jī)熱耗高出123.78 kJ/（kW·h）。而根據(jù)公司正常運(yùn)行時(shí)生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表及瞬間抓圖數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，5號(hào)機(jī)的熱耗一直比6號(hào)機(jī)要高出130～140 kJ/（kW·h）。

2.2 5號(hào)機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓降大

在2臺(tái)機(jī)全部投運(yùn)后，在相同負(fù)荷，相同凝汽器背壓、相同主蒸汽參數(shù)及相同供熱參數(shù)情況下，5號(hào)機(jī)主蒸汽調(diào)門(mén)前壓力到調(diào)節(jié)級(jí)后壓力降一直比6號(hào)機(jī)要大，而且隨著負(fù)荷的增加壓降增大，一般情況偏大0.5 MPa，最大達(dá)到1.0 MPa，溫降也比6號(hào)機(jī)偏高5～10℃。

2.3 5號(hào)機(jī)出力帶不足

5號(hào)機(jī)投產(chǎn)初期由于供熱量一直不高，負(fù)荷也沒(méi)有帶足，主蒸汽流量最大也只有420 t/h，5號(hào)機(jī)組出力帶不上的問(wèn)題一直也沒(méi)有暴露出來(lái)。隨著機(jī)組供熱量的不斷增大，2007年發(fā)現(xiàn)了主蒸汽量在調(diào)門(mén)全開(kāi)的情況下，最大只能帶到460 t/h左右，2011年4月16日，2臺(tái)機(jī)組調(diào)門(mén)全開(kāi)工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 調(diào)門(mén)全開(kāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 原因分析

由于2臺(tái)相同125 MW機(jī)組自從投產(chǎn)后帶負(fù)荷能力及熱耗一直偏差較大，5號(hào)機(jī)由于受進(jìn)汽量的限制，不僅僅是接帶電負(fù)荷和熱負(fù)荷能力差，更是由于發(fā)電標(biāo)煤耗高于6號(hào)機(jī)達(dá)5 g/（kW·h）多而困擾著電廠。按5號(hào)機(jī)全年發(fā)電量10億kW·h計(jì)算，全年將多消耗標(biāo)煤5000t，標(biāo)煤價(jià)按照1100元/t計(jì)算，全年將多增加開(kāi)支550萬(wàn)元，在目前電力企業(yè)如此嚴(yán)峻的情況下，確實(shí)是公司的一塊心病。為此，幾年來(lái)該公司組織大量人力、物力、財(cái)力對(duì)5號(hào)機(jī)組進(jìn)行全面分析和檢查，機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)共進(jìn)行了4次開(kāi)缸檢查。

3.1 調(diào)節(jié)級(jí)葉片及第一級(jí)隔板噴嘴變形

調(diào)節(jié)級(jí)后熱電偶溫度由于在安裝初期沒(méi)有安裝隔套，導(dǎo)致新機(jī)組投運(yùn)后不久，熱電偶因汽流的擾動(dòng)和沖擊斷裂，調(diào)節(jié)級(jí)后溫度失去了監(jiān)視，主蒸汽流量的溫度補(bǔ)償也只能通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)汽缸溫度來(lái)測(cè)算出。由于熱耗一直高于6號(hào)機(jī)組，而且調(diào)節(jié)級(jí)壓降溫降均比6號(hào)機(jī)組大，為此，在新機(jī)組投產(chǎn)一年后的大修中，檢查發(fā)現(xiàn)5號(hào)機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片及第一級(jí)隔板進(jìn)汽口全部因熱電偶頭碰撞而變形。通過(guò)制造廠技術(shù)人員來(lái)廠檢修，認(rèn)為熱耗高、壓降大的主要原因?yàn)檫@兩處通流變形造成，且制作了專用工具進(jìn)行修復(fù)整形，并重新安裝了熱電偶。但啟動(dòng)不久又發(fā)生了斷裂情況，為此在2009年4月再次對(duì)機(jī)組進(jìn)行了開(kāi)缸檢查，并提高了熱電偶的材質(zhì)，更換了熱電偶廠家，修復(fù)了變形噴嘴，次月啟動(dòng)后又發(fā)生了熱電偶斷裂。為了查出并消除熱耗高的真正原因，公司于2010年3月再次對(duì)該機(jī)組進(jìn)行開(kāi)缸檢查，修復(fù)變形噴嘴后，決定不再安裝調(diào)節(jié)級(jí)熱電偶，可啟動(dòng)后機(jī)組出力及熱耗仍沒(méi)有得到顯著改變，調(diào)節(jié)級(jí)葉片因碰撞變形修復(fù)后的照片如圖1所示。

圖1 調(diào)節(jié)級(jí)葉片變形后修復(fù)照片

3.2 系統(tǒng)泄漏

系統(tǒng)內(nèi)漏也是分析和查找的重要原因之一，由于高低壓旁路泄漏較為嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)紅外成像儀測(cè)量保溫外溫度分別為：高壓旁路后溫度86.7℃，低壓旁路后的溫度49.8℃。在DCS畫(huà)面中高、低級(jí)旁路后的蒸汽溫度分別顯示307℃及84℃。高壓旁路的泄漏使部分蒸汽沒(méi)有進(jìn)入主汽門(mén)就直接從旁路漏掉，造成調(diào)門(mén)前主蒸汽壓力降低，加上由于鍋爐安全閥略微泄漏，鍋爐出口主蒸汽壓力帶不到額定，導(dǎo)致汽輪機(jī)主蒸汽壓力一直低于設(shè)計(jì)壓力，從而使主蒸汽比容增大，在通流面積一定的條件下，會(huì)使進(jìn)汽能力減小,從這點(diǎn)來(lái)看，在進(jìn)主汽門(mén)前高旁的泄漏量大是導(dǎo)致進(jìn)汽量帶不上的原因之一，而低壓力旁路泄漏則會(huì)大大降低中低壓缸的效率，影響發(fā)電出力，工況數(shù)據(jù)比較如表2所示，主蒸汽流量分別偏低2.38%～9.61%。為此，根據(jù)5號(hào)機(jī)高低旁路后的蒸汽溫度，對(duì)6號(hào)機(jī)做了似類泄漏量的試驗(yàn)，在確保2臺(tái)機(jī)主蒸汽參數(shù)及電熱負(fù)荷相同工況下，檢查旁路減溫水門(mén)關(guān)嚴(yán)，逐漸開(kāi)啟高壓旁路門(mén)，使高旁后蒸汽溫度和5號(hào)機(jī)相同，觀察6號(hào)機(jī)主汽流量的變化，同樣試驗(yàn)方法開(kāi)啟6號(hào)機(jī)低壓旁路門(mén)，觀察主汽流量變化。試驗(yàn)結(jié)果是主汽流量變化較小，排除了旁路泄漏影響出力及流量的可能。同時(shí)檢查導(dǎo)汽管疏水至高壓疏水聯(lián)箱門(mén)全部關(guān)閉嚴(yán)密，疏水門(mén)后管道全部常溫，檢查系統(tǒng)沒(méi)有任何外漏現(xiàn)象。

3.3 主汽門(mén)及調(diào)門(mén)開(kāi)度不到位

檢查主汽門(mén)開(kāi)度為全開(kāi)，對(duì)調(diào)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行了檢查，經(jīng)過(guò)對(duì)2臺(tái)機(jī)組調(diào)門(mén)全部解體后測(cè)量比較，設(shè)計(jì)要求閥門(mén)的開(kāi)度為34 mm，經(jīng)檢查和調(diào)整，2臺(tái)機(jī)所有的調(diào)門(mén)開(kāi)度全部符合要求，如表3所示。同時(shí)，在導(dǎo)汽管疏水門(mén)前加裝了2個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)調(diào)門(mén)任何異?，F(xiàn)象，在調(diào)門(mén)全開(kāi)情況下，導(dǎo)汽管壓力和主汽門(mén)前壓力基本相同，判斷調(diào)門(mén)及主汽門(mén)對(duì)通流應(yīng)該沒(méi)有任何影響[1]。

表3 調(diào)門(mén)開(kāi)度數(shù)據(jù) mm

3.4 主蒸汽系統(tǒng)異物堵

主汽門(mén)及噴嘴蒸汽室的節(jié)流也是造成壓降增加的原因之一。為此對(duì)主汽門(mén)通流口徑及濾網(wǎng)進(jìn)行了全面檢查，并拆除了臨時(shí)濾網(wǎng)，全部滿足設(shè)計(jì)要求，并在這幾次大修中由江蘇方天公司技術(shù)人員通過(guò)內(nèi)窺鏡分別從4個(gè)調(diào)門(mén)口及108個(gè)噴嘴出口對(duì)導(dǎo)汽管、噴嘴室進(jìn)行檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有異物影響通流。

3.5 汽輪機(jī)通流間隙偏大

通流間隙偏大也是影響機(jī)組出力及熱耗的原因之一。為此在5號(hào)機(jī)通流間隙調(diào)整時(shí)要求全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并在高低壓平衡活塞汽封及軸封增加了多道刷式汽封，刷式汽封的間隙全部調(diào)整在0.15 mm左右。通過(guò)對(duì)5號(hào)機(jī)、6號(hào)機(jī)通流間隙的數(shù)據(jù)比較，2臺(tái)機(jī)通流間隙基本接近，理論上說(shuō)5號(hào)機(jī)經(jīng)濟(jì)性要比6號(hào)機(jī)好，而且如果通流間隙偏大，只能影響的是機(jī)組的效率而造成機(jī)組出力不足，但進(jìn)汽量不會(huì)受影響，除非因過(guò)橋汽封泄漏而影響主蒸汽計(jì)量出錯(cuò)，因此，可排除通流間隙對(duì)出力及熱耗的影響[2]。

3.6 表計(jì)誤差

由于主蒸汽流量是根據(jù)汽輪機(jī)調(diào)速級(jí)壓力、調(diào)速級(jí)溫度、機(jī)組背壓等計(jì)算出來(lái)的，因此機(jī)組熱耗的計(jì)算和相關(guān)的溫度、壓力、流量密切相關(guān)。為此，對(duì)所有涉及計(jì)算熱耗的溫度、壓力、流量表進(jìn)行校核，并通過(guò)汽水平衡來(lái)核算相關(guān)流量的準(zhǔn)確性，并在再熱蒸汽高溫段上增加了彎管流量計(jì)來(lái)測(cè)量再熱蒸汽流量，通過(guò)它再來(lái)核對(duì)其他流量和汽水平衡的準(zhǔn)確性，核算結(jié)果證實(shí)5號(hào)機(jī)熱耗確實(shí)高于6號(hào)機(jī)。

3.7 調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴用錯(cuò)

2011年3月，江蘇協(xié)聯(lián)熱電集團(tuán)有限公司再次組織制造廠及省汽輪機(jī)技術(shù)專家。來(lái)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析查找原因，結(jié)合5號(hào)機(jī)、6號(hào)機(jī)及某電廠125 MW供熱機(jī)組最大出力的分析，如表4所示。可以看出，公司5號(hào)機(jī)組與某電廠125 MW供熱機(jī)組有著驚人的相似，兩公司出廠機(jī)型分別為181機(jī)型及A181機(jī)型，兩機(jī)型的主要區(qū)別是供熱量不同，181機(jī)型額定抽汽量為127 t/h，而A181機(jī)型額定抽汽量為50 t/h，兩機(jī)型的調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴尺寸不一樣，前者出口通流尺寸為17×6.7 mm，后者出口通流尺寸為15×6.7 mm，而且通過(guò)到制造廠設(shè)計(jì)室核對(duì)兩機(jī)型的噴嘴安裝尺寸，發(fā)現(xiàn)除了噴嘴出口尺寸不相同外，其他的制造安裝等尺寸全部相同。同時(shí)根據(jù)制造廠人員透露，由于在2003年前后制造任務(wù)特別重，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)其他類型機(jī)組噴嘴組在發(fā)貨過(guò)程中出過(guò)差錯(cuò)，但由于無(wú)法安裝而得到了及時(shí)更換。通過(guò)綜合匯總分析，最終將出力和熱耗高的問(wèn)題集中在噴嘴用錯(cuò)的原因上。

4 解決處理

由于噴嘴組的制造周期需要一年，通過(guò)和制造廠家的溝通和商量，兼顧電廠的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)制造廠家設(shè)計(jì)人員的計(jì)算和強(qiáng)度核對(duì)，提供了噴嘴臨時(shí)處理方案。將噴嘴拆下返廠，由制造廠對(duì)噴嘴的寬度進(jìn)行電脈沖擴(kuò)大，將噴嘴尺寸改為15×7.6 mm，以增大通流面積?？梢越鉀Q節(jié)流損失，使機(jī)組出力和熱耗得到好轉(zhuǎn)，但由此也破壞了原有噴嘴的型線，噴嘴處效率會(huì)有所降低，修理后的噴嘴如圖2所示。通過(guò)2011年5月再次揭缸，確認(rèn)了噴嘴錯(cuò)用，經(jīng)過(guò)返廠加工處理，目前機(jī)組基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)出力（如表4所示）。但2臺(tái)機(jī)組熱耗仍相差有60 kJ/（kW·h），且制造廠已加工了標(biāo)準(zhǔn)新噴嘴，計(jì)劃在2012年上半年更換。

圖2 加工處理后的A181噴嘴

表4 相關(guān)機(jī)組調(diào)門(mén)全開(kāi)工況部分參數(shù)

5 結(jié)束語(yǔ)

在5號(hào)機(jī)組出力不足及熱耗高的分析中可以看出，影響機(jī)組熱耗及出力的因素有很多，既有運(yùn)行參數(shù)調(diào)整的原因，也有系統(tǒng)泄漏、表計(jì)誤差及機(jī)組安裝原因，同時(shí)也要從機(jī)組制造、出廠組裝等因素去查找，并通過(guò)同類型及相近類型機(jī)型的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)比較，可以少走彎路，較快地查出原因并解決問(wèn)題。

[1]趙常興.汽輪機(jī)組技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]霍 鵬.汽輪機(jī)帶負(fù)荷能力下降問(wèn)題分析[J].廣東電力，2005，18（11）：44-47.