淺析高加切除對汽輪機(jī)安全性及經(jīng)濟(jì)性的影響

李宏巖

摘 要：高壓加熱器是汽輪機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)中的主要設(shè)備，它對汽輪機(jī)乃至全廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大。文章就汽輪機(jī)的一種特殊變工況運(yùn)行形式——高加停運(yùn)（或稱切除）的兩種典型方式作了簡要介紹，并對這兩種不同的高加切除方式對汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性造成的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；高加切除；經(jīng)濟(jì)性；安全性

中圖分類號：TK267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0023-02

四平熱電公司4號機(jī)型號：C260/N350-16.7/537/537型抽汽凝汽式汽輪機(jī)。型式：亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、雙抽供熱反動(dòng)冷凝式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)具有八級非調(diào)整抽汽。一、二、三級抽汽分別向三臺高壓加熱器供汽，四級抽汽除供除氧器外，還向兩臺給水泵汽輪機(jī)、輔助蒸汽系統(tǒng)供汽。二級抽汽還作為輔助蒸汽系統(tǒng)和給水泵汽輪機(jī)的備用汽源。五、六、七、八級抽汽供汽至四臺低壓加熱器。從冷再熱蒸汽管道上接出一路至給水泵汽輪機(jī)的高壓汽源，當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，給水泵汽輪機(jī)由高壓汽源供汽，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，該汽源作為備用。在該汽管道上設(shè)有疏水點(diǎn)，經(jīng)過疏水閥接入凝汽器。冷再蒸汽管道上還接出兩路分別至二號高壓加熱器和輔助蒸汽系統(tǒng)，作為二段抽汽用汽和輔助蒸汽系統(tǒng)的備用汽源。本機(jī)組的給水系統(tǒng)采用2×50%B-MCR的汽動(dòng)給水泵，正常運(yùn)行時(shí)兩臺汽泵應(yīng)全部投入運(yùn)行，兩臺汽泵并列運(yùn)行時(shí)的出口總流量力應(yīng)能滿足鍋爐給水的要求。本機(jī)組除氧器采用定—滑—定或定壓運(yùn)行方式，除氧器啟動(dòng)時(shí)采用輔助蒸汽定壓運(yùn)行，機(jī)組帶到一定負(fù)荷后，加熱蒸汽切換到冷段，然后切換到汽輪機(jī)4段抽汽，滑壓運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷降至一定值后，4段抽汽不能滿足除氧器運(yùn)行要求時(shí)，再次切換到冷段或輔助蒸汽，定壓運(yùn)行。旁路系統(tǒng)采用二級串聯(lián)旁路，按滿足機(jī)組啟動(dòng)功能設(shè)計(jì)，高旁容量為15%BMCR蒸汽量。汽輪發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，高壓回?zé)峒訜崞鳎ㄒ韵潞喎Q高加）處于給水泵出口，承受的壓力高，且在較高的溫度下工作，運(yùn)行條件差，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)較多。一旦高加發(fā)生故障，或因嚴(yán)重泄漏造成殼側(cè)滿水時(shí)，有可能造成汽、水倒入汽輪機(jī)，危及機(jī)組安全，必須將其從系統(tǒng)中隔離出來。為保障此種情況下機(jī)組的正常供水，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，都設(shè)置了加熱器的水側(cè)旁路，高加切除后，給水將繞旁路而行。

汽輪機(jī)高、中壓缸內(nèi)外缸高壓端的冷卻，分別是靠第一段和第三段抽汽通過內(nèi)外夾層來保證的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，由第一段至第三段抽汽加熱回?zé)嵯到y(tǒng)的3臺高壓加熱器。給水設(shè)置了旁路管道，以保證高加因故停運(yùn)時(shí)，給水能通過旁路閥繼續(xù)向鍋爐供水。

高加切除后，勢必造成汽輪機(jī)偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，使其經(jīng)濟(jì)性發(fā)生變化，并對其運(yùn)行安全性造成影響，成為限制機(jī)組出力的因素。而不同的高加水側(cè)旁路和實(shí)際采取的高加停運(yùn)方式對汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性和安全性的影響程度是不同的。

1 高加水側(cè)旁路的類型及高加切除的典型方式

首先高參數(shù)大容量機(jī)組的高加的安裝形式已經(jīng)從立式加熱器改為臥式加熱器，采取臥式加熱器的優(yōu)點(diǎn)是臥式傳熱效果好，換熱強(qiáng)度高，但是其缺點(diǎn)就是檢修需要大空間，因臥式加熱器具有進(jìn)汽段，加熱段，輸水冷卻段，所以檢修工作量大的缺點(diǎn)。

大旁路是指為多臺高加設(shè)置一公共旁路，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，隔離閥少，操作方便，投資費(fèi)用省。缺點(diǎn)是靈活性差，事故影響面大，一臺高加故障后，所有高加都必須停運(yùn)。

四平熱電高加水側(cè)采用給水大旁路系統(tǒng)，提高了高壓加熱器的可靠性。在高加水側(cè)切除時(shí)，回?zé)岢槠?-3斷全部停止運(yùn)行，抽汽停止使機(jī)組給水溫度下降，機(jī)組效率下降。同時(shí)給運(yùn)行調(diào)整帶來了困難，易發(fā)生超溫事件，也會(huì)使機(jī)組無法帶到額定負(fù)荷，對經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生極大影響。

高加的停運(yùn)有依次停運(yùn)法和中間停運(yùn)法兩種典型方式。因四平熱電公司采用給水大旁路系統(tǒng)，則所有高加只能一起切除，采用依次停運(yùn)法。

根據(jù)四平廠實(shí)際運(yùn)行方式，在高加切除操做時(shí)，回?zé)岢槠凑諒母邏合虻蛪褐鸺壘徛Ｖ沟脑瓌t，逐漸關(guān)閉1-3段抽汽逆止門，進(jìn)汽門，在操作過程中注意給水溫度變化，在停高加過程中給水溫度每分鐘下降不允許超過3℃，同時(shí)還要監(jiān)視汽包水位變化，小機(jī)轉(zhuǎn)速變化，速度級壓力的變化。在高加停止后，加強(qiáng)對機(jī)組的檢查與調(diào)整，保證機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)不越限。

2 高加切除對汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響

不同的高加切除方式對汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響是不同的。采用依次停運(yùn)法，被保留的各加熱器焓升、端差、抽汽管道流速及壓損都基本保持不變。如果此時(shí)汽輪機(jī)主蒸汽流量不變，則從停運(yùn)后的那臺高加抽汽口開始的下游通流級蒸汽流量及各監(jiān)視段壓力都將增加，通流量的增加近似等于停運(yùn)高加的原抽汽量。一方面，由于被保留的各加熱器熱負(fù)荷并不增加，造成給水溫度降低較多，偏離最佳值較大；另一方面，由于下游通流級流量增加，使冷源損失增加。兩方面的原因造成機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降十分明顯。

表1是C260/N350-16.7/537/537型中間再熱機(jī)組高加全部切除后，基于定功率計(jì)算，熱耗率增加的情況。

表中數(shù)據(jù)顯示，高加切除引起的經(jīng)濟(jì)性下降越明顯。

表2是基于主蒸汽流量不變，按等效熱降原理對哈汽廠C260/N350-16.7/537/537型汽輪機(jī)采用停運(yùn)法切除高加的方案，進(jìn)行局部定量分析計(jì)算并與額定工況進(jìn)行比較的結(jié)果。

數(shù)據(jù)表明，高加切除，熱耗相對上升0.46%～2.70%。切除3臺高加，機(jī)組各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯降低。高加切除還可能造成鍋爐過熱蒸汽超溫，減溫水量增加，機(jī)組負(fù)荷降低，使經(jīng)濟(jì)性大幅下降。高加解列后給水溫度由276.3℃變化至174℃，從而使主汽壓力下降，為使鍋爐能夠滿足機(jī)組負(fù)荷則必須相應(yīng)增加燃煤量，增加送吸風(fēng)機(jī)出力，從而造成爐膛過熱，氣溫升高，更重要的是標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加12 g/kwh，機(jī)組熱耗增加3.6%，廠用電率增加約0.5%。

3 高加切除對汽輪機(jī)安全性的影響及對機(jī)組出力的

限制

不同的高加停運(yùn)法對汽輪機(jī)運(yùn)行安全性的影響亦不盡相同。對依次停運(yùn)法，在主蒸汽流量不變的情況下，因從停運(yùn)的高加抽汽口開始，下游各通流級蒸汽流量增大，靜葉壓差、動(dòng)葉輪周功率及軸向推力都將增加。

高加切除可以使汽輪機(jī)輸出功率相對提高4.1%～13.0%，如機(jī)組強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)未考慮高加故障停運(yùn)，則高加故障停運(yùn)后，必須對機(jī)組出力加以限制，否則必然會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行的安全性。

停止高加時(shí)適當(dāng)減少進(jìn)汽量方法，使各抽汽口壓力不超過原來的最高允許值。減小后的最大允許進(jìn)汽量G01 max及相差的調(diào)節(jié)級后監(jiān)視壓力p2 p1max，可按下式計(jì)算：

G01 max=G0 max-？撞Gi

p2p1 max=p2 max·■

式中，i為高加切除臺數(shù)；G0 max、Gi、p2 pmax分別為原設(shè)計(jì)最大流量工況下的主蒸汽流量、各高加抽汽量、調(diào)節(jié)級后監(jiān)視壓力。

當(dāng)減小后的最大允許進(jìn)汽量G01 max=0時(shí)G0 max=∑Gi，則p1pmax=p2p max。

可見，速度級壓力在額定功率不變的情況下較正常運(yùn)行方式時(shí)明顯升高，可達(dá)到機(jī)組允許最大限值，所以當(dāng)機(jī)組高加切除后，不但要監(jiān)視給水溫度、汽包水位等，還要加強(qiáng)速度級壓力的調(diào)整。為確保機(jī)組安全運(yùn)行，也必須對機(jī)組功率加以限制，使其不超過高加切除工況允許最大負(fù)荷。故切除JG1，JG2和JG3，機(jī)組功率應(yīng)限制為額定率的80%～85%。

4 高加切除對機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)的影響

①當(dāng)高加事故停止時(shí)，機(jī)組最大負(fù)荷必須限制在額定率的80%～85%。

②由于事故狀態(tài)下，給水溫度急劇下降（276.3℃下降至174℃），汽包水位瞬間變化較大，小機(jī)轉(zhuǎn)速變化達(dá)500 r/min，小機(jī)MEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制變化較大，必須防止小機(jī)轉(zhuǎn)速偏差過大造成小機(jī)跳閘。

③高加故障切除后，抽汽瞬間停止，抽汽減少，機(jī)組負(fù)荷突升，在額定工況下，高加緊急故障切除，機(jī)組負(fù)荷由350 MW可瞬間上升至385 MW，為保證機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，必須立即減少機(jī)組負(fù)荷至最大允許負(fù)荷280 MW。

④在高加切除后，小機(jī)轉(zhuǎn)速受到較大影響，小機(jī)進(jìn)汽量相應(yīng)受到較大影響，小機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)門開度波動(dòng)過大，輔汽聯(lián)箱壓力擺動(dòng)過大，由0.8 MPa上升之1.0 MPa，造成輔汽聯(lián)箱安全門動(dòng)作。影響小機(jī)的正常運(yùn)行

⑤高加解列后給水溫度由276.3℃變化至174℃，從而使主汽壓力下降，為使鍋爐能夠滿足機(jī)組負(fù)荷則必須相應(yīng)增加燃煤量，增加送吸風(fēng)機(jī)出力，從而造成爐膛過熱，氣溫升高，更重要的是標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加12 g/kwh，機(jī)組熱耗增加3.6%，廠用電率增加約0.5%。

⑥高加停運(yùn)后還會(huì)使汽輪機(jī)末級葉片蒸汽流量增加，加劇葉片侵蝕。

5 結(jié) 語

高加切除屬于汽輪機(jī)的故障運(yùn)行工況，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。運(yùn)行人員應(yīng)高度重視高加運(yùn)行中的監(jiān)視和控制、停機(jī)階段的保護(hù)、以及機(jī)組起動(dòng)過程中高加溫升率的限制，以確保高加的可靠性。高加因故障停運(yùn)后，應(yīng)限制機(jī)組出力，使其低于額定功率。因此必須提高高加運(yùn)行的可靠性，保證高加的投入率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢進(jìn).高加切除對汽輪機(jī)影響的經(jīng)濟(jì)性及安全性分析[J].貴州電力技術(shù)，2001，（6）.