超臨界600 MW 汽輪機(jī)出力下降問題分析

盧承斌，姚永靈

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 211102)

影響汽輪機(jī)機(jī)組出力的因素有很多，其中最主要的是通流部分故障。通流故障的發(fā)生總是伴隨著一些熱力參數(shù)的變化。通過對(duì)汽輪機(jī)各通流部分效率的計(jì)算分析，以及對(duì)各監(jiān)視段參數(shù)的對(duì)比，能有效診斷出故障原因，確定故障的大致位置。本文針對(duì)某廠3 號(hào)機(jī)組出力下降的問題，通過研究分析運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算各級(jí)組效率，并與投產(chǎn)性能試驗(yàn)相比較，判斷出通流部分的故障類型和位置，可作為分析診斷類似問題的借鑒。

1 設(shè)備概況

某廠3 號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)形式為超臨界600 MW、一次中間再熱、沖動(dòng)式、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式，型號(hào)為N600－24.2/538/566。機(jī)組主要參數(shù):主蒸汽壓力24.2 MPa (a)、主蒸汽溫度538 ℃、調(diào)節(jié)級(jí)后壓力16.19 MPa (a)、再熱蒸汽壓力4.07 MPa (a)、再熱蒸汽溫度566 ℃、額定進(jìn)汽量1 740.3 t/ h、低壓缸排汽壓力(雙背壓)5.4 kPa/ 4.4 kPa。

2 故障癥狀

3 號(hào)機(jī)組投產(chǎn)一年后，機(jī)組帶負(fù)荷能力逐漸下降。在同等負(fù)荷下，調(diào)節(jié)級(jí)壓力由17.15 MPa升高至18.18 MPa，給水流量在機(jī)組真空提高的情況下增加了近30 t/h，調(diào)門開度也明顯增大。投產(chǎn)兩年后，受調(diào)節(jié)級(jí)壓力限制，汽輪機(jī)夏季最高出力已由630 MW 下降至610 MW 左右，且需要增加再熱減溫水流量來保持負(fù)荷，經(jīng)濟(jì)性也顯著下降。

3 試驗(yàn)和分析

3.1 系統(tǒng)檢查

在3 號(hào)機(jī)出力下降過程中，機(jī)組熱力系統(tǒng)除低壓旁路B 和高排通風(fēng)閥少量泄漏外，并無重大泄漏，因此可排除汽水泄漏降低出力的原因。高壓加熱器運(yùn)行狀況正常，可排除抽汽量增大而降低出力的原因［1］44。此外，汽輪機(jī)4 只高壓調(diào)門開閉正常，現(xiàn)場(chǎng)無異常節(jié)流聲，表計(jì)壓力顯示壓降也正常［2］。排除以上因素后，可將問題集中在汽輪機(jī)的通流部分。

3.2 歷史數(shù)據(jù)分析

從機(jī)組的歷史記錄中，選擇負(fù)荷、主參數(shù)等具有可比性，且參數(shù)穩(wěn)定、運(yùn)行時(shí)間段較長(zhǎng)的3個(gè)工況點(diǎn)，整理出表1 所示的數(shù)據(jù)，其中包含了3號(hào)機(jī)的投產(chǎn)試驗(yàn)工況(2007年1月)。

表1 3 號(hào)汽輪機(jī)性能變化

圖1 高中壓缸剖面圖

3 號(hào)機(jī)2007年1月至2008年1月，其通流部分的性能分析如下:

1)監(jiān)視段壓力。調(diào)節(jié)級(jí)壓力、一抽、二抽、三抽及四抽壓力均明顯升高，其中調(diào)節(jié)級(jí)壓力升高最大達(dá)6.06%，遠(yuǎn)高于給水流量的升高幅度;調(diào)節(jié)級(jí)壓力升高更快，表明調(diào)節(jié)級(jí)后通流部分存在堵塞、變形，或調(diào)節(jié)級(jí)本身受損傷［1］46。本汽輪機(jī)高中壓部分縱剖面圖見圖1。

2)監(jiān)視段溫度。調(diào)節(jié)級(jí)、一抽、高排、四抽溫度總體升高不大，約2 ℃;三抽溫度升高較大達(dá)7.69 ℃，可能原因是過橋汽封漏汽增大。抽汽溫度升高，與蒸汽流量增加和級(jí)間動(dòng)靜間隙增大有關(guān)。

3)高、中壓缸及級(jí)組效率的變化。調(diào)節(jié)級(jí)效率上升6.68%(絕對(duì))，主要是調(diào)門開度增大的結(jié)果;兩個(gè)高壓級(jí)組效率均顯著下降，使得高壓缸效率降低了3.09%，中壓缸效率降低1.08% (絕對(duì))。至2008年7月，高壓第2 級(jí)組效率持續(xù)降低。相對(duì)內(nèi)效率的降低表明高壓通流部分存在異常。

3.3 與4 號(hào)機(jī)的比較

為更好地研究3 號(hào)機(jī)的問題，將3 號(hào)機(jī)與該廠同型號(hào)的4 號(hào)機(jī)于2008年7月23 進(jìn)行了在600 MW 工況下的對(duì)比試驗(yàn)。各參數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表1，分析如下:

(1)調(diào)節(jié)級(jí)壓力:3 號(hào)機(jī)偏高5%，給水流量高2%，一抽、高排、四抽壓力高1.2%～1.8%。調(diào)節(jié)級(jí)、高排溫度均高于4 號(hào)機(jī)。三抽、四抽溫度略低于4 號(hào)機(jī)，可能是過橋汽封漏量偏大。(2)高壓缸效率:在閥門開度較大，調(diào)節(jié)級(jí)效率較高的情況下，3 號(hào)機(jī)卻偏低4.36%(絕對(duì))，表明調(diào)節(jié)級(jí)后通流效率過低。2 臺(tái)機(jī)組的中壓缸效率相差不大，但抽汽參數(shù)表明3 號(hào)機(jī)的過橋汽封量偏大。(3)2 臺(tái)機(jī)主再蒸汽參數(shù)相近，3 號(hào)機(jī)熱耗高312 kJ/kW·h，給水流量大36 t/h。

4 開缸前的判斷

通過以上分析，初步判斷汽輪機(jī)出力下降、性能降低的主要原因是高壓通流部分異常、高壓缸效率低。從調(diào)節(jié)級(jí)效率數(shù)據(jù)看，可基本排除主汽閥、調(diào)閥、濾網(wǎng)以及調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴和動(dòng)葉受損的可能。從高壓缸、調(diào)節(jié)級(jí)及高壓級(jí)組效率變化判斷，通流部分異常主要發(fā)生在調(diào)節(jié)級(jí)至高排之間，其中一抽至高排之間的級(jí)段性能劣化較快。通流部分常見缺陷，包括通流面積變小，噴嘴、葉片或圍帶受損，通流間隙過大等。通流間隙過大，常常伴隨著抽汽溫度的異常升高，從3 號(hào)機(jī)相關(guān)參數(shù)看可以排除?？疾? 號(hào)機(jī)的歷史數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)級(jí)壓力、抽汽壓力均隨著運(yùn)行時(shí)間逐漸上升，并沒有在某一時(shí)刻或某一事件后突然升高，帶負(fù)荷能力也是逐步下降的。由此判斷，故障的最大可能是通流部分蒸汽結(jié)垢造成的面積減小。此外，3 號(hào)機(jī)1 號(hào)高加疏水閥，運(yùn)行中頻繁被高溫氧化皮堵塞，也可能與高壓蒸汽積垢有關(guān)。

5 開缸后的檢查處理情況

鑒于3 號(hào)機(jī)的現(xiàn)狀和試驗(yàn)分析的結(jié)果，決定提前進(jìn)行揭缸檢修。檢修前專項(xiàng)試驗(yàn)表明，高、中壓缸間過橋汽封漏汽量達(dá)到再熱流量的9.2%，而設(shè)計(jì)值僅為1.6%。開缸后發(fā)現(xiàn):高壓缸部分結(jié)垢嚴(yán)重，各級(jí)葉片及靜葉柵噴嘴均存在結(jié)垢，結(jié)垢厚度為0.20～0.50 mm，其中高壓調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴喉部位置結(jié)垢達(dá)0.70～1.00 mm(該處喉部尺寸只有4 mm)，如圖2～圖4 所示。中壓缸基本未結(jié)垢。結(jié)垢導(dǎo)致葉片型線改變較大，嚴(yán)重影響高壓缸通流部分做功效率。

圖2 調(diào)節(jié)級(jí)背面

圖3 高壓缸排汽

圖4 高壓轉(zhuǎn)子背面

檢修期間，對(duì)高壓缸通流部分各級(jí)葉片及靜葉柵噴嘴進(jìn)行了水力除垢。對(duì)汽封間隙進(jìn)行了調(diào)整。大修后的性能試驗(yàn)表明，機(jī)組出力達(dá)到了設(shè)計(jì)值，調(diào)節(jié)級(jí)壓力大幅下降，汽輪機(jī)熱耗也大幅降低。

6 結(jié)論

3 號(hào)機(jī)出力下降的主要原因是主蒸汽中超標(biāo)的鐵在高壓通流部分析出沉淀，引起嚴(yán)重的結(jié)垢，導(dǎo)致通流面積減小，從而使調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高，機(jī)組的進(jìn)汽能力減小。同時(shí)由于葉片表面結(jié)垢使流道嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)型線，通流效率急劇下降降低了汽缸效率。

回顧開缸前的試驗(yàn)分析，基本判斷了故障的原因和部位。略有出入的是對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)結(jié)垢的判斷，即調(diào)節(jié)級(jí)效率(主汽門前至調(diào)節(jié)級(jí)后)下降不明顯甚至升高，不僅造成了對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)異常的判斷的不確定，還給整個(gè)高壓缸通流故障分析增加了困難。此外，電廠在蒸汽品質(zhì)的測(cè)試方法、超臨界機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)的把握上的缺陷，導(dǎo)致未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)其異常，也給判斷帶來了困難。對(duì)此，有幾點(diǎn)啟發(fā):

1)該型超臨界600 MW 汽輪機(jī)，調(diào)門采用復(fù)合調(diào)節(jié)方式，前3 只調(diào)門同時(shí)開啟。本文在分析調(diào)節(jié)級(jí)效率時(shí)，只是定性地闡述了調(diào)門壓損的因素，從實(shí)際情況看，開度變化對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)效率的影響遠(yuǎn)大于其它類型機(jī)組，因而掩蓋了調(diào)節(jié)級(jí)本身效率下降的事實(shí)。

2)為防止出現(xiàn)試驗(yàn)分析的盲點(diǎn)，應(yīng)增加調(diào)門后壓力測(cè)點(diǎn)，且無論是投產(chǎn)考核試驗(yàn)，還是大修前后試驗(yàn)，均應(yīng)進(jìn)行閥點(diǎn)工況的試驗(yàn)，這對(duì)分析判斷汽輪機(jī)通流故障至關(guān)重要。

［1］霍鵬.汽輪機(jī)帶負(fù)荷能力下降分析［J］.廣東電力，2005，18(11):44-47.

［2］邱應(yīng)軍.某國產(chǎn)300MW 汽輪機(jī)通流部分的故障診斷［J］.湖南電力，2005，25(5):12-14.