600 MW亞臨界汽輪機(jī)抽汽溫度偏高的治理方案

劉勇海，趙志勇

(河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 定州 073000)

600 MW亞臨界汽輪機(jī)抽汽溫度偏高的治理方案

劉勇海，趙志勇

(河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 定州 073000)

針對(duì)某電廠機(jī)組汽輪機(jī)低壓缸抽汽超溫現(xiàn)象，指出低壓內(nèi)缸水平中分面變形產(chǎn)生內(nèi)張口引起低壓缸漏汽，最終導(dǎo)致抽汽溫度偏高，并結(jié)合同類型機(jī)組的治理經(jīng)驗(yàn)制定了低壓缸的治理方案，給出了實(shí)施后可取得的預(yù)期效果。

汽輪機(jī)；低壓缸；抽汽；超溫

1 抽汽超溫概況

某電廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)制造的600 MW亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組型號(hào)為N600-16.7/537/537。汽輪機(jī)具有8段非調(diào)整回?zé)岢槠?，其中：高、中壓缸?段抽汽，2個(gè)低壓缸共4段(5～8段)抽汽。低壓缸全部由板件焊接而成，為減小溫度梯度，設(shè)計(jì)成3層缸，即雙層內(nèi)缸和單層外缸。

由于2臺(tái)機(jī)組均為上世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)制造，受當(dāng)時(shí)技術(shù)、制造、安裝等多方面因素的限制，投產(chǎn)運(yùn)行后機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性偏低，機(jī)組熱耗、汽缸效率等主要指標(biāo)與設(shè)計(jì)值存在一定偏差。較為突出的問(wèn)題是：低壓5、6段抽汽溫度比設(shè)計(jì)值偏高，即額定工況下5、6段抽汽溫度設(shè)計(jì)值分別為219.2 ℃、132.8 ℃，但實(shí)際上2號(hào)機(jī)組5段抽汽溫度最高達(dá)263 ℃，6段抽汽最高達(dá)196 ℃。抽汽超溫不僅使該級(jí)段的效率及功率下降，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致機(jī)組安全事故。

2 原因分析

該電廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)低壓缸為3層缸，最內(nèi)層為1號(hào)內(nèi)缸，中間為2號(hào)內(nèi)缸。低壓內(nèi)缸漏汽是導(dǎo)致抽汽溫度偏高的重要原因，而造成低壓內(nèi)缸漏汽的原因很多，如：低壓汽缸剛性不足、人孔內(nèi)空間狹小、螺栓預(yù)緊力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求、局部區(qū)域發(fā)生塑性變形產(chǎn)生漏汽通道、動(dòng)靜之間不均勻差脹等。低壓缸漏汽主要為以下3種情況：(1)中、低壓缸聯(lián)通管進(jìn)入低壓缸依次穿過(guò)外缸和2號(hào)內(nèi)缸，穿孔處全部用法蘭連接，可能因法蘭結(jié)合面不嚴(yán)密而產(chǎn)生漏汽；(2)進(jìn)入低壓1號(hào)內(nèi)缸的蒸汽通過(guò)1號(hào)內(nèi)缸肋板中分面、靜葉環(huán)中分面及隔板套的外緣定位面，漏入5、6段抽汽口；(3)5、6段抽汽室中的蒸汽通過(guò)低壓1號(hào)內(nèi)缸的端壁中分面，漏入7段抽汽室。

2013年，在2號(hào)機(jī)組檢修中，發(fā)現(xiàn)低壓內(nèi)缸水平中分面處有明顯的汽流沖刷痕跡，如圖1所示。

圖1 1號(hào)低壓內(nèi)缸中分面汽流沖刷痕跡

結(jié)合1號(hào)內(nèi)缸空缸嚴(yán)密性測(cè)量數(shù)據(jù)，分析認(rèn)為造成低壓缸5、6段抽汽超溫的主要原因是：由于1號(hào)內(nèi)缸水平中分面變形產(chǎn)生內(nèi)張口，導(dǎo)致低壓缸進(jìn)汽直接漏入5、6段抽汽口。引起低壓缸水平中分面變形、張口的主要原因有以下3個(gè)方面:

(1) 低壓缸是一個(gè)較大的焊接部件，焊點(diǎn)較多且復(fù)雜，在熱處理過(guò)程中易產(chǎn)生焊接應(yīng)力，導(dǎo)致中分面張口變形，引起漏汽；

(2) 在機(jī)組運(yùn)行中，凝汽器抽真空使低壓缸承受較大合力，導(dǎo)致低壓1號(hào)內(nèi)缸中分面變形漏汽；

(3) 低壓外缸中段通過(guò)螺栓與其前后兩側(cè)外缸連接，低壓外缸中段由于支撐肋板較少，剛性較差，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)凝汽器抽真空，由于內(nèi)外壓差較大，使汽缸承受較大外力，引起水平中分面發(fā)生變形而引起漏汽。

在以上原因中，焊接應(yīng)力處理不當(dāng)和低壓缸剛性較差是導(dǎo)致低壓缸中分面變形漏汽的主要原因，也是導(dǎo)致5、6段抽汽超溫的直接因素。因此，防止低壓缸的進(jìn)汽泄漏到5、6段抽汽口，是解決運(yùn)行機(jī)組抽汽溫度偏離設(shè)計(jì)值的有效途徑。

3 改造方案

對(duì)于已經(jīng)投運(yùn)的機(jī)組，改善低壓缸抽汽溫度偏高有如下方式：

(1) 打磨中分面；

(2) 在水平中分面開槽加裝密封鍵；

(3) 在持環(huán)和汽缸之間添加汽封等設(shè)施。

但要從根本上解決此問(wèn)題，還需要對(duì)低壓內(nèi)缸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造。因此，該電廠計(jì)劃在2015年3月和10月，分別對(duì)1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造，在提高機(jī)組運(yùn)行效率的同時(shí)，有效解決低壓缸抽汽超溫問(wèn)題，低壓缸部分具體改造方案如下。

(1) 保持現(xiàn)有低壓外缸殼體和汽輪機(jī)基礎(chǔ)、內(nèi)缸原支撐方式、汽輪機(jī)各軸承座及轉(zhuǎn)子跨度、高壓閥組、中壓進(jìn)汽閥門等不變。

(2) 低壓內(nèi)缸采用新型結(jié)構(gòu)，采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并由原來(lái)的2個(gè)持環(huán)合并成1個(gè)持環(huán)，如圖2所示。

(3) 全部采用T型葉根，減小漏汽損失，如圖3所示。

(4) 每一級(jí)葉片采用變反動(dòng)度的設(shè)計(jì)原則，提高整個(gè)缸的通流效率。

(5) 整體圍帶、葉片采用全切削加工，提高葉片強(qiáng)度和抗高溫蠕變性能。

(6) 對(duì)前4級(jí)動(dòng)、靜葉進(jìn)行優(yōu)化，采用AIBT技術(shù)設(shè)計(jì)全新彎扭葉片。

(7) 低壓內(nèi)缸采用新型結(jié)構(gòu)，更換內(nèi)缸解決5、6號(hào)抽汽超溫問(wèn)題。

(8) 新型低壓缸采用漸縮的進(jìn)汽流道一種特殊的抽汽腔室，可對(duì)變截面的抽汽口進(jìn)行優(yōu)化。

(9) 通流部分隔板和圍帶汽封采用鑲片式汽封，齒數(shù)更多，密封性能更好。

圖2 改造后低壓缸裝配

圖3 T型葉根動(dòng)、靜葉片

4 運(yùn)行控制措施

對(duì)低壓缸通流部分進(jìn)行改造，能夠有效解決抽汽超溫問(wèn)題。在機(jī)組正常運(yùn)行和啟停時(shí)，也應(yīng)該采取一系列控制措施，盡量減少低壓內(nèi)缸中分面變形導(dǎo)致的漏汽量擴(kuò)大，避免因超溫帶來(lái)的設(shè)備不安全事故發(fā)生。

4.1 機(jī)組正常運(yùn)行中的控制措施

(1) 嚴(yán)密監(jiān)視各抽汽管道壁溫，發(fā)現(xiàn)溫度超過(guò)最高允許值時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取降負(fù)荷措施。

(2) 控制好加熱器水位，控制其端差在設(shè)計(jì)值以內(nèi)，防止水位過(guò)低造成抽汽流量偏大。

(3) 高加解列時(shí)，適當(dāng)降低負(fù)荷運(yùn)行，防止凝結(jié)水流量過(guò)大造成低加過(guò)負(fù)荷。

4.2 機(jī)組啟停過(guò)程中的控制措施

(1) 嚴(yán)密監(jiān)視上、下缸溫差，確保各疏水管道暢通，防止內(nèi)缸中分面漏汽擴(kuò)大。

(2) 控制好汽溫變化率及缸溫變化率，防止內(nèi)缸中分面發(fā)生變形，造成漏汽量擴(kuò)大。

(3) 合理使用快冷裝置，嚴(yán)格控制缸溫變化率，防止內(nèi)缸中分面及隔板套結(jié)合面漏汽擴(kuò)大。

(4) 機(jī)組停運(yùn)后，做好汽水系統(tǒng)隔離措施，嚴(yán)防冷水、冷氣(汽)進(jìn)入汽輪機(jī)。

(5) 極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，選擇好沖轉(zhuǎn)參數(shù)，嚴(yán)防負(fù)溫差啟動(dòng)造成熱沖擊。

5 預(yù)期效果

改造前，低壓缸5段抽汽超溫約40 ℃，6段抽汽超溫高達(dá)60 ℃。對(duì)低壓缸通流部分實(shí)施改造后，在閥門全開工況下，低壓缸效率預(yù)計(jì)可達(dá)90 %，不僅提高了低壓缸效率，還能有效解決5、6段抽汽超溫問(wèn)題，減少運(yùn)行調(diào)整環(huán)節(jié)，改善加熱器工作環(huán)境，徹底消除設(shè)備的不安全狀態(tài)，使機(jī)組能夠更加安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 沈士一，康 松，龐立云，等．汽輪機(jī)原理[M]．北京：中國(guó)電力出版社，1992．

2 楊凱利，張延峰，邢百俊，等．亞臨界600 MW汽輪機(jī)組五、六段抽汽超溫處理[J]．熱力發(fā)電，2009(11).

3 蔣浦寧，閆 森．600 MW亞臨界汽輪機(jī)通流改造技術(shù)方案[J]．上海電力，2014(2)．

2014-10-30。

劉勇海(1979-)，男，助理工程師，主要從事汽輪機(jī)本體及調(diào)速系統(tǒng)檢修工作及研究，email：2008049@qq.com

趙志勇(1982-)，男，工程師，主要從事汽輪機(jī)本體及調(diào)速系統(tǒng)檢修工作及研究。