某電廠330 MW機組低壓軸封溫度波動大的原因分析及對策

摘要：低壓軸封溫度波動過大將給機組安全運行造成威脅。現(xiàn)對某電廠330 MW機組在啟停過程中出現(xiàn)的低壓軸封溫度波動大的問題展開了分析，發(fā)現(xiàn)該問題主要由噴嘴調(diào)門開度小和減溫水流量不足引起，據(jù)此提出了增設(shè)旁路管道的方法，通過增加減溫水流量和增加調(diào)門開度保證了機組工作的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：330 MW機組;低壓軸封;溫度波動大

0 引言

在汽輪機發(fā)電過程中，軸封系統(tǒng)作為汽輪機的關(guān)鍵組成部分，起到防止蒸汽從軸端外漏的作用，以免蒸汽進入軸承箱導(dǎo)致潤滑油品質(zhì)受到影響，同時避免汽缸真空度被破壞。而在機組實現(xiàn)工況切換的過程中，軸封系統(tǒng)需要根據(jù)蒸汽供應(yīng)要求實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，保證低壓軸封溫度處于規(guī)定范圍內(nèi)，以免影響機組正常運行。因此，針對低壓軸封溫度波動大的情況，要加強原因分析，以便采取有效措施保證機組的穩(wěn)定運行。

1 330 MW機組低壓軸封溫度波動大的問題

某電廠采用2臺330 MW汽輪發(fā)電機組進行發(fā)電，設(shè)備型號為CZK330，屬于亞臨界空冷凝氣式汽輪機，配備自密封軸封系統(tǒng)，負(fù)責(zé)在設(shè)備運行期間對高壓缸和中壓缸軸端泄漏蒸汽進行噴水冷卻，為低壓缸軸端汽封提供蒸汽。按照要求，無論機組處于何種運行工況，低壓汽封腔室內(nèi)溫度應(yīng)在121～177 ℃。但自機組投運以來，低壓汽封出現(xiàn)溫度波動大的問題，顯示溫度在100～200 ℃。該電廠330 MW機組#1、#2機低壓軸封溫度現(xiàn)場檢查結(jié)果如表1所示，在低負(fù)荷運行狀態(tài)下，機組減溫水調(diào)節(jié)閥開度達(dá)到30%，低壓軸封母管溫度過低。在全負(fù)荷運行狀態(tài)下，機組減溫水調(diào)節(jié)閥全開依然存在低壓軸封溫度超標(biāo)的問題。

2 機組低壓軸封溫度波動大的原因分析

2.1? ? 軸封運行方式分析

對低壓軸封溫度波動大的原因展開分析，需要掌握軸封系統(tǒng)運行方式。機組自密封軸封系統(tǒng)如圖1所示，在自密封系統(tǒng)中共包含3路汽源頭，減溫站由噴水調(diào)節(jié)閥和減溫器構(gòu)成，能使低壓軸封供汽溫度得到控制。在機組處于啟停狀態(tài)時，系統(tǒng)利用輔助蒸汽和主蒸汽供氣，低壓輔汽聯(lián)箱蒸汽定值為0.03 MPa，壓力超出0.055 MPa將自動開啟溢流閥;在機組處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，系統(tǒng)利用高壓和中壓主汽門和調(diào)門等漏氣和高壓軸封漏氣實現(xiàn)自密封，在低于30%額定負(fù)荷工況下，軸封利用低壓輔汽供給，超出30%額定負(fù)荷利用漏氣供給[1]。而低壓軸封溫度不能超出180 ℃，以免因產(chǎn)生過大熱應(yīng)力造成汽輪機轉(zhuǎn)子損壞，溫度低于120 ℃將造成蒸汽過熱度過小，使得低壓軸封在大幅度降溫后積水。結(jié)合軸封系統(tǒng)運行方式和現(xiàn)場工況可知，機組運行期間低壓軸封溫度波動大與噴水減溫狀態(tài)有關(guān)。在噴嘴噴水期間，僅能在一定流量范圍將減溫水充分霧化，無法對供汽溫度進行有效調(diào)節(jié)。受這一因素的影響，機組在低負(fù)荷和啟停運行過程中容易導(dǎo)致低壓軸封出現(xiàn)較大溫度波動，最終導(dǎo)致機組的安全運行受到威脅。

2.2 溫度影響因素分析

機組采用的霧化噴嘴具有流量隨壓差增加而增加的特性，在壓差ΔP從0.1 MPa提升至1 MPa的過程中，噴嘴流量G從40 kg/h提升至220 kg/h。在噴嘴流量達(dá)到180 kg/h可以取得良好的霧化效果。之后雖然壓差和流量有所增加，但霧化效果卻會削弱。將ΔP=0.8 MPa，G=180 kg/h當(dāng)成是正常工況點，對低壓軸封減溫水流量展開分析，可以得到表2所示的結(jié)果。由此可知，機組啟停階段需要的減溫水流量僅為正常狀態(tài)的1/6。此時噴嘴霧化效果較差，難以與高溫蒸汽有效混合，導(dǎo)致供氣溫度無法降低。為降低溫度，需要將調(diào)節(jié)閥開度增大，造成減溫水流量迅速增加，過量水造成供汽溫度迅速下降，最終導(dǎo)致低壓軸封溫度過高[2]。在機組全負(fù)荷運行狀態(tài)下，減溫水流量達(dá)到最大，但實際噴嘴霧化效果不佳。此外，減溫水調(diào)節(jié)閥通流不夠，也造成了100%開度依然無法達(dá)到低壓軸封溫度調(diào)節(jié)的要求。

考慮到低壓軸封溫度過高主要是由減溫水流量偏離噴嘴工作范圍引起的，還要對噴嘴進行適當(dāng)改造，同時使減溫水流量得到適當(dāng)增加，以便全面解決軸封溫度波動大的問題。為此，還要對減溫水流量與減溫后蒸汽流量關(guān)系展開分析。由于低壓軸封供汽流量主要由母管蒸汽流量和霧化減溫水流量組成，因此可以得到下式：

Gh1=（G-GW）h0+GWhW （1）

式中，G為減溫后低壓軸封蒸汽流量;h1為對應(yīng)焓值;GW和hw分別為減溫水流量和焓值;h0為減溫前蒸汽焓值。

對減溫水流量焓值進行求取，可以得到式（2）：

GW=·G（2）

結(jié)合自密封系統(tǒng)設(shè)置要求可知，h1和hw基本可以看成是不變的，使得GW的大小取決于G和h0，因此能夠得到減溫水流量與減溫后蒸汽流量關(guān)系圖，如圖2所示，其中h01指的是機組啟動狀態(tài)下輔助蒸汽焓值，h02則為自封閉工況下的漏氣焓值。

3 機組低壓軸封溫度波動大的問題解決對策

3.1? ? 改進措施

結(jié)合機組低壓軸封溫度波動大的原因，經(jīng)與噴嘴廠家聯(lián)系發(fā)現(xiàn)，減溫水調(diào)門開度在超出80%后出現(xiàn)霧化效果差的情況屬于固有問題，難以通過更換噴嘴解決。為解決部分減溫水經(jīng)噴嘴無法完全汽化的問題，還要在確保軸封溫度的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大減溫水調(diào)門開度。具體來講，就是設(shè)置旁路增大調(diào)門開度，增加減溫水流量，繼而使噴嘴流量和霧化效果處于可控范圍內(nèi)。實際在各種工況下，機組低壓軸封需要的供汽量相同，增加減溫后蒸汽流量，需要在減溫后的供汽管路上接引管路，促使管路通向凝汽器[3]。為加強開度調(diào)節(jié)，需要在管道上設(shè)置手動節(jié)流閥和電動截止閥。而手動節(jié)流閥處于常開狀態(tài)，在系統(tǒng)投運期間，直至溢流閥開啟，旁路電動閥將會開啟，促使原本流向低壓軸封的蒸汽流向凝汽器。為保證閥門可靠運行，需要電動閥與溢流閥實現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖，在溢流閥關(guān)閉時開啟電動閥，反之溢流閥開啟，電動閥將隨之關(guān)閉。采取該種措施可以在保證供汽量不變的情況下，使減溫水流量得到增加，促使噴嘴減溫水能夠取得良好的霧化效果。而在調(diào)節(jié)閥開度有所增加的情況下，能夠避免閥門反復(fù)開閉，導(dǎo)致噴水調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)開大、關(guān)小的情況，避免軸封溫度忽高忽低，繼而解決軸封溫度超標(biāo)問題。

3.2? ? 效果分析

按照上述措施對汽輪機低壓軸封系統(tǒng)進行改造，在機組低負(fù)荷運行階段，低壓缸軸封段不再出現(xiàn)冷凝積水情況。在機組負(fù)荷增加過程中，低壓軸封溫度能夠保持平穩(wěn)，在130～174 ℃，不再出現(xiàn)溫度大幅度波動的情況。而在機組高負(fù)荷運行階段，也并未發(fā)生超溫問題，因此能夠為機組的安全運行提供保障。結(jié)合表2的旁路減溫水流量比值可知，采取改造措施后使得系統(tǒng)減溫水流量提升近一倍，保證了噴嘴霧化效果。盡管旁路的運行導(dǎo)致部分輔助蒸汽浪費，但是旁路也只在機組啟停和低負(fù)荷運行工況下投入使用。在機組發(fā)電過程中，多數(shù)時間依然處于額定負(fù)荷狀態(tài)，因此能夠忽略旁路產(chǎn)生的蒸汽浪費。而由于調(diào)節(jié)閥開度有所增加，閥門的調(diào)節(jié)也趨于穩(wěn)定，能夠為軸封供汽溫度維持穩(wěn)定提供保障。

4 結(jié)語

綜上所述，在330 MW機組運行過程中，采用的自密封系統(tǒng)受噴嘴調(diào)門開度和減溫水流量等因素影響，導(dǎo)致低壓軸封供汽溫度容易出現(xiàn)超溫情況，給機組安全運行帶來威脅。根據(jù)低壓軸封溫度波動大的原因，采取了增設(shè)旁路的方式增加減溫水流量，使調(diào)門開度增大，能夠使各種工況下的低壓軸封溫度趨于穩(wěn)定，繼而使機組運行保持良好的調(diào)節(jié)性能。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳樹科，薛森賢.低壓缸軸封溫度低的原因及對策[J].能源研究與管理，2019（2）：86-88.

[2] 潘愛兵，韓清山.660 MW機組低壓軸封系統(tǒng)異常分析及對策[J].焦作大學(xué)學(xué)報，2019，33（2）：73-75.

[3] 谷生虎.660 MW機組低壓汽封溫度異常處理及改進[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（6）：49-50.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：杜鵬（1989—），男，山西應(yīng)縣人，助理工程師，從事火電廠集控運行工作。