350MW機(jī)組汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子軸向推力不平衡改進(jìn)方法

廣西華磊新材料有限公司發(fā)電廠 黃華希

推力瓦是汽輪機(jī)重要部件，其有著重要的作用；推力瓦主要是用來(lái)確定轉(zhuǎn)子在汽缸的軸向位置，并保持定子和轉(zhuǎn)子存在一定有效的間隙；在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中還能夠承載消化轉(zhuǎn)子的軸向推力[1-3]。文獻(xiàn)[4]分析了汽輪機(jī)推力瓦塊溫度過(guò)高原因，導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)停機(jī)的原因里面，推力瓦溫度過(guò)高的因素占據(jù)很大一部分，有關(guān)推力瓦的溫度升高的原因較多，不僅要分析找出相應(yīng)的問(wèn)題，而且在查找問(wèn)題原來(lái)癥結(jié)上找出原始的因素，如一些潛在的推力瓦塊鎢金的磨損、推力瓦承受的軸向力均是要考慮的輔助因素[5]。對(duì)推力瓦溫度升高問(wèn)題的解決不恰當(dāng)性會(huì)導(dǎo)致無(wú)法預(yù)料的其他連鎖反應(yīng)，必然會(huì)造成整個(gè)汽輪機(jī)的無(wú)法使用，對(duì)安全生產(chǎn)和效率生產(chǎn)起著負(fù)面的作用。

1 現(xiàn)狀概述

某電廠4臺(tái)350MW超臨界機(jī)組汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CLN350-24.2/566/566型，超臨界、一次中間再熱，單軸，雙缸雙排汽、反動(dòng)凝式汽輪機(jī)，分別于2009年6月及2012年12月投產(chǎn)。2012年6月開(kāi)始對(duì)4臺(tái)機(jī)組實(shí)施中壓供汽改造，即從每臺(tái)機(jī)組中壓缸進(jìn)汽前的高溫再熱蒸汽管道上，各引出一路蒸汽管道，經(jīng)過(guò)各自的減溫器之后匯合到母管供給用戶，蒸汽參數(shù)為：壓力3.6MPa、溫度450±20℃，單臺(tái)機(jī)組最大設(shè)計(jì)供汽量170t/h。由于高溫再熱蒸汽壓力不能滿足3.6MPa的供汽壓力要求，電廠通過(guò)修改DEH的自動(dòng)控制邏輯，由中壓調(diào)節(jié)門IV1/IV2參與調(diào)節(jié)的方式來(lái)提高再熱蒸汽系統(tǒng)的壓力。在機(jī)組320MW負(fù)荷的情況下，中壓調(diào)節(jié)閥最大只能開(kāi)至31%，180MW時(shí)中調(diào)門開(kāi)度只有17%左右。目前，存在的問(wèn)題如下。

一是機(jī)組進(jìn)行投產(chǎn)后第一次揭缸大修時(shí)，發(fā)現(xiàn)推力間隙0.55mm，比機(jī)組安裝記錄的0.32mm大了0.23mm，工作瓦表面烏金有灼燒的痕跡，檢修期間更換整副工作面瓦塊，推力間隙為0.35mm。

二是機(jī)組負(fù)荷245MW，汽輪機(jī)工作面推力瓦G2測(cè)點(diǎn)溫度從83.42℃快速升高，13:07達(dá)到報(bào)警值90℃以上，最高升至103℃，機(jī)組負(fù)荷受限，只能帶220MW。

三是在機(jī)組C級(jí)檢修推力瓦解體時(shí)發(fā)現(xiàn)工作面推力瓦烏金測(cè)點(diǎn)處凹陷。推力間隙0.44mm，比上次檢修增大0.09mm，推力瓦工作面瓦塊磨損情況如圖1所示。

圖1 推力瓦工作面瓦塊磨損情況

四是自從2012年機(jī)組純凝改為供汽后，運(yùn)行中推力瓦工作面瓦塊溫度就慢慢升高的趨勢(shì)。

2 機(jī)組運(yùn)行工況對(duì)推力瓦溫度的影響

2.1 機(jī)組供汽狀況，潤(rùn)滑油溫對(duì)推力瓦溫的影響

本文選取該電廠180MW、200MW、220MW、240MW、260MW、280MW、300MW不同負(fù)荷工況下潤(rùn)滑油溫對(duì)推力瓦溫影響分析，其具體數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 潤(rùn)滑油進(jìn)油溫度對(duì)推力瓦溫度的影響

根據(jù)表1對(duì)比機(jī)組供汽狀況時(shí)，潤(rùn)滑油進(jìn)油溫度在43.2～45.6℃、進(jìn)油壓力保持不變時(shí)，推力瓦工作面瓦塊溫度89.6～99.3℃變化，得出潤(rùn)滑油進(jìn)油溫度變化對(duì)推力瓦工作面瓦塊溫度影響不大。

2.2 純凝工況與供汽工況對(duì)推力瓦工作面瓦塊溫度的影響

本文選取該電廠180MW、200MW、220MW、240MW、260MW、280MW、300MW不同負(fù)荷純凝工況與供汽工況對(duì)推力瓦工作面瓦塊溫度的影響分析，其具體數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 純凝工況與供汽工況對(duì)推力瓦工作面瓦塊溫度

從表2可以得出：一是在相同負(fù)荷時(shí)，供汽工況要比純凝工況推力瓦工作面瓦塊溫度要高3～5℃。二是在相同負(fù)荷下，供汽工況的調(diào)節(jié)級(jí)壓力、高排壓力均比純凝工況下高，機(jī)組負(fù)荷越低相差越大。三是在相同負(fù)荷（低負(fù)荷180MW階段），供汽工況要比純凝工況高壓排汽壓力與中壓排汽壓力變化較大。四是在相同負(fù)荷（低負(fù)荷階段），供汽工況要比純凝工況軸向位移變化較大（0.06mm）。

2.3 純凝工況，機(jī)組單閥和順序閥運(yùn)行對(duì)推力瓦溫的影響

本文選取該電廠260MW、300MW兩種不同負(fù)荷工況分析機(jī)組單閥和順序閥運(yùn)行對(duì)推力瓦溫的影響，其對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 單閥和順閥運(yùn)行對(duì)推力瓦溫度對(duì)比

從表3對(duì)比在純凝工況，相同負(fù)荷下，單閥運(yùn)行方式要比順序閥時(shí)的推力瓦溫低3～7℃左右。

3 推力瓦工作面溫度高的原因分析

3.1 汽輪機(jī)運(yùn)行中的軸向推力比原設(shè)計(jì)推力大

汽輪機(jī)廠原設(shè)計(jì)汽輪機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)正向推力為10t左右，但根據(jù)同型號(hào)的華能瑞金電廠2號(hào)汽輪機(jī)軸向推力測(cè)量結(jié)果顯示，在純凝工況下該型汽輪機(jī)的正向推力為19t左右。說(shuō)明該型汽輪機(jī)本身的軸向?qū)嶋H比設(shè)計(jì)推力偏大了9t，隨著汽輪機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，通流部件存在結(jié)垢將影響汽輪機(jī)的軸向推力，推力瓦溫度將逐漸升高，這種現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)其他電廠同型號(hào)汽輪機(jī)上多次發(fā)生。

機(jī)組原設(shè)計(jì)是純凝機(jī)組，中壓調(diào)節(jié)閥IV1/IV2是全開(kāi)狀態(tài)，在更改為供汽機(jī)組后，為了保證供汽壓力3.6MPa，需要通過(guò)中壓調(diào)節(jié)閥IV1/IV2進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變了機(jī)組運(yùn)行參數(shù)狀況。在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，為了滿足供汽要求，中壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度較小，高壓缸排汽壓力升高，中壓缸進(jìn)汽壓力降低，汽輪機(jī)軸向位移量變化加大，由此說(shuō)明機(jī)組在低負(fù)荷供汽時(shí)對(duì)汽輪機(jī)的軸向推力影響較大。

3.2 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)原理分析

一是汽輪機(jī)的總推力大小主要與高中壓缸有關(guān)，低壓缸由于通流是對(duì)稱布置，對(duì)機(jī)組總推力影響不大。經(jīng)計(jì)算，機(jī)組在變工況運(yùn)行時(shí)，低壓缸的影響整體而言推力是正向，指向發(fā)電機(jī)，但推力很小，極限最大約為1.5t。

二是對(duì)于高中壓缸的推力平衡，主要由高、中和低壓平衡鼓，調(diào)節(jié)級(jí)，高壓第一、第二反動(dòng)級(jí)，中壓第一、第二反動(dòng)級(jí)的壓力決定，而對(duì)于兩側(cè)端汽封的推力可以相互平衡。下文是汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)最大進(jìn)汽工況下汽輪機(jī)推力情況。

三是由上表的軸向推力計(jì)算，正向推力主要是高壓缸的推力影響，如果能降低高壓缸的正向推力至一個(gè)合理的范圍，就能降低整個(gè)軸系的正向推力，從而降低推力瓦的受力。

四是因?yàn)闆](méi)有揭缸檢修的條件，所以也無(wú)法改變上表中的調(diào)節(jié)級(jí)推力、高壓第一段反動(dòng)級(jí)推力、高壓第二段反動(dòng)級(jí)推力和高壓平衡鼓推力。

五是要改變高壓缸軸向推力，應(yīng)從別的地方想辦法。通過(guò)分析高中壓缸推力平衡結(jié)構(gòu)：高壓排汽平衡環(huán)調(diào)端腔室通過(guò)4根缸外的平衡管（Φ108～6）連通至中壓缸排汽位置，具有平衡高中壓兩端推力的作用。

六是高中缸平衡管原設(shè)計(jì)是高壓排汽平衡環(huán)腔室與中壓缸排汽相連接，現(xiàn)通過(guò)降低高壓排汽平衡環(huán)腔室的壓力來(lái)減小汽輪機(jī)的正向推力。

4 改進(jìn)方案

本文改進(jìn)方案采取將高壓排汽平衡環(huán)調(diào)端腔室連通至低壓缸五段抽汽管道，減小汽輪機(jī)的軸向推力，改進(jìn)前后系統(tǒng)如圖2所示。在閥門前分別引出一根管道（Φ108～6）匯總到母管上（Φ273～6）再連接至低壓五段抽汽，母管上設(shè)置電動(dòng)閥，運(yùn)行中通過(guò)調(diào)整高排平衡管手動(dòng)隔離門的開(kāi)度來(lái)調(diào)整汽輪機(jī)軸向推力，從而降低工作面推力瓦溫度。

圖2 對(duì)高中壓平衡管改進(jìn)系統(tǒng)圖

該電廠對(duì)1號(hào)汽輪機(jī)高中壓平衡管進(jìn)行了改進(jìn)后，取得了較好的效果。通過(guò)調(diào)整平衡管蒸汽的流量從而改變高排平衡環(huán)調(diào)端腔室壓力，使得汽輪機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)推力瓦溫下降明顯（降幅達(dá)20℃，溫度從原95℃以上降至最高只有75℃左右），且能滿足機(jī)組中壓對(duì)外工業(yè)供汽、啟停及快速變負(fù)荷的需求。通過(guò)2018和2019年的夏季長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行考驗(yàn)，汽輪機(jī)均能平穩(wěn)運(yùn)行，2019年檢修期間，解體推力瓦復(fù)查推力間隙與原檢修數(shù)據(jù)無(wú)變化。

5 結(jié)語(yǔ)

在出現(xiàn)汽輪機(jī)推力瓦溫度過(guò)高的情況時(shí)，其他電廠往往被迫機(jī)組停運(yùn)轉(zhuǎn)入大修或者長(zhǎng)時(shí)間帶低負(fù)荷運(yùn)行，這樣不僅要損失大量的電量，還需在短時(shí)間內(nèi)投入大量的人力、物力和資金。東方電廠通過(guò)分析研究，摸索出一種新的補(bǔ)救辦法，在僅需很小的資金投入的情況下，就臨時(shí)性地解決了一個(gè)影響機(jī)組安全運(yùn)行的重大難題，為電廠創(chuàng)造可觀經(jīng)濟(jì)效益、安全效益的同時(shí)，也給其他兄弟電廠處理類似問(wèn)題提供了參考思路。