廖攀魏麗蓉

（1.廣西桂能科技發(fā)展有限公司 廣西南寧 530007 2.廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530007）

300MW純凝機(jī)組供熱改造后低壓缸差脹大原因分析和處理

廖攀1魏麗蓉2

（1.廣西桂能科技發(fā)展有限公司 廣西南寧 530007 2.廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530007）

某電廠(chǎng)300MW純凝機(jī)組供熱改造后在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)供汽采用中壓缸排汽。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)此工況下低壓缸差脹增大明顯，最高達(dá)8.7mm，接近機(jī)組跳機(jī)值，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。本文從實(shí)際數(shù)據(jù)出發(fā)通過(guò)理論分析研究造成差脹增大的原因，提出相應(yīng)解決方案，并比較各方案的優(yōu)劣，供改造機(jī)組選取，為以后電源項(xiàng)目供熱改造提供相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。

供熱改造；低壓缸差脹；低負(fù)荷運(yùn)行；純凝機(jī)組

1 簡(jiǎn)介

由現(xiàn)役電廠(chǎng)供熱改造不僅能對(duì)工礦企業(yè)集中供熱、關(guān)停分散小熱電，同時(shí)也能充分利用電源企業(yè)的潛力，降低熱耗率提高企業(yè)利潤(rùn)。但對(duì)于電源企業(yè)，供熱改造后可能引起一系列參數(shù)變化，造成機(jī)組某些運(yùn)行情況的改變。某電廠(chǎng)兩臺(tái)東汽N300-16.7/538/538-9純凝機(jī)組在2013年供熱改造后，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)均存在低壓缸差脹增大的情況。其機(jī)組基本情況如下：

機(jī)組的通流部分：高壓1個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)，8個(gè)壓力級(jí)；中壓7個(gè)壓力級(jí)；低壓2×5個(gè)壓力級(jí)。

機(jī)組的汽缸結(jié)構(gòu)情況：高中壓缸為合缸結(jié)構(gòu)，高壓通流和中壓通流采用反向合缸布置。新蒸汽通過(guò)高壓9級(jí)做功后去鍋爐再熱器。再熱蒸汽通過(guò)中壓7級(jí)做功后的蒸汽經(jīng)一根連通管進(jìn)入雙分流5級(jí)的低壓缸，做功后的乏汽排入凝汽器。低壓缸為分流式三層缸焊接結(jié)構(gòu)。

機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)：機(jī)組有兩個(gè)絕對(duì)死點(diǎn)，分設(shè)在2#軸承中心線(xiàn)及低壓進(jìn)汽中心附近；轉(zhuǎn)子相對(duì)死點(diǎn)設(shè)在中低壓軸承箱內(nèi)推力軸承處。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)高中壓缸以中低壓軸承箱為死點(diǎn)向機(jī)頭方向膨脹；低壓缸以死點(diǎn)為基準(zhǔn)沿軸線(xiàn)分別向機(jī)頭和機(jī)尾兩個(gè)方向膨脹，轉(zhuǎn)子以相對(duì)死點(diǎn)向前后膨脹。

2 設(shè)計(jì)試驗(yàn)項(xiàng)目

以其中一臺(tái)機(jī)組為模型進(jìn)行如下試驗(yàn)，分析低壓缸差脹偏大的原因：

（1）原始差脹：調(diào)整并保持機(jī)組負(fù)荷不變，機(jī)組主汽壓力和溫度、再熱蒸汽壓力和溫度、排汽壓力為設(shè)計(jì)值，中低壓聯(lián)通管供汽蝶閥全開(kāi)。

（2）在低負(fù)荷時(shí)采用中低壓聯(lián)通管供熱：保持機(jī)組負(fù)荷不變，機(jī)組主汽壓力和溫度、再熱蒸汽壓力和溫度、排汽壓力為設(shè)計(jì)值，調(diào)整供汽壓力0.8MPa左右，供汽流量50t/h左右，這時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)分析造成低壓缸差脹增大的可能原因。

（3）提高低壓缸排汽溫度：保持機(jī)組負(fù)荷W不變，機(jī)組主汽壓力和溫度、再熱蒸汽壓力和溫度為設(shè)計(jì)值，中低壓聯(lián)通管供汽蝶閥部分關(guān)閉調(diào)整供汽壓力0.8MPa左右，供汽流量50t/h左右，調(diào)整凝汽器真空使低壓缸排汽溫度升高。

（4）降低再熱蒸汽溫度：保持機(jī)組負(fù)荷不變，機(jī)組主汽壓力和溫度、再熱蒸汽壓力、排汽壓力為設(shè)計(jì)值，中低壓聯(lián)通管供汽蝶閥部分關(guān)閉調(diào)整供汽壓力0.8MPa左右，供汽流量50t/h左右，降低再熱蒸汽溫度。

（5）調(diào)整供汽壓力：保持機(jī)組負(fù)荷不變，機(jī)組主汽壓力和溫度、再熱蒸汽壓力和溫度，維持供汽流量50t/h左右，調(diào)整中低壓聯(lián)通管供汽蝶閥開(kāi)度進(jìn)而調(diào)整供汽壓力至熱用戶(hù)對(duì)供熱參數(shù)最低要求。

3 差脹原因分析及解決方案

（1）試驗(yàn)機(jī)組在同負(fù)荷未投抽汽和投中壓缸排汽抽汽供熱的數(shù)據(jù)對(duì)比如表1。

表1

由表1可以看出在機(jī)組參數(shù)保持基本不變時(shí)，通過(guò)將中壓缸排汽壓力提高至0.8MPa，對(duì)外供汽51t/h。中壓缸排汽壓力的提升直接導(dǎo)致中壓缸絕熱焓降和有效焓降的減少，造成中壓缸排汽溫度由318℃上升至360℃。中排溫度的上升導(dǎo)致低壓缸進(jìn)汽溫度的增加，使低壓轉(zhuǎn)子被加熱進(jìn)而熱膨脹導(dǎo)致低壓缸差脹增加。

當(dāng)?shù)蛪焊走M(jìn)汽溫度上升時(shí)，低壓缸進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)段對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子部分將被直接加熱；進(jìn)入低壓缸的動(dòng)靜葉片后蒸汽由于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能對(duì)外做功，蒸汽溫度下降對(duì)轉(zhuǎn)子加熱作用減少。低壓缸進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)段對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度約為400mm；單側(cè)第一級(jí)動(dòng)葉至末級(jí)動(dòng)葉對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度約1400mm；低壓轉(zhuǎn)子材料在此溫度下的線(xiàn)膨脹系數(shù)約為11.3×10-6/℃；由于中壓缸進(jìn)汽溫度提升42℃，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子溫升為40℃，在第一級(jí)動(dòng)葉至末級(jí)動(dòng)葉對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的平均溫升為15℃，因此根據(jù)文獻(xiàn)[2]可以估計(jì)算得轉(zhuǎn)子膨脹量為：

低壓缸內(nèi)缸的膨脹量主要取決于低壓缸排汽溫度，因此低壓缸膨脹量基本不變。

當(dāng)?shù)蛪恨D(zhuǎn)子受熱膨脹時(shí)其將以中低壓軸承箱內(nèi)推力軸承處的相對(duì)死點(diǎn)向低壓缸側(cè)膨脹，而低壓缸以低壓進(jìn)汽中心附近基準(zhǔn)沿軸線(xiàn)分別向機(jī)頭和機(jī)尾兩個(gè)方向膨脹。由計(jì)算可以看出低壓缸進(jìn)汽的溫度增加42℃對(duì)低壓缸差脹量影響約為0.66mm，而顯示實(shí)測(cè)低壓缸差脹增加了0.7mm，計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本相同。同時(shí)由文獻(xiàn)[3]可查在50%THA工況時(shí)低壓缸進(jìn)汽壓力為0.38MPa，低壓缸進(jìn)汽流量338.9t/h，低壓缸的進(jìn)汽壓力小于實(shí)際運(yùn)行供熱抽汽工況時(shí)的低壓缸進(jìn)汽壓力（0.49MPa），可排除低壓缸末級(jí)葉片鼓風(fēng)造成差脹增加的可能。低壓缸差脹的增加主要原因是低壓缸進(jìn)汽溫度的提高造成的。

（2）針對(duì)低壓缸差脹增加的主要原因可采取以下方法緩解：

①降低真空提高低壓缸排汽溫度，使低壓缸的缸脹增加從而減少低壓缸差脹。

②降低再熱蒸汽溫度，進(jìn)而降低低壓轉(zhuǎn)子膨脹增加量。

③降低中低壓連通管的供汽壓力至熱用戶(hù)要求的下限0.7MPa，增加中壓缸絕熱焓降和有效焓降從而達(dá)到緩解低壓缸差脹偏大的目的。

④在低負(fù)荷進(jìn)行供熱時(shí)，汽源由中低壓聯(lián)通管供汽改為高排汽供汽。

（3）降低低壓缸排汽溫度方法試驗(yàn)記錄如表2。

由數(shù)據(jù)可知通過(guò)增加低壓缸排汽溫度的方法能有效的緩解低壓缸差脹大的影響，當(dāng)排汽溫度增加4.9℃時(shí)，差脹下降0.23mm。由于低壓內(nèi)缸壁厚相對(duì)較薄、與蒸汽接觸換熱面積大，當(dāng)改變低壓缸排汽溫度時(shí)低壓缸受熱膨脹反應(yīng)迅速，差脹偏大的現(xiàn)象緩解迅速。但通過(guò)這種方法緩解低壓缸差脹也會(huì)造成以下影響：

①隨著時(shí)間的推移，在低壓缸末級(jí)葉片出口后的轉(zhuǎn)子也會(huì)由于排汽溫度的上升而被加熱膨脹，這時(shí)差脹減小的效果會(huì)被減弱。

表2

②低壓缸排汽溫度升高會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組熱耗率增加。

③機(jī)組振動(dòng)增加。

（4）降低3號(hào)機(jī)組的再熱蒸汽溫度方法試驗(yàn)記錄如表3。

表3

通過(guò)降低再熱蒸汽溫度能直接降低中壓缸排汽溫度從而緩解低壓缸差脹。低壓轉(zhuǎn)子相對(duì)較大換熱較慢，因此在降低再熱蒸汽溫度時(shí)對(duì)低壓缸差脹的影響不如提高排汽溫度反應(yīng)快，但是這種方法基本不會(huì)對(duì)低壓轉(zhuǎn)子的振動(dòng)產(chǎn)生影響。但同樣導(dǎo)致機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的熱耗率增加。

（5）降低中低壓連通管的供汽壓力至熱用戶(hù)要求的下限0.7MPa，通過(guò)降低中排壓力，增加中壓缸絕熱焓降和有效焓降從而達(dá)到緩解低壓缸差脹增加的目的。但是由于熱用戶(hù)對(duì)供汽壓力的要求調(diào)整程度有限。

（6）可在低負(fù)荷進(jìn)行供熱時(shí)由中低壓聯(lián)通管供汽改為高壓缸排汽供汽。在低負(fù)荷時(shí)將汽源改為高排供汽，通過(guò)減壓后滿(mǎn)足熱用戶(hù)0.8MPa的壓力要求。但供汽其經(jīng)濟(jì)性比較暫時(shí)沒(méi)有結(jié)論。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上計(jì)算和分析可以看出此發(fā)電機(jī)組低壓缸差脹的增加主要原因是由低壓缸進(jìn)汽溫度提高造成的。

根據(jù)現(xiàn)在的設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)條件可行的緩解方法有：

（1）提高凝汽器壓力。

（2）降低再熱蒸汽。

（3）將供汽壓力降低至熱用戶(hù)要求的下限值。

（4）在低負(fù)荷進(jìn)行供熱時(shí)汽源改為高壓缸排汽供汽。

上述方法中第1條和第2條對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有一定影響，第3條方法調(diào)整范圍有限，第4條需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究以確定在不同負(fù)荷、不同供汽流量下的兩種供汽方式的經(jīng)濟(jì)性。

[1]《東汽N300-16.7/538/538型汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》.

[2]徐鴻，張保衡.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向膨脹計(jì)算方法的探究[J].中國(guó)機(jī)電工程學(xué)報(bào)，1989，4.

[3]《東汽N300-16.7/538/538-9型汽輪機(jī)熱力特性書(shū)》.

TK267

A

1004-7344（2016）14-0082-02

2016-5-3

廖攀（1985-），男，工程師，本科，從事電力工程工作。

魏麗蓉（1977-），女，高級(jí)工程師，本科，從事教師工作。