驅動引風機的汽輪機真空低問題分析與改進

王 濤

(華北電力科學研究院(西安)有限公司, 西安 710065)

驅動引風機的汽輪機真空低問題分析與改進

王 濤

(華北電力科學研究院(西安)有限公司, 西安 710065)

針對某350 MW超臨界汽輪發電機組驅動引風機的汽輪機運行真空低原因進行詳細研究，從循環水流量及溫度、真空系統漏空氣、驅動引風機的汽輪機運行參數調整等幾方面提出具體的改進措施。結果表明：采取相應的改進措施后，驅動引風機的汽輪機運行真空值可以達到廠家設計值，為機組的安全、經濟、高效運行提供了重要保障。

汽輪機； 驅動引風機； 真空； 改進措施

汽輪機驅動的引風機具有運行安全、結構緊湊、自動化程度高、節能效果顯著等特點，是一種比較優化的能源利用方式[1]，可以徹底解決引風機啟動時電流過大對廠用電的沖擊，提高電廠的運行指標；同時也能通過汽輪機的變速調節，有效提高引風機在低轉速運行下的效率，使引風機在不同轉速下均能保持高效率[2]。

汽輪機真空是影響引風機運行經濟性的主要因素；同時也影響汽輪機運行的安全性。汽輪機真空降低，排汽溫度隨排汽壓力的升高而上升，排汽缸排汽溫度升高有可能引起汽輪機振動增大，在后軸承座與排汽缸為一體結構的汽輪機中，后軸承座溫度也會隨之升高[3]。同時系統真空嚴密性差，真空泵不能及時抽走凝汽器中漏入的空氣，引風機汽輪機真空降低，效率降低，供電煤耗增加，即使漏入的空氣能及時被真空泵抽走，也增加了真空泵的電耗，浪費了廠用電及工業用水。據相關資料統計顯示[4]，機組真空每下降1 kPa，機組的熱耗將增加70 kJ/kW，熱效率降低1.1%。因此正確分析汽輪機真空嚴密性差的原因并加以解決，對電廠安全經濟運行有很重要的意義。

1 系統概述

某350 MW超臨界汽輪發電機組驅動引風機采用小型汽輪機驅動，引風機汽輪機為NK50/56型汽輪機，單缸、單流程、排汽至引風機汽輪機自帶凝汽器。

引風機汽輪機技術規范見表1。

表1 驅動引風機的汽輪機技術規范

該引風機汽輪機裝設有兩路供汽汽源，其中一路為正常工作汽源，來源于主機汽輪機四段抽汽；另一路為機組冷態啟動時汽源，來源于輔汽聯箱供汽，該汽源設計壓力為0.4～0.9 MPa，設計溫度為280～340 ℃。軸封用汽取自引風機汽輪機供汽管道，通過減壓閥調整軸封供氣壓力，軸封回汽排至軸封加熱器。每臺引風機汽輪機配置2臺凝結水泵，系統運行時一運一備。引風機汽輪機排汽經冷凝后的凝結水通過凝結水泵升壓后加以回收利用。真空系統配置有2臺水環式真空泵，正常運行時一運一備。引風機汽輪機凝汽器循環水取自主機循環水供水管道，回水至主機循環水回水管道，通過間接空冷塔冷卻。引風機汽輪機本體相關的疏水排入其獨立的疏水擴容器中。汽輪機調節油及潤滑油均由成套方的供油裝置提供。

2 真空低異常現象

機組在調試期間進行引風機汽輪機單體試運時，運行真空值較設計值存在很大差距，不能達到設備正常出力要求。更嚴重的是在2臺真空泵同時啟動的情況下，引風機汽輪機真空值還是不能達到正常運行要求，在引風機汽輪機沖轉過程中，排汽溫度最高到達120 ℃而跳機，參數見表2。

表2 驅動引風機的汽輪機試運參數

該引風機汽輪機設計背壓為5 kPa，而由表2可見：單體試運過程中運行背壓持續維持在18.86～22.36 kPa，達到設計值的4倍；當引風機汽輪機轉速由盤車轉速升高至4 500 r/min時，其排汽溫度從85.77 ℃持續增加至118.32 ℃，最終達到120 ℃而跳機。通過分析可知引風機汽輪機無法正常運行的最重要原因是機組真空低。

3 引風機汽輪機運行真空低原因分析

3.1 循環冷卻水系統異常

引風機汽輪機排汽需通過循環冷卻水進行換熱，凝結成凝結水，同時利用蒸汽的冷凝和真空泵的抽吸維持引風機汽輪機的運行真空。若循環水系統發生異常，將嚴重影響引風機汽輪機的運行及其額定出力。循環水流量和循環水進、出水溫度的變化是引起系統出現異常的主要因素。若循環水流量出現突然中斷或減小的情況，將導致運行中的引風機汽輪機出現凝汽器真空變為零，同時汽輪機排汽溫度急劇升高，凝汽器循環水進水口失壓的情況[5]。通過就地巡檢及DCS畫面監視未發現循環水泵有異常現象發生，但也不能排除循環水系統問題造成真空低的原因，還需進一步分析以排除是以此問題引起的真空低。

3.2 凝汽器水位過高

引風機汽輪機凝汽器液位過高也會造成凝汽器真空低問題，一般情況下，凝汽器水位是在定水位下運行，從而保證凝結水泵吸入口的吸入高度有一個穩定值，防止泵汽蝕。若水位過高，則會淹沒銅管，減少有效冷卻面積，降低真空。通過排查發現引風機汽輪機凝汽器液位為400 mm，凝汽器熱井液位上限為800 mm。同時引風機汽輪機凝結水泵的聯鎖啟動邏輯為：液位高于600 mm或低于100 mm聯鎖停止，凝結水泵也能正常啟動及停止，無電器MCC故障信號。因此可排除因凝汽器水位過高而引起的真空緩慢下降。

3.3 軸封送汽調整不當

引風機汽輪機軸封采用密封式汽封系統，確保外界空氣不能漏入到凝汽器中，防止真空降低。若軸封供汽壓力過高，會使蒸汽外漏污染環境；若軸封供汽壓力過低，導致空氣漏入凝汽器中影響真空。該引風機汽輪機軸封用汽取自引風機汽輪機供汽管道處，額定軸封供汽為0.101～0.108 MPa，而實際供汽壓力為0.105 MPa，符合設計要求；再者通過就地觀察，發現引風機汽輪機前后軸承處有輕微冒汽，并無往里吸汽的現象發生。由此可排除因軸封供汽不當而引起的真空降低。

3.4 抽汽系統工作不正常

抽汽系統工作不正常也是影響引風機汽輪機真空的重要原因之一。真空泵抽取真空能力下降的主要因素有：真空泵密封水溫度過高或在偏高溫度下較長時間運行；汽水分離器排水門誤開造成分離器液位偏低；密封水泵工作不正常造成出水壓力過低和密封水管路相關濾網堵塞；汽輪機第二級真空泵排汽分配關逆止門不通，或者不能關閉。通過就地巡檢后發現真空泵工作正常，無異常現象發生。為謹慎起見，切換真空泵，運行一段時間后發現汽輪機運行參數無明顯變化。由此可排除是真空泵工作不正常引起的真空降低。

3.5 真空系統不嚴密

凝汽器中空氣漏入量增大是造成汽輪機真空變差的常見原因，凡是與真空系統相連的各連接法蘭、閥門填料、焊縫不嚴密以及排汽安全閥閥門內漏等都會造成真空系統中漏入空氣。真空系統查漏方法不是很多，尤其在運行機組中更為復雜，增加工作量且效果不明顯。

凝汽器不可避免會有空氣漏入。由于空氣不凝結，且是熱的不良導體，使凝汽器的換熱效率大大降低，進而影響機組的經濟性。由于汽輪機真空系統較龐大，涉及的系統、閥門、管道較多，凝汽器中漏入空氣的概率很大，所以其漏點難以查找。另外從凝結水過冷度分析來看，其設計值為2 K，如果系統中空氣漏入量增大，空氣分壓升高會使蒸汽的分壓降低，汽輪機排汽仍在自己的分壓下凝結，凝結水溫度低于排汽壓力下對應的飽和溫度，因而過冷度會增加，出現過冷現象[6]。而實際過冷度明顯增大，為6.3 K，同樣表明空氣漏入量增大導致真空差的因素需進一步排查。

4 改進措施

通過上述原因排查后，排除了軸封送汽不當及凝汽器水位過高而引起真空下降的因素，真空排查重點集中在循環水、真空系統不嚴密的問題上。

冷卻水流量是影響引風機汽輪機真空的另一個重要因素。在一定負荷下，循環水進、回水溫差增大，凝汽器真空緩慢降低，很大程度為冷卻水流量不足而引起，夏季時尤為突出，機組的循環水溫度進出口溫差極大，初步判斷為循環水流量低造成冷卻效果差，導致真空低。故將2號循環水泵與1號循環水泵并泵運行，提高循環水流量，運行參數見表3。

表3 循環水系統前后各項參數對比

由表3可見：當1號循環水泵單泵運行時，凝汽器出水溫度較高導致系統真空較差，隨即啟動2號循環水泵，1號、2號循環水泵并泵運行提高循環水流量時，凝汽器出水溫度仍居高不下。分析可能由于循環水系統有熱源，無冷卻造成溫度過高。初期循環水質較差，未進空冷扇區冷卻，后經協商后將循環水上扇區，水溫出現下降趨勢，凝汽器出水溫度最終降為30.9 ℃。但引風機汽輪機真空無明顯變化，再次懷疑可能系統中存在有大量空氣引起汽阻，不能使循環水進入引風機汽輪機凝汽器，即使有少量循環水進入也被汽化。通過將系統空氣排凈后，再次觀察引風機汽輪機真空有下降趨勢，最終下降至-76 kPa。在此基礎上，停止2號循環水泵運行，保持1號循環水泵單獨運行，經過仔細觀察發現凝汽器出水溫度、系統真空均無明顯變化。由此表明：系統真空差是由循環水系統中存在有大量空氣產生汽阻引起的，與循環水量無明顯關系。通過原因分析同時采取相應措施，情況得到明顯改善，但還未達到設計真空-81 kPa，證明還有其他影響真空的因素存在。

通過前期凝汽器的灌水查漏試驗及用火焰法檢驗與真空系統相連的法蘭及閥門處是否存在漏點，鑒于安裝公司前期兩項工作都有檢驗，故將排查重點放在凝汽器喉部低洼處100 mm以上、真空破壞門及引風機汽輪機凝結水泵與主機凝汽器相連的地方。通過逐項排查，發現真空破換門處有往里吸氣的現象，處理完成后真空由原來的-76 kPa下降到-81 kPa，排汽溫度也由原來的96 ℃降低到52 ℃，該引風機汽輪機真空低問題得以解決。

5 結語

在驅動引風機的汽輪機實際運行過程中，影響機組真空的因素可能是單一的，也可能是由多種因素疊加所造成。因此，在機組運行過程中應根據機組的實際情況，采取適當、有效的方法來分析并采取相應的措施，使機組真空達到設計要求，進一步提高機組運行的經濟性和安全性。本次驅動引風機的汽輪機真空差主要是由于循環水系統中存在有大量空氣產生汽阻導致系統工

作不正常引起的，其次是由于真空系統還存在有少量的泄漏點引起的。同時在運行過程中采取如下規范措施，引風機汽輪機的真空將能達到運行要求：

(1) 真空破壞門密封水取自引風機汽輪機凝結水泵出口母管處，在抽真空時將密封水有效投入，防止從此處漏入空氣影響系統真空。

(2) 真空破壞門采用電磁閥控制，失電開，帶電關閉。若在運行中電磁閥燒毀或控制電源失電等原因都會造成真空破換門開啟，造成排汽壓力升高跳機。因此在運行中存在很多危險，建議將真空破壞門更改為電動截止門，能有效地避免上述問題的發生。

[1] 張曉玲. 1 000 MW超超臨界機組中小汽機驅動引風機的系統配置[J]. 廣東科技, 2010, 19(14): 125-126.

[2] 王寬. 大型發電廠引風驅動方式改造的技術經濟研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2013.

[3] 姜麗鳳. 汽輪機真空嚴密性降低的查找及處理[J]. 科協論壇, 2012(5): 51-52.

[4] 張爽. 淺析汽輪機真空嚴密性差的成因及解決方法[J]. 中國新技術新產品, 2013(4): 17.

[5] 包春, 蔡國樑. 提高凝汽器真空和機組熱效率的有效措施[J]. 電力設備, 2002, 3(1): 74-77.

[6] 王國清. 汽輪機設備運行技術問答[M]. 北京: 中國電力出版社, 2004.

Analysis and Improvement on Low Vacuum Problem of a Steam Turbine Driving an Induced Draft Fan

Wang Tao

(North China Electric Power Research Institute (Xi’an) Co., Ltd., Xi’an 710065, China)

To solve the problem of low vacuum operation of a steam turbine driving an induced draft fan for a 350 MW supercritical turbo-generator unit, an analysis was conducted, based on which improvement measures were put forward from the aspects of circulation water flow and temperature, air leakage of vacuum system and adjustment of steam turbine operating parameters, etc. Results show that after taking corresponding countermeasures, the operation vacuum of the steam turbine to drive an induced draft fan can satisfy the design requirements of the manufacturer, thus providing important guarantee for safe, economic and efficient operation of the unit.

steam turbine; turbine-driven induced draft fan; vacuum; improvement measures

2016-03-31；

2016-05-24

王 濤(1987—)，男，工程師，主要從事電廠汽輪機研究及基建調試工作。

E-mail: wang87_tao@126.com

TK223.26

A

1671-086X(2017)01-0067-04