F級燃氣-蒸汽聯合循環機組汽機軸封供汽可靠性探討

張平（江蘇華電昆山熱電有限公司，江蘇昆山215333）

F級燃氣-蒸汽聯合循環機組汽機軸封供汽可靠性探討

張平
（江蘇華電昆山熱電有限公司，江蘇昆山215333）

通過對燃氣-蒸汽聯合循環機組在不同運行方式下汽機軸封供汽可靠性的探討，優化軸封供汽系統，保障機組安全穩定運行。

聯合循環；運行方式；軸封；可靠性

0 引言

燃氣-蒸汽聯合循環機組由于其環保、啟停迅速、升降負荷快、調峰能力強等優點被電網用作調峰機組。某新建電廠結合當地供熱需求建設2套F級燃氣－蒸汽一拖一多軸布置聯合循環熱電聯產機組，機島設備采用引進美國G E技術生產的P G9371F B型燃氣輪機，汽輪機為雙缸、三壓再熱、可調整抽汽、抽凝式汽輪機；燃氣輪機發電機為Q F N-300-2型，銘牌發電機輸出（300MW/353M V A），汽輪機發電機為Q F KN-150-2型，銘牌發電機輸出150MW/176.5M V A），余熱鍋爐采用三壓、再熱、無補燃、臥式、自然循環余熱鍋爐；旁路系統采用高中壓串聯旁路，輔助蒸汽系統采用母管制，主要向機組軸封系統、凝汽器鼓泡除氧、及化學供汽，汽源來自機組低壓供熱抽汽母管，根據設計全廠未設置啟動鍋爐。下文結合機組今后的運行方式，著重在單機運行方式時對汽機啟停、故障等情況下軸封供汽系統的可靠性進行探討。

1 軸封供汽系統設計現狀

汽機軸封系統采用某汽輪機廠設計的自密封軸封系統，主要有:高壓供汽調節站、高壓軸封噴水減溫裝置、低壓軸封噴水減溫裝置、溢流調節閥、各種截止閥連同軸封冷卻器等設備組成。該系統維持軸封供汽母管的壓力在0.107-0.11MP a（a）之間，低壓軸封供汽溫度為121-150℃之間，在機組啟動和低負荷運行狀態下，軸封溢流調節閥處于關閉狀態，軸封供汽通過高壓供汽調節閥調整后經高壓軸封減溫裝置至均壓箱，滿足軸封參數要求向汽輪機高、中壓軸封供汽，同時再經低壓軸封減溫裝置減溫后向低壓軸封供汽，如圖1所示。當機組達到一定負荷（≈50%-60%），高壓軸封的漏汽量大于等于低壓軸封的需求量時，軸封系統采用自密封系統方式運行，軸封供汽調節閥關閉，軸封壓力由軸封溢流閥調節，多余的蒸汽通過溢流調節閥排至凝汽，如圖2所示。

高壓供汽調節站汽源來自于主蒸汽和輔助汽源，設計在熱態啟動時采用主蒸汽，冷態啟動時采用主蒸汽或輔助汽源，根據汽源的選擇打開或關閉兩路汽源的截止閥；軸封蒸汽溫度控制根據高、低壓軸封溫度要求分別設置了高壓軸封減溫裝置和低壓軸封減溫裝置，主要設備為減溫水調節閥和減溫器，高壓軸封溫度調節控制信號取自高壓缸內壁溫度與汽封腔室內蒸汽溫度之比較值，整定值非恒量，約±110℃。低壓軸封溫度調節控制信號取自供低壓缸后汽封腔室內蒸汽溫度值，整定值為150℃。同時為防止在系統運行時由于調節閥過開使軸封壓力超過系統的設計壓力，在均壓箱上裝有一只安全閥，用以維持系統壓力不超壓。安全閥采用直接壓力作用的釋放閥，整定值為0.28MP a，軸封供汽原設計圖如圖3所示。

圖1 汽輪機在啟動時的軸封系統

圖2 汽輪機在正常運行時的軸封系統

2 軸封供汽可靠性分析

圖3 軸封供汽原設計圖

輔助蒸汽采用母管制，由于未設置啟動鍋爐，汽源由兩套機組低壓供熱抽汽供給，當供熱母管投用狀態下，兩套機組輔助蒸汽互為備用，機組軸封蒸汽采用輔助汽源作為啟停用汽。在單套機組運行時，由于輔助蒸汽由本機低壓抽汽供熱供，輔汽母管就沒有備用汽源，機組停機或跳閘后，軸封用汽只能采用本機主蒸汽余汽自供，軸封供汽可靠性相對比較薄弱。

2.1 單套機組啟動低負荷階段

單套機組啟動時，由于輔助蒸汽沒有汽源，啟動用汽采用高壓主蒸汽供。燃機啟動點火后，高溫煙氣進入余熱鍋爐煙道，余熱鍋爐蒸發器受熱產生蒸汽，當主蒸汽參數達到1.0MP a、250℃時，可投用軸封用汽，燃機并網溫度匹配投用后，通過I G V和燃料量調整，使燃機排煙溫度與高壓汽缸內壁溫度相差100℃左右，汽機啟動沖轉參數穩定在3.0MP a、330℃左右，此時作為軸封汽源，通過軸封供汽調節閥，完全能夠滿足軸封用汽要求，汽機沖轉并網后，隨著汽機帶負荷，蒸汽參數按照汽缸金屬升溫、升壓速率不斷提高，到軸封系統自密封運行前（負荷50%以上），蒸汽參數達到6.0MP a、480℃左右，軸封用汽通過供汽調節閥和二級減溫裝置的調整能夠滿足高中低壓軸封用汽需求。隨著高壓漏氣量的增大，軸封供汽調節閥逐漸關閉，由溢流調節閥維持軸封壓力正常。

2.2 單套機組運行故障跳閘階段

機組正常運行時，軸封系統采用自密封方式運行，當機組故障跳閘，隨著主汽門的迅速關閉，軸封壓力下降很快，軸封系統從自密封方式切換至高壓主蒸汽供汽方式時，由于溢流管道與軸封供汽管道通流量不一致，同時在軸封切換過程中可能存在閥門調節滯后，軸封壓力不能平穩過渡、存在壓力波動現象，特別是由于主蒸汽壓力較高，基本負荷狀態下壓力高達11.0MP a左右，通過供汽調節閥瞬間調整到0.107～0.11MP a時，由于此時供汽調節閥本身通流量較小，調節性能變差，易造成系統壓力波動大，軸封系統安全閥動作，難以對該系統進行有效控制，造成軸封供汽過大或瞬間斷氣等情況發生，威脅機組設備安全。

圖4 軸封供汽優化設計圖

3 提高軸封供汽可靠性措施

3.1 利用再熱冷段蒸汽作為輔汽母管備用汽源

根據目前機組設計，蒸汽系統采用高中壓串聯旁路，中壓旁路調整維持再熱蒸汽壓力。再熱蒸汽冷段供汽正常運行中主要來自高壓缸排汽和中壓過熱器出口并汽和啟停過程中高旁來汽，蒸汽參數為3.6MP a、400℃左右，完全滿足輔汽參數要求，可作為輔汽母管備用汽源，當機組停機或跳閘時，供熱管道停止向輔汽母管供汽，再熱冷段可通過高旁或中壓汽包蓄熱量產生的蒸汽供給輔汽母管，確保輔汽母管參數在正常范圍，從而保障軸封供汽。

3.2 高壓主蒸汽供軸封采用串聯調節模式

由于高壓主蒸汽參數高，通過一級調整滿足軸封汽壓力調節開度小，容易造成壓力波動，建議采用兩級串聯調節，第一級將高壓主蒸汽調整到1.5MP a左右，與輔助蒸汽供汽壓力相近，第二級調整到符合軸封供汽壓力。再通過兩級減溫裝置使軸封汽溫度符合高中、低壓軸封溫度要求，提高軸封壓力調整的穩定性。優化后的軸封供汽系統如圖4所示。

4 結語

軸封供汽的可靠性關系到機組的安全穩定運行，目前，新建電廠往往由于投產成本的關系一般不設置啟動鍋爐，在沒有外在備用汽源的情況下，應結合自身設備特點和不同的運行方式，在設計階段進行軸封供汽的可靠性論證。以利用再熱冷段蒸汽作為輔汽母管備用汽源和高壓主蒸汽供軸封采用串聯調節模式兩種方法為例，對軸封供汽進行相應優化改造，可提高機組軸封供汽的可靠性，從而保障軸封供汽的穩定性。

[1]楊順虎.燃氣-蒸汽聯合循環發電設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]G E公司.S109F B燃氣-蒸汽聯合循環機組運行操作維護手冊[Z].G E公司.2013.

[3]哈爾濱汽輪機廠.L C112/N156-11.20/3.42/1.50型汽輪機啟動運行說明書[Z].哈爾濱汽輪機廠，2016.

Discussion on Steam Supply Reliability of the Steam Turbine Shaft Seal for F Gas Turbine Combined Cycle Unit

ZHANG Ping
（Jiangsu Huadian Kunshan Thermal Power Co.，Ltd，Kunshan 215333，China）

B a s e d on t h e d i s cu ss ion o f t h e relia b ility o f t h e s team tur b ine sh a f t s eal un d er d i ff erent o p eration mo d e s，t h e s team s u pp ly s y s tem i s o p timi z e d to en s ure t h e s a f e an d s ta b le o p eration o f t h e unit.

com b ine d cycle；o p eration mo d e；sh a f t s eal；relia b ility

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.008

TM611.31

B

2095-3429（2017）03-0030-03

2017-05-08

修回日期：2017-05-31

張平（1971-），男，江蘇常州人，大專，工程師，長期從事燃氣-蒸汽聯合循環機組運行技術管理工作。