合理利用輔汽供軸封，有效控制汽輪機脹差

石雙武

摘 要：我公司在一期2臺220MW汽輪機組同時備用狀態下，冷態啟動一臺機組時，高壓脹差不易控制，甚至達到上限，不得不延長暖機時間，浪費了大量燃料。經過綜合分析其產生的根本原因，是當二期2臺300MW機組輔助蒸汽供一期220MW機組軸封用汽時，由于對兩個機組抽汽壓力、溫度差別考慮不足，造成二期輔汽供軸封溫度過高。通過合理利用300MW機組輔助蒸汽，在一期單臺機組冷態啟動，使用二期輔汽供軸封時，有效地控制了汽輪機脹差，不僅縮短了機組啟動時間，同時降低了啟動過程中不必要的損耗，2015年該項技術在我公司全面推廣。

關鍵詞：汽輪機組；利用鄰機輔汽；軸封供汽；控制脹差

中圖分類號：TK2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0150-02

1 前言

我公司220MW汽輪機為東方汽輪機廠生產的N200—12.7/535/535型超高壓中間再熱冷凝式汽輪機組增容改造而成，現型號為N220—12.7/535/535型超高壓中間再熱三缸三排汽凝汽式汽輪機。我公司軸封系統：高低壓軸封分別供汽，機組啟動前有輔助蒸汽供，在機組負荷100MW以上，除氧器壓力、溫度正常后，有汽平衡門供汽。機組冷態啟動時，使用一期備用輔汽供汽時，汽輪機高壓脹差容易控制，機組能夠順利啟動。但當一期2臺220MW機組都備用情況下，機組進行冷態啟動時，使用二期輔汽供軸封時，就出現汽輪機高壓脹差正值上升較快，甚至達到上限（正常值-1—+4.5mm）不易控制，不得不延長暖機時間，嚴重影響了機組啟動。本文就汽輪機在冷態啟動時，如何合理利用輔助蒸汽供軸封，有效控制汽輪機脹差，防止在啟動過程中汽輪機發生動靜摩擦問題進行闡述。

以下介紹汽輪機冷態啟動時，軸封供汽溫度與脹差的關系，軸封供汽系統，以及供軸封操作步驟，還有系統存在的優缺點，供大家參考。

2 軸封供汽溫度與脹差的關系

2.1 脹差的含義

當汽輪機啟動加熱或停止運行冷卻以及負荷發生變化時，汽缸和轉子都會產生受熱膨脹或冷卻收縮。由于轉子受熱表面積比汽缸大，且轉子的質量比相對應的汽缸小，蒸汽對轉子表面的放熱系數較大。因此，在相同條件下，轉子的溫度變化比汽缸快，轉子與汽缸之間存在膨脹差，而這差值是指轉子相對于汽缸而言，故稱為相對膨脹差（即脹差）。習慣上規定轉子膨脹大于汽缸膨脹時的脹差值為正脹差，汽缸膨脹大于轉子膨脹時的脹差值為負脹差。無論是正差脹還是負差脹，達到某一數值，都會使汽輪機通流部分發生動靜摩擦，引起機組振動增大，甚至掉葉片、大軸彎曲等嚴重事故。

2.2 軸封供汽溫度對脹差的影響

影響脹差的因素有很多，控制措施也有多種，如控制進汽參數、保持合適的真空、控制升速率、升負荷速度、合理使用汽缸和法蘭加熱裝置等，今天我想和大家探討軸封汽源對脹差的影響。

在汽輪機的高中壓缸端部，軸封系統的作用是防止蒸汽向外泄漏，以確保汽輪機有較高的效率；在汽輪機的低壓缸兩端，則是防止外界的空氣進入汽輪機內部，保證汽輪機有盡可能高的真空。為了汽輪機本體部件的安全，對軸封送汽的壓力和溫度有一定的要求。因為軸封溫度如果與汽輪機本體部件溫度（特別是轉子的金屬溫度）差別太大，將使汽輪機部件產生很大的熱應力，這種熱應力將造成汽輪機部件壽命損耗的加劇，同時還會造成汽輪機動、靜部分的相對膨脹失調，這將直接影響汽輪機組的安全。因為軸封蒸汽與汽輪機軸直接接觸，所以軸封供汽溫度影響軸的伸縮，從而影響汽輪機的脹差。低壓軸封汽溫度過高，還會引起該區域金屬過度膨脹，與低壓缸為一體的軸承座中心線發生變化，情況嚴重時將導致機組發生異常振動。

3 合理使用300MW機組輔汽供220MW機組軸封

一般情況下，機組冷態啟動時，鍋爐很快能夠達到汽輪機沖轉參數，而大容量汽輪機組由于本體結構復雜需要暖機，且暖機時間較長，鍋爐等待時間比較長，其中一個很重要的因素是高壓缸膨脹問題，由于冷態啟動初期參數低，缸壁較厚，汽缸膨脹慢，脹差不易控制，它是導致汽輪機啟動時間長的重要原因之一。而我公司一期兩臺220MW機組是上世紀八十年代的機組，由于容量較小，煤耗大，響應國家環保政策要求，2015年下半年開始停運備用，但當每年夏季來臨，迎峰度夏電網系統負荷高時還要啟動機組運行，這時汽輪機軸封供汽需要二期兩臺300MW機組輔汽提供，由于供一期輔汽聯箱的二抽壓力2.5Mpa，溫度315.1℃，供二期聯箱的二抽壓力4.5Mpa，溫度350℃，顯然300MW機組輔汽壓力、溫度較高，雖然輔汽聯箱壓力控制在0.5 Mpa，但供軸封的溫度還很高，在一期前兩次啟動時，由于二期輔汽聯箱直接供一期軸封系統，溫度過高，和金屬溫度不匹配，造成高壓脹差不易控制，不得不延長暖機時間，影響了機組的啟動，浪費了大量燃料和廠用電，故很有必要想辦法合理利用輔汽系統。

4 300MW機組輔汽供220MW機組軸封系統蒸汽流程簡介

（1）改進前軸封系統蒸汽流程如下：

300MW高壓輔助蒸汽聯箱——220MW輔助蒸汽聯箱 ——軸封供汽母管——高中壓軸封調整門（另一路去低壓軸封調整門）——高中壓軸端汽封（或低壓軸封）。

（2）改進后軸封系統蒸汽流程如下：

300MW高壓輔助蒸汽聯箱——220MW輔助蒸汽聯箱 ——除氧器水箱和除氧塔——汽平衡門——軸封供汽母管——高中壓軸封調整門（另一路去低壓軸封調整門）——高中壓軸端汽封（或低壓軸封）。

通過以上比較可以看出，改進后二期輔汽先進入一期除氧器和除氧塔，降壓、降溫后供軸封，這時除氧器壓力控制為0.2Mpa，溫度為120℃左右，通過汽平衡門再供軸封用汽，這樣是軸封溫度和汽缸、轉子金屬溫度相匹配，溫度相差與輔汽直接供軸封用汽大大降低，使脹差得到較好的控制，有效縮短了機組啟動時間，節約了大量燃料。

5 軸封系統投入操作步驟

（1）汽輪機軸封系統投入（機組冷態啟動先抽真空后送軸封）。（2）檢查確認系統表計正常。（3）檢查軸封系統各閥門位置正確。（4）檢查汽輪機盤車已經投入。（5）檢查凝結水系統、循環水系統投運正常。（6）檢查汽機軸封加熱器水側投入正常。（7）檢查軸封抽氣器水側投入正常，檢查開啟軸封抽氣器進氣門。（8）檢查軸封壓力自動調節裝置投入正常。（9）開啟輔汽至軸封供汽母管排大氣疏水門。（10）稍開輔汽至軸封供汽門，軸封暖管20分鐘。（11）開啟輔汽聯箱至除氧器再沸騰門，保持除氧器壓力0.2Mpa。（12）開啟高低壓軸封調整門前后隔離門，開啟調整門軸封供汽。（13）啟動一臺軸抽風機，關閉輔汽至軸封供汽母管排大氣疏水門。（14）調整軸封母管壓力維持在0.02-0.03MPa（OIS），投入汽封壓力“自動”。（15）檢查調整軸封加熱器水位正常1/2。（16）汽機軸封系統投入正常后，迅速啟動一臺射水泵運行。

6 新的軸封供汽系統的優缺點

6.1 新的軸封供汽系統的優點

在一期機組長期停備，進行冷態啟動時，合理利用鄰機輔助蒸汽，首先通往除氧器和除氧塔，使較高溫度蒸汽降溫降壓后，再供汽輪機軸封，能夠較好的控制機組脹差，不但縮短機組啟動時間，可以節約大量燃料，同時保證機組安全、順利啟動。

6.2 新的軸封供汽系統的缺點

由于300MW輔汽聯箱壓力高，機組加負荷時容易造成一期輔汽聯箱超壓，調整不及時會使輔汽聯箱安全門動作，造成工質浪費，降低了設備安全性。但是只要認真監視，及時調整問題能夠解決。

7 系統使用效果

2015年至今，一期兩臺220MW汽輪機長期停備下，共進行了冷態啟動7次（其中1號機組5次，2號機組2次），均使用了二期300MW機組輔汽系統供200MW機組軸封用汽，汽輪機高壓脹差都沒有超限，機組均順利啟動，每次相比之前都能夠縮短機組啟動時間，可節約輔機耗電及耗煤、耗油的費用。

8 結語

通過綜合分析原因，合理利用系統，在機組冷態啟動時，實現了把鄰機高溫輔助蒸汽溫度降溫后再供本機軸封，既能保證軸封供汽溫度，使汽輪機高壓脹差不超限，又能縮短機組啟動時間，節約了大量燃料，對于火力發電企業節能減排具有借鑒意義，具有一定的推廣使用價值。

參考文獻

[1]周輝，丁亮.汽輪機脹差產生的原因分析與控制[J].應用能源技術，2011，（7）：4-6.

[2]杜中梁.汽輪機脹差原理及控制[J].能源與節能，2017，（1）：108-109.