某電廠330 MW機組低壓軸封溫度波動大的原因分析及對策

摘要：低壓軸封溫度波動過大將給機組安全運行造成威脅。現對某電廠330 MW機組在啟停過程中出現的低壓軸封溫度波動大的問題展開了分析，發現該問題主要由噴嘴調門開度小和減溫水流量不足引起，據此提出了增設旁路管道的方法，通過增加減溫水流量和增加調門開度保證了機組工作的穩定性。

關鍵詞：330 MW機組;低壓軸封;溫度波動大

0 引言

在汽輪機發電過程中，軸封系統作為汽輪機的關鍵組成部分，起到防止蒸汽從軸端外漏的作用，以免蒸汽進入軸承箱導致潤滑油品質受到影響，同時避免汽缸真空度被破壞。而在機組實現工況切換的過程中，軸封系統需要根據蒸汽供應要求實現溫度調節，保證低壓軸封溫度處于規定范圍內，以免影響機組正常運行。因此，針對低壓軸封溫度波動大的情況，要加強原因分析，以便采取有效措施保證機組的穩定運行。

1 330 MW機組低壓軸封溫度波動大的問題

某電廠采用2臺330 MW汽輪發電機組進行發電，設備型號為CZK330，屬于亞臨界空冷凝氣式汽輪機，配備自密封軸封系統，負責在設備運行期間對高壓缸和中壓缸軸端泄漏蒸汽進行噴水冷卻，為低壓缸軸端汽封提供蒸汽。按照要求，無論機組處于何種運行工況，低壓汽封腔室內溫度應在121～177 ℃。但自機組投運以來，低壓汽封出現溫度波動大的問題，顯示溫度在100～200 ℃。該電廠330 MW機組#1、#2機低壓軸封溫度現場檢查結果如表1所示，在低負荷運行狀態下，機組減溫水調節閥開度達到30%，低壓軸封母管溫度過低。在全負荷運行狀態下，機組減溫水調節閥全開依然存在低壓軸封溫度超標的問題。

2 機組低壓軸封溫度波動大的原因分析

2.1? ? 軸封運行方式分析

對低壓軸封溫度波動大的原因展開分析，需要掌握軸封系統運行方式。機組自密封軸封系統如圖1所示，在自密封系統中共包含3路汽源頭，減溫站由噴水調節閥和減溫器構成，能使低壓軸封供汽溫度得到控制。在機組處于啟停狀態時，系統利用輔助蒸汽和主蒸汽供氣，低壓輔汽聯箱蒸汽定值為0.03 MPa，壓力超出0.055 MPa將自動開啟溢流閥;在機組處于正常運轉狀態時，系統利用高壓和中壓主汽門和調門等漏氣和高壓軸封漏氣實現自密封，在低于30%額定負荷工況下，軸封利用低壓輔汽供給，超出30%額定負荷利用漏氣供給[1]。而低壓軸封溫度不能超出180 ℃，以免因產生過大熱應力造成汽輪機轉子損壞，溫度低于120 ℃將造成蒸汽過熱度過小，使得低壓軸封在大幅度降溫后積水。結合軸封系統運行方式和現場工況可知，機組運行期間低壓軸封溫度波動大與噴水減溫狀態有關。在噴嘴噴水期間，僅能在一定流量范圍將減溫水充分霧化，無法對供汽溫度進行有效調節。受這一因素的影響，機組在低負荷和啟停運行過程中容易導致低壓軸封出現較大溫度波動，最終導致機組的安全運行受到威脅。

2.2 溫度影響因素分析

機組采用的霧化噴嘴具有流量隨壓差增加而增加的特性，在壓差ΔP從0.1 MPa提升至1 MPa的過程中，噴嘴流量G從40 kg/h提升至220 kg/h。在噴嘴流量達到180 kg/h可以取得良好的霧化效果。之后雖然壓差和流量有所增加，但霧化效果卻會削弱。將ΔP=0.8 MPa，G=180 kg/h當成是正常工況點，對低壓軸封減溫水流量展開分析，可以得到表2所示的結果。由此可知，機組啟停階段需要的減溫水流量僅為正常狀態的1/6。此時噴嘴霧化效果較差，難以與高溫蒸汽有效混合，導致供氣溫度無法降低。為降低溫度，需要將調節閥開度增大，造成減溫水流量迅速增加，過量水造成供汽溫度迅速下降，最終導致低壓軸封溫度過高[2]。在機組全負荷運行狀態下，減溫水流量達到最大，但實際噴嘴霧化效果不佳。此外，減溫水調節閥通流不夠，也造成了100%開度依然無法達到低壓軸封溫度調節的要求。

考慮到低壓軸封溫度過高主要是由減溫水流量偏離噴嘴工作范圍引起的，還要對噴嘴進行適當改造，同時使減溫水流量得到適當增加，以便全面解決軸封溫度波動大的問題。為此，還要對減溫水流量與減溫后蒸汽流量關系展開分析。由于低壓軸封供汽流量主要由母管蒸汽流量和霧化減溫水流量組成，因此可以得到下式：

Gh1=（G-GW）h0+GWhW （1）

式中，G為減溫后低壓軸封蒸汽流量;h1為對應焓值;GW和hw分別為減溫水流量和焓值;h0為減溫前蒸汽焓值。

對減溫水流量焓值進行求取，可以得到式（2）：

GW=·G（2）

結合自密封系統設置要求可知，h1和hw基本可以看成是不變的，使得GW的大小取決于G和h0，因此能夠得到減溫水流量與減溫后蒸汽流量關系圖，如圖2所示，其中h01指的是機組啟動狀態下輔助蒸汽焓值，h02則為自封閉工況下的漏氣焓值。

3 機組低壓軸封溫度波動大的問題解決對策

3.1? ? 改進措施

結合機組低壓軸封溫度波動大的原因，經與噴嘴廠家聯系發現，減溫水調門開度在超出80%后出現霧化效果差的情況屬于固有問題，難以通過更換噴嘴解決。為解決部分減溫水經噴嘴無法完全汽化的問題，還要在確保軸封溫度的基礎上適當增大減溫水調門開度。具體來講，就是設置旁路增大調門開度，增加減溫水流量，繼而使噴嘴流量和霧化效果處于可控范圍內。實際在各種工況下，機組低壓軸封需要的供汽量相同，增加減溫后蒸汽流量，需要在減溫后的供汽管路上接引管路，促使管路通向凝汽器[3]。為加強開度調節，需要在管道上設置手動節流閥和電動截止閥。而手動節流閥處于常開狀態，在系統投運期間，直至溢流閥開啟，旁路電動閥將會開啟，促使原本流向低壓軸封的蒸汽流向凝汽器。為保證閥門可靠運行，需要電動閥與溢流閥實現邏輯聯鎖，在溢流閥關閉時開啟電動閥，反之溢流閥開啟，電動閥將隨之關閉。采取該種措施可以在保證供汽量不變的情況下，使減溫水流量得到增加，促使噴嘴減溫水能夠取得良好的霧化效果。而在調節閥開度有所增加的情況下，能夠避免閥門反復開閉，導致噴水調節閥出現開大、關小的情況，避免軸封溫度忽高忽低，繼而解決軸封溫度超標問題。

3.2? ? 效果分析

按照上述措施對汽輪機低壓軸封系統進行改造，在機組低負荷運行階段，低壓缸軸封段不再出現冷凝積水情況。在機組負荷增加過程中，低壓軸封溫度能夠保持平穩，在130～174 ℃，不再出現溫度大幅度波動的情況。而在機組高負荷運行階段，也并未發生超溫問題，因此能夠為機組的安全運行提供保障。結合表2的旁路減溫水流量比值可知，采取改造措施后使得系統減溫水流量提升近一倍，保證了噴嘴霧化效果。盡管旁路的運行導致部分輔助蒸汽浪費，但是旁路也只在機組啟停和低負荷運行工況下投入使用。在機組發電過程中，多數時間依然處于額定負荷狀態，因此能夠忽略旁路產生的蒸汽浪費。而由于調節閥開度有所增加，閥門的調節也趨于穩定，能夠為軸封供汽溫度維持穩定提供保障。

4 結語

綜上所述，在330 MW機組運行過程中，采用的自密封系統受噴嘴調門開度和減溫水流量等因素影響，導致低壓軸封供汽溫度容易出現超溫情況，給機組安全運行帶來威脅。根據低壓軸封溫度波動大的原因，采取了增設旁路的方式增加減溫水流量，使調門開度增大，能夠使各種工況下的低壓軸封溫度趨于穩定，繼而使機組運行保持良好的調節性能。

[參考文獻]

[1] 陳樹科，薛森賢.低壓缸軸封溫度低的原因及對策[J].能源研究與管理，2019（2）：86-88.

[2] 潘愛兵，韓清山.660 MW機組低壓軸封系統異常分析及對策[J].焦作大學學報，2019，33（2）：73-75.

[3] 谷生虎.660 MW機組低壓汽封溫度異常處理及改進[J].中國新技術新產品，2019（6）：49-50.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：杜鵬（1989—），男，山西應縣人，助理工程師，從事火電廠集控運行工作。