淺析高加切除對汽輪機安全性及經濟性的影響

李宏巖

摘 要：高壓加熱器是汽輪機組給水回熱系統中的主要設備，它對汽輪機乃至全廠的安全經濟運行影響很大。文章就汽輪機的一種特殊變工況運行形式——高加停運（或稱切除）的兩種典型方式作了簡要介紹，并對這兩種不同的高加切除方式對汽輪機運行經濟性和安全性造成的影響進行了分析。

關鍵詞：汽輪機；高加切除；經濟性；安全性

中圖分類號：TK267 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0023-02

四平熱電公司4號機型號：C260/N350-16.7/537/537型抽汽凝汽式汽輪機。型式：亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、雙抽供熱反動冷凝式汽輪機，汽輪機具有八級非調整抽汽。一、二、三級抽汽分別向三臺高壓加熱器供汽，四級抽汽除供除氧器外，還向兩臺給水泵汽輪機、輔助蒸汽系統供汽。二級抽汽還作為輔助蒸汽系統和給水泵汽輪機的備用汽源。五、六、七、八級抽汽供汽至四臺低壓加熱器。從冷再熱蒸汽管道上接出一路至給水泵汽輪機的高壓汽源，當機組低負荷時，給水泵汽輪機由高壓汽源供汽，當正常運行時，該汽源作為備用。在該汽管道上設有疏水點，經過疏水閥接入凝汽器。冷再蒸汽管道上還接出兩路分別至二號高壓加熱器和輔助蒸汽系統，作為二段抽汽用汽和輔助蒸汽系統的備用汽源。本機組的給水系統采用2×50%B-MCR的汽動給水泵，正常運行時兩臺汽泵應全部投入運行，兩臺汽泵并列運行時的出口總流量力應能滿足鍋爐給水的要求。本機組除氧器采用定—滑—定或定壓運行方式，除氧器啟動時采用輔助蒸汽定壓運行，機組帶到一定負荷后，加熱蒸汽切換到冷段，然后切換到汽輪機4段抽汽，滑壓運行，機組負荷降至一定值后，4段抽汽不能滿足除氧器運行要求時，再次切換到冷段或輔助蒸汽，定壓運行。旁路系統采用二級串聯旁路，按滿足機組啟動功能設計，高旁容量為15%BMCR蒸汽量。汽輪發電機組實際運行中，高壓回熱加熱器（以下簡稱高加）處于給水泵出口，承受的壓力高，且在較高的溫度下工作，運行條件差，發生故障的機會較多。一旦高加發生故障，或因嚴重泄漏造成殼側滿水時，有可能造成汽、水倒入汽輪機，危及機組安全，必須將其從系統中隔離出來。為保障此種情況下機組的正常供水，系統設計時，都設置了加熱器的水側旁路，高加切除后，給水將繞旁路而行。

汽輪機高、中壓缸內外缸高壓端的冷卻，分別是靠第一段和第三段抽汽通過內外夾層來保證的。系統設計時，由第一段至第三段抽汽加熱回熱系統的3臺高壓加熱器。給水設置了旁路管道，以保證高加因故停運時，給水能通過旁路閥繼續向鍋爐供水。

高加切除后，勢必造成汽輪機偏離設計工況運行，使其經濟性發生變化，并對其運行安全性造成影響，成為限制機組出力的因素。而不同的高加水側旁路和實際采取的高加停運方式對汽輪機經濟性和安全性的影響程度是不同的。

1 高加水側旁路的類型及高加切除的典型方式

首先高參數大容量機組的高加的安裝形式已經從立式加熱器改為臥式加熱器，采取臥式加熱器的優點是臥式傳熱效果好，換熱強度高，但是其缺點就是檢修需要大空間，因臥式加熱器具有進汽段，加熱段，輸水冷卻段，所以檢修工作量大的缺點。

大旁路是指為多臺高加設置一公共旁路，優點是系統簡單，隔離閥少，操作方便，投資費用省。缺點是靈活性差，事故影響面大，一臺高加故障后，所有高加都必須停運。

四平熱電高加水側采用給水大旁路系統，提高了高壓加熱器的可靠性。在高加水側切除時，回熱抽汽1-3斷全部停止運行，抽汽停止使機組給水溫度下降，機組效率下降。同時給運行調整帶來了困難，易發生超溫事件，也會使機組無法帶到額定負荷，對經濟性產生極大影響。

高加的停運有依次停運法和中間停運法兩種典型方式。因四平熱電公司采用給水大旁路系統，則所有高加只能一起切除，采用依次停運法。

根據四平廠實際運行方式，在高加切除操做時，回熱抽汽按照從高壓向低壓逐級緩慢停止的原則，逐漸關閉1-3段抽汽逆止門，進汽門，在操作過程中注意給水溫度變化，在停高加過程中給水溫度每分鐘下降不允許超過3℃，同時還要監視汽包水位變化，小機轉速變化，速度級壓力的變化。在高加停止后，加強對機組的檢查與調整，保證機組各項參數不越限。

2 高加切除對汽輪機經濟性的影響

不同的高加切除方式對汽輪機運行經濟性的影響是不同的。采用依次停運法，被保留的各加熱器焓升、端差、抽汽管道流速及壓損都基本保持不變。如果此時汽輪機主蒸汽流量不變，則從停運后的那臺高加抽汽口開始的下游通流級蒸汽流量及各監視段壓力都將增加，通流量的增加近似等于停運高加的原抽汽量。一方面，由于被保留的各加熱器熱負荷并不增加，造成給水溫度降低較多，偏離最佳值較大；另一方面，由于下游通流級流量增加，使冷源損失增加。兩方面的原因造成機組經濟性下降十分明顯。

表1是C260/N350-16.7/537/537型中間再熱機組高加全部切除后，基于定功率計算，熱耗率增加的情況。

表中數據顯示，高加切除引起的經濟性下降越明顯。

表2是基于主蒸汽流量不變，按等效熱降原理對哈汽廠C260/N350-16.7/537/537型汽輪機采用停運法切除高加的方案，進行局部定量分析計算并與額定工況進行比較的結果。

數據表明，高加切除，熱耗相對上升0.46%～2.70%。切除3臺高加，機組各項經濟指標明顯降低。高加切除還可能造成鍋爐過熱蒸汽超溫，減溫水量增加，機組負荷降低，使經濟性大幅下降。高加解列后給水溫度由276.3℃變化至174℃，從而使主汽壓力下降，為使鍋爐能夠滿足機組負荷則必須相應增加燃煤量，增加送吸風機出力，從而造成爐膛過熱，氣溫升高，更重要的是標準煤耗增加12 g/kwh，機組熱耗增加3.6%，廠用電率增加約0.5%。

3 高加切除對汽輪機安全性的影響及對機組出力的

限制

不同的高加停運法對汽輪機運行安全性的影響亦不盡相同。對依次停運法，在主蒸汽流量不變的情況下，因從停運的高加抽汽口開始，下游各通流級蒸汽流量增大，靜葉壓差、動葉輪周功率及軸向推力都將增加。

高加切除可以使汽輪機輸出功率相對提高4.1%～13.0%，如機組強度設計時未考慮高加故障停運，則高加故障停運后，必須對機組出力加以限制，否則必然會影響機組運行的安全性。

停止高加時適當減少進汽量方法，使各抽汽口壓力不超過原來的最高允許值。減小后的最大允許進汽量G01 max及相差的調節級后監視壓力p2 p1max，可按下式計算：

G01 max=G0 max-？撞Gi

p2p1 max=p2 max·■

式中，i為高加切除臺數；G0 max、Gi、p2 pmax分別為原設計最大流量工況下的主蒸汽流量、各高加抽汽量、調節級后監視壓力。

當減小后的最大允許進汽量G01 max=0時G0 max=∑Gi，則p1pmax=p2p max。

可見，速度級壓力在額定功率不變的情況下較正常運行方式時明顯升高，可達到機組允許最大限值，所以當機組高加切除后，不但要監視給水溫度、汽包水位等，還要加強速度級壓力的調整。為確保機組安全運行，也必須對機組功率加以限制，使其不超過高加切除工況允許最大負荷。故切除JG1，JG2和JG3，機組功率應限制為額定率的80%～85%。

4 高加切除對機組各項指標的影響

①當高加事故停止時，機組最大負荷必須限制在額定率的80%～85%。

②由于事故狀態下，給水溫度急劇下降（276.3℃下降至174℃），汽包水位瞬間變化較大，小機轉速變化達500 r/min，小機MEH調節系統控制變化較大，必須防止小機轉速偏差過大造成小機跳閘。

③高加故障切除后，抽汽瞬間停止，抽汽減少，機組負荷突升，在額定工況下，高加緊急故障切除，機組負荷由350 MW可瞬間上升至385 MW，為保證機組的各項參數穩定，必須立即減少機組負荷至最大允許負荷280 MW。

④在高加切除后，小機轉速受到較大影響，小機進汽量相應受到較大影響，小機進汽調節門開度波動過大，輔汽聯箱壓力擺動過大，由0.8 MPa上升之1.0 MPa，造成輔汽聯箱安全門動作。影響小機的正常運行

⑤高加解列后給水溫度由276.3℃變化至174℃，從而使主汽壓力下降，為使鍋爐能夠滿足機組負荷則必須相應增加燃煤量，增加送吸風機出力，從而造成爐膛過熱，氣溫升高，更重要的是標準煤耗增加12 g/kwh，機組熱耗增加3.6%，廠用電率增加約0.5%。

⑥高加停運后還會使汽輪機末級葉片蒸汽流量增加，加劇葉片侵蝕。

5 結 語

高加切除屬于汽輪機的故障運行工況，嚴重影響機組的經濟性和安全性。運行人員應高度重視高加運行中的監視和控制、停機階段的保護、以及機組起動過程中高加溫升率的限制，以確保高加的可靠性。高加因故障停運后，應限制機組出力，使其低于額定功率。因此必須提高高加運行的可靠性，保證高加的投入率。

參考文獻：

[1] 錢進.高加切除對汽輪機影響的經濟性及安全性分析[J].貴州電力技術，2001，（6）.