超超臨界機組100%容量給水泵汽輪機運行異常分析

沈　峰

(國電科學技術研究院， 南京 210031)

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運行與改造

超超臨界機組100%容量給水泵汽輪機運行異常分析

沈峰

(國電科學技術研究院， 南京 210031)

摘要：針對配置單臺100%容量給水泵汽輪機的超超臨界機組升負荷過程中，給水泵汽輪機突然出現高壓進汽調節閥開啟的異常情況，結合給水泵汽輪機運行容量和運行效率，對給水泵汽輪機凝汽器真空泵運行方式、循環水流量、凝汽器背壓、給泵汽輪機效率等因素進行全面分析，最終查明給水泵再循環門泄漏是給水泵汽輪機運行異常的根本原因。更換再循環門后，給水泵汽輪機運行正常，機組帶負荷能力恢復正常。

關鍵詞：給水泵汽輪機； 真空； 效率

超超臨界機組配置單臺100%容量汽動給水泵組，由于設備數量少，系統簡單，便于維護和管理；機組變負荷時，不需要切換泵的運行方式，易于操作控制，且相對于50%容量給水泵組效率提高約2%[1-2]。但單臺給水泵汽輪機故障直接影響機組的帶負荷能力，因此研究影響給水泵汽輪機正常運行的各種因素就顯得尤為重要。

筆者針對單臺100%容量給水泵汽輪機運行異常情況，通過試驗手段，結合給水泵汽輪機的效率和出力，分析給水泵汽輪機運行異常的主要原因并提出解決方案。

1超超臨界機組給水泵配置概況

國內超超臨界機組給水泵配置方式主要是2臺50%容量汽動給水泵組，以華能金陵、大唐呂四等電廠為代表；或在此基礎上，增加1臺25%～50%電動泵作為啟、備用，以國電北侖港、華能玉環等電廠為代表；另外，外高橋三期、Heilbronn 7號等機組采用單臺100%容量汽動給水泵組的方式。

早期國內外超超臨界機組配備的單臺100%容量給水泵組汽輪機均由ABB、Alstom、Siemens等國外廠家生產。國內杭州汽輪機廠引進Siemens公司技術后，設計、制造的積木塊系列汽輪機，作為單臺100%容量給水泵汽輪機，應用于國內660 MW超超臨界汽輪機組。國電九江7號、國電布連等機組均配置國內某汽輪機制造廠生產的單軸、單缸、反向雙分流結構，型號為WK63的給水泵汽輪機。

2單臺100%給水泵汽輪機運行異常

國內某火電廠汽輪機為上海汽輪機廠和德國Siemens公司聯合設計制造的660 MW超超臨界機組，型號為N660-27/600/600，配備單臺100%容量給水泵汽輪機。該汽輪機采用節流調節，由上向下進汽和從上向下排汽的結構，兩排汽出口分別進入給水泵汽輪機單獨的凝汽器。凝汽器循環水與主機循環水共用母管，通過聯絡門進行流量調節。

給水泵汽輪機低壓進汽由四段抽汽提供，高壓進汽由再熱冷段蒸汽提供。機組升負荷至額定時，給泵汽輪機進汽出現異常情況，具體參數見表1。

表1　機組升負荷過程給水泵汽輪機主要參數

正常情況下，低壓汽源是完全可以滿足負荷要求，而不需要開啟高壓汽源。給水泵汽輪機影響機組運行負荷主要有兩個因素：給水泵汽輪機的出力能力和給水泵汽輪機的運行效率。

3給水泵汽輪機運行分析

3.1 出力能力

結合機組在運行過程中給水泵汽輪機的出力情況，統計給水泵設計軸功率與實際軸功率(見表2)。

由表2可見：額定負荷下，設計給水泵汽輪機軸功率較給水泵軸功率偏高約3.67%，且實際給水泵軸功率高于設計給水泵最大軸功率。給水泵汽輪機出力能力達到設計給水泵運行要求。

3.2 運行效率

給水泵汽輪機的進汽參數、凝汽器背壓等參數直接影響運行效率；同時，真空泵運行方式、循環水流量、凝汽器換熱效率、給水泵汽輪機進汽參數又影響汽輪機的運行背壓。

3.2.1 凝汽器真空泵運行方式

給水泵汽輪機真空泵通常運行方式為一用一備。由于現場原因無法進行真空嚴密性試驗，因此改變真空泵的運行方式，通過凝汽器真空的變化值來判斷真空泵能否滿足凝汽器的運行要求。

在560 MW負荷運行條件下，給水泵進口流量為1 790 t/h，此時給水泵汽輪機進汽完全由低壓汽源供給，流量為100 t/h。正常單真空泵運行時，給水泵汽輪機背壓為9.40 kPa，維持各運行參數不變，開啟備用泵，在2臺真空泵同時運行條件下，給水泵汽輪機背壓穩定在9.20 kPa，背壓降低0.2 kPa，背壓變化較小。因此單臺真空泵運行基本能滿足給水泵汽輪機運行要求。

3.2.2 凝汽器循環水流量

給水泵汽輪機循環水流量通過母管聯絡門進行調節，在不同的開度下，通過計算循環水流量，繼而判斷其能否滿足運行需要。

給水泵汽輪機設計循環水流量為5 832 t/h，機組負荷較低且單循泵運行時，循環水流量偏低，但由于進汽量較小，熱負荷偏低，背壓影響較小，且給水泵汽輪機出力余量大，仍能滿足運行要求(見表3)。

表3　不同循泵運行方式下循環水流量

隨著機組負荷的提高，循環水泵采用雙泵運行，循環水聯絡門開度超過65%時，進入給水泵汽輪機循環水流量均能達到設計要求。

3.2.3 給泵汽輪機背壓

凝汽器換熱效率是影響凝汽器背壓的重要原因；而實際運行過程中，由于凝汽器換熱的材質不盡相同，各材質自身的傳熱系數也不相同。凝汽器傳熱系數[3]與循環水流量的關系為：

(1)

式中：A為凝汽器冷卻面積，m2；Qw為循環水流量，kg/s；cp為循環水比熱容，J/(kg·K)；θ1、θ2分別為循環水進、出口溫度， ℃。

傳熱系數通過循環水流速、進口溫度，凝汽器清潔系數修正后，凝汽器背壓[3]可由下列方程確定：

(2)

在雙循環水泵開啟，且聯絡門開度超過65%的運行條件下，由于循環水流量基本能達到設計值，因此循環水流量均采用設計流量來進行分析。

在不同的循環水進口溫度下，凝汽器背壓與設計值基本可以對應，給水泵汽輪機凝汽器背壓正常，見圖1。

3.2.4 給泵汽輪機的效率

通過計算不同負荷下對應的給水泵汽輪機效率，并與設計值進行比較，結果見表4。

表4　給水泵汽輪機運行數據

由表4可知：在不同負荷下，給水泵效率基本達到設計值；在90%負荷以上，給水泵汽輪機效率均超過75%，均低于設計值。

負荷640 MW時，修正后的進汽流量較設計值偏高12.4%，背壓升高，給水泵汽輪機運行偏離設計運行最佳工況，造成給水泵汽輪機效率偏低。

同時在給水泵汽輪機低壓進汽門全開、高壓進汽門全關狀態下，此時給水泵低壓進汽流量已達最大值，給水泵軸功率達21.78 MW，超過設計額定功率10.5%。這表明給水泵汽輪機效率偏低，但其出力仍然可以滿足帶負荷要求。

3.3 給水泵進、出口給水流量

通過對真空泵運行方式、循環水流量、給水泵汽輪機的背壓、給泵汽輪機的效率等參數進行分析總結，給水泵汽輪機均能滿足設計以及運行要求，但給水泵軸功率卻明顯偏高。

對給水泵進、出口給水量以及進入鍋爐的最終給水流量進行比較，給水泵進、出口流量較最終給水流量偏高約200 t/h。而造成偏差的直接原因是給水泵再循環門泄漏，導致給水泵出口給水沒有全部進入給水母管，而通過再循環門再次返回給水泵入口(見表5)。

表5　給水泵進、出口流量及最終給水流量

注：1)再熱減溫水流量為0。

機組運行負荷至640 MW時，關閉再循環閥前、后閘閥，給水泵汽輪機進汽流量下降至96 t/h，給水泵進、出口流量下降約190 t/h，繼續升負荷至額定，高壓汽源進汽門處于關閉狀態，給水泵汽輪機進汽流量為102 t/h，四段抽汽可以滿足運行負荷要求。

通過查找歷史數據，對比不同時期給水泵進、出口流量與最終給水流量的差值，見表6。

由表6可知：在半年內，給水泵再循環門泄漏量提高約150 t/h。

根據現場情況判斷，隨著再循環門泄漏量增加，以及背壓的升高，給水泵汽輪機高壓調節閥開啟所對應的負荷點將繼續降低。在極端條件下，低壓、高壓汽源調節閥均全開，給水泵汽輪機進汽量達到最大，其出力仍不能滿足機組升負荷需要。

4結果及措施

針對給水泵再循環門泄漏的情況，對其進行解體發現，閥門內部控制開關的螺桿已部分脫落，在全關指令下，再循環門并不能完全關閉。更換再循環門，機組啟動升負荷至額定，給水泵汽輪機進汽均由四段抽汽提供，給水泵組運行正常。

為了防止汽蝕，給水泵再循環門動作設定流量為800 t/h，對應負荷約290 MW；但由于電網調度，夜間低負荷調度指令為280 MW，再循環電動門經常啟動，在高壓給水沖刷下，大大降低了再循環電動門的控制能力。結合給水泵再循環汽蝕裕量以及電網調度的要求，給水泵再

循環門動作流量調整為710 t/h，對應負荷約258 MW。在保證給水泵安全控制前提下，降低了再循環電動門的動作次數，提高了再循環門的使用壽命。

5結語

給水泵汽輪機作為輔機系統重要的設備，對機組正常、穩定運行起了至關重要的作用。較多臺給水泵汽輪機配置的機組，單臺100%容量給水泵汽輪機在重視設計出力、效率及工藝制造水平的同時，其對應的熱力系統及運行要求也更為苛刻。只有滿足這樣嚴格的要求，才能發揮單臺100%容量給水泵汽輪機的優勢。

參考文獻：

[1] 沈堅，黃兆華，陳昕,等. 1 000 MW 火電機組給水泵組配置對機組運行的影響[J].節能，2013(1):39-42．

[2] 俞興超. 1 000 MW超超臨界火電機組給水泵配置及分析[J].華東電力，2008,36(9):90-94.

[3] 國家發展和改革委員會. DL/T 1078—2007 表面式凝汽器運行性能試驗規程[S]. 北京：中國電力出版社，2008.

Analysis on Operational Failure of Single 100% Capacity Feed-water Pump Turbine in an Ultra-supercritical Unit

Shen Feng

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210031, China)

Abstract：For the abnormal condition occurring to the HP governing valve during load-up process of a single 100% capacity feed-water pump turbine in an ultra-supercritical power unit, comprehensive analysis was conducted on the influencing factors, such as the operation mode of condenser vacuum pump, circulating water flow rate, condenser back pressure and the efficiency of feed-water pump turbine, etc., based on the capacity and efficiency of the feed-water pump turbine. The fault was finally found to be caused by the leakage in the recirculation valve. The unit can run normally now after the valve is replaced.

Keywords：feed-water pump turbine; vacuum; efficiency

中圖分類號：TK267

文獻標志碼：A

文章編號：1671-086X(2016)02-0120-04

作者簡介：沈峰(1984—)，男，工程師，主要從事火電機組熱力系統性能診斷研究。E-mail: mantis09@foxmail.com

收稿日期：2015-07-30