國產(chǎn)600MW超臨界汽輪機閥序改造及問題分析

高 俊

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東汕尾，516623）

國產(chǎn)600MW超臨界汽輪機閥序改造及問題分析

高 俊

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東汕尾，516623）

廣東紅海灣發(fā)電有限公司1號機組是國產(chǎn)600MW超臨界機組，汽輪機型號是N600-24.2/566/566，型式為超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、雙背壓、三缸四排汽、凝汽沖動式汽輪機，汽輪機1、2號軸承采用可傾瓦，其余軸承均采用橢圓形軸承，汽輪機采用單閥模式和復(fù)合閥模式。2015年12月完成汽輪機配汽閥序改造，機組可以在復(fù)合閥模式與順序閥模式間切換。

國產(chǎn)600MW；汽輪機閥

1　汽輪機的三種配汽模式

1.1單閥模式（全周進汽）

汽輪機的高壓調(diào)門CV1、CV2、CV3、CV4同步開啟，調(diào)節(jié)級360°全周進汽，調(diào)節(jié)級葉片加熱均勻、應(yīng)力均勻，但四個調(diào)門全都節(jié)流，節(jié)流損失大。本機組在沖轉(zhuǎn)階段采用單閥模式。

1.2順序閥模式

高壓調(diào)門按順序開啟，進汽不均勻，但節(jié)流損失最小。

1.3復(fù)合閥模式

中低負荷時用三個調(diào)門進行調(diào)節(jié)，第四個調(diào)門在高負荷階段才開啟，進汽相對均勻，節(jié)流損失相對小。

冷態(tài)正預(yù)暖沖轉(zhuǎn)直至中速暖機階段，汽輪機都是單閥模式，全周進汽。升速后直至切缸前高壓調(diào)門同步關(guān)閉。切缸后汽輪機轉(zhuǎn)入復(fù)合閥模式，主要用CV2、CV3、CV4進行調(diào)節(jié)。

表1　

2　使用順序閥模式的必要性

2.1號汽輪機各高壓調(diào)節(jié)閥在15%開度以下時流量為近似為0（由冷態(tài)正預(yù)暖沖轉(zhuǎn)可知流量很小，實際不為0）；高壓調(diào)節(jié)閥CV1、CV4在閥門開度達到60%左右，流量已達到95%左右（近似全開）、CV2在閥門開度達到45%左右，流量已達到95%左右（近似全開）、CV3在閥門開度達到41%左右，流量已達到95%左右（近似全開）。CV1和CV4是大閥，CV2和CV3是小閥，CV1和CV4開度在60%以前、CV2開度在45%以前、CV3開度在41%以前存在明顯的節(jié)流。

下表1是順序閥模式下，各閥門的開啟順序：

總閥位為0時CV1和CV3同步開啟至15%，隨后同步開大進行負荷調(diào)節(jié)。二者開至52%時CV4預(yù)開，CV1和CV3同步開啟至59%時CV4預(yù)開完成、其開度是15%，隨后CV1和CV3同步全開，用CV4調(diào)節(jié)負荷。CV4開至52.5%時CV3預(yù)開，CV4開至60%時CV3預(yù)開完成、其開度是15%，隨后CV4全開，用CV3調(diào)節(jié)負荷。

在順序閥模式下，總閥位在48.32%前只有CV1和CV3進行節(jié)流，總閥位在51.25%～79.93%階段只有CV4進行節(jié)流，總閥位在82.96%～99.09%階段只有CV2進行節(jié)流。而在復(fù)合閥模式下，機組500MW時總閥位是86.2%，CV1/CV2/CV3/CV4的開度分別是6.1/38/46/56%，三個調(diào)門都在節(jié)流。相比之下，順序閥模式比復(fù)合閥模式的節(jié)流明顯減小。下表2是機組在兩種模式下的閥門開度對比：

1號機組投運順序閥模式后，經(jīng)過對比試驗，其標準煤耗與復(fù)合閥模式相比降低了大約1.4g/kwh。

表2　

表3　

3　閥序選擇問題

使用順序閥模式必須考慮調(diào)節(jié)級葉片的強度是否滿足要求。順序閥模式下調(diào)節(jié)級的進汽區(qū)段變小、壓力集中。對任一個葉片來說，從進汽區(qū)段進入非進汽區(qū)段、再從非進汽區(qū)段進入進汽區(qū)段都要承受沖擊。選擇CV1、CV3先同步開啟時，葉片旋轉(zhuǎn)一周要承受兩次沖擊；選擇CV1、CV4先同步開啟時，葉片旋轉(zhuǎn)一周要承受四次沖擊。經(jīng)廠家核算，無論采用哪種模式，調(diào)節(jié)級葉片強度都滿足要求。為穩(wěn)妥起見，此次改造先采用CV1、CV3同步開啟模式。

4　順序閥模式帶來的問題及分析

經(jīng)過試運，順序閥模式下，本機組主要存在兩個問題：未全開的高壓調(diào)門頻繁快速擺動和1、2號軸承軸瓦溫度明顯上升，下面對這兩個問題進行分析。

圖1　

4.1未全開的高壓調(diào)門頻繁快速擺動

圖1由上往下：第一條綠色是CV3、第二條紅色是CV1、第三條黑色是機側(cè)主汽壓力、第四條藍色是CV4、最下一條粉色是CV2

當時負荷是350MW左右，CV1和CV3全開，CV2全關(guān)，CV4開度在20%～40%之間快速頻繁擺動。根據(jù)分析，擺動的原因是汽輪機只有未全開的CV4能起到調(diào)節(jié)作用，一次調(diào)頻及AGC變負荷時CV4都要動作以調(diào)負荷、調(diào)壓力，所以造成CV4頻繁快速擺動。這種工作狀態(tài)跟設(shè)計（在復(fù)合閥模式下，多個調(diào)門一起調(diào)節(jié)，各閥門動作緩慢、幅度小）偏離較大，對調(diào)門的安全穩(wěn)定不利。

4.2汽輪機1、2號軸承軸瓦溫度明顯上升

下表3是1號機組在復(fù)合閥模式與順序閥模式的部分參數(shù)對比：

1號機組投入順序閥模式后1、2號軸承振動下降，但軸瓦溫度明顯上升，500MW時1號軸瓦溫度超過99℃。

復(fù)合閥模式下主要是CV2、CV3、CV4進汽，順序閥模式下主要是CV1、CV3或CV1、CV3、CV4進汽。1號機組投入順序閥模式后，1、2軸瓦溫度高主要是由進汽區(qū)段變化后轉(zhuǎn)子軸心偏移造成的。

1號汽輪機調(diào)節(jié)級葉片及其它各級葉片都是沖動式葉片，蒸汽壓降主要發(fā)生在噴嘴中，很少一部分產(chǎn)生在動葉中，動葉片前后壓差很小。調(diào)節(jié)級后面的所有葉片都是全周進汽，如果略去抽汽口等不均勻因素，可以認為動葉上的蒸汽作用力在周向上是一致的，因此，蒸汽作用在動葉上的切向力只產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，對軸承載荷不產(chǎn)生影響。對于處在進汽區(qū)段的任一調(diào)節(jié)級葉片來說，蒸汽推動葉片會產(chǎn)生切向力F和軸向力，軸向力很小，暫不考慮。此切向力不僅使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其水平分量還使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生平動，導(dǎo)致軸承載荷發(fā)生變化。依據(jù)力的平移原理，切向力F可以等效地移至轉(zhuǎn)子的中心，得到大小、方向與之相同的等效力F1以及使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力矩M。F1的水平分量F2使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生平動，垂直分量F3使轉(zhuǎn)子下壓。F3與轉(zhuǎn)子的自重形成合力F4，F(xiàn)2與F4產(chǎn)生新的合力F5，F(xiàn)5會使轉(zhuǎn)子軸心產(chǎn)生偏移。調(diào)節(jié)級的每一個動葉片上的切向力方向都不同，但都可以按照這個原理進行分解、合成，形成一個最終的等效合力F6，F(xiàn)6最終使轉(zhuǎn)子軸心產(chǎn)生偏移。

1號汽輪機的1、2號軸承是可傾瓦，潤滑轉(zhuǎn)子的潤滑油并不是靠壓力壓入，而是靠轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶入油楔。轉(zhuǎn)子軸心產(chǎn)生偏移后，可傾瓦的油楔大小會變化，導(dǎo)致帶入的潤滑油流量變化，影響潤滑效果，最終反應(yīng)在軸瓦溫度上，造成軸瓦溫度升高。

高俊、1980年12月）、性別（男）、民族（漢），籍貫（河南省信陽市潢川縣）、現(xiàn)供職單位全稱（廣東紅海灣發(fā)電有限公司）、職稱（集控運行工程師）、學(xué)位（本科學(xué)士）、研究方向（集控運行優(yōu)化及節(jié)能減排）。

Analysis of the valve order reconstruction and problems of domestic 600MW supercritical steam turbine

Gao Jun
（Guangdong Red Bay Power Generation Co.，Ltd.）

Guangdong honghaiwan power company limited unit 1 is a domestic 600MW supercritical unit，the turbine model is N600-24.2/566/566 type of supercritical pressure and a reheat，single shaft，double pressure，three cylinder，four exhaust steam impulse turbine，steam turbine，1 No.2 bearing a tilting pad bearing，the rest using elliptical bearing，turbine with single valve mode and composite valve mode.December 2015 to complete the transformation of steam turbine valve sequence，the unit can be switched in the mode of composite valve and sequential valve mode.

domestic 600MW；steam turbine valve