F級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組汽機軸封供汽可靠性探討

張平（江蘇華電昆山熱電有限公司，江蘇昆山215333）

F級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組汽機軸封供汽可靠性探討

張平
（江蘇華電昆山熱電有限公司，江蘇昆山215333）

通過對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在不同運行方式下汽機軸封供汽可靠性的探討，優(yōu)化軸封供汽系統(tǒng)，保障機組安全穩(wěn)定運行。

聯(lián)合循環(huán)；運行方式；軸封；可靠性

0 引言

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由于其環(huán)保、啟停迅速、升降負荷快、調(diào)峰能力強等優(yōu)點被電網(wǎng)用作調(diào)峰機組。某新建電廠結(jié)合當?shù)毓嵝枨蠼ㄔO(shè)2套F級燃氣－蒸汽一拖一多軸布置聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，機島設(shè)備采用引進美國G E技術(shù)生產(chǎn)的P G9371F B型燃氣輪機，汽輪機為雙缸、三壓再熱、可調(diào)整抽汽、抽凝式汽輪機；燃氣輪機發(fā)電機為Q F N-300-2型，銘牌發(fā)電機輸出（300MW/353M V A），汽輪機發(fā)電機為Q F KN-150-2型，銘牌發(fā)電機輸出150MW/176.5M V A），余熱鍋爐采用三壓、再熱、無補燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐；旁路系統(tǒng)采用高中壓串聯(lián)旁路，輔助蒸汽系統(tǒng)采用母管制，主要向機組軸封系統(tǒng)、凝汽器鼓泡除氧、及化學供汽，汽源來自機組低壓供熱抽汽母管，根據(jù)設(shè)計全廠未設(shè)置啟動鍋爐。下文結(jié)合機組今后的運行方式，著重在單機運行方式時對汽機啟停、故障等情況下軸封供汽系統(tǒng)的可靠性進行探討。

1 軸封供汽系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)狀

汽機軸封系統(tǒng)采用某汽輪機廠設(shè)計的自密封軸封系統(tǒng)，主要有:高壓供汽調(diào)節(jié)站、高壓軸封噴水減溫裝置、低壓軸封噴水減溫裝置、溢流調(diào)節(jié)閥、各種截止閥連同軸封冷卻器等設(shè)備組成。該系統(tǒng)維持軸封供汽母管的壓力在0.107-0.11MP a（a）之間，低壓軸封供汽溫度為121-150℃之間，在機組啟動和低負荷運行狀態(tài)下，軸封溢流調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，軸封供汽通過高壓供汽調(diào)節(jié)閥調(diào)整后經(jīng)高壓軸封減溫裝置至均壓箱，滿足軸封參數(shù)要求向汽輪機高、中壓軸封供汽，同時再經(jīng)低壓軸封減溫裝置減溫后向低壓軸封供汽，如圖1所示。當機組達到一定負荷（≈50%-60%），高壓軸封的漏汽量大于等于低壓軸封的需求量時，軸封系統(tǒng)采用自密封系統(tǒng)方式運行，軸封供汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，軸封壓力由軸封溢流閥調(diào)節(jié)，多余的蒸汽通過溢流調(diào)節(jié)閥排至凝汽，如圖2所示。

高壓供汽調(diào)節(jié)站汽源來自于主蒸汽和輔助汽源，設(shè)計在熱態(tài)啟動時采用主蒸汽，冷態(tài)啟動時采用主蒸汽或輔助汽源，根據(jù)汽源的選擇打開或關(guān)閉兩路汽源的截止閥；軸封蒸汽溫度控制根據(jù)高、低壓軸封溫度要求分別設(shè)置了高壓軸封減溫裝置和低壓軸封減溫裝置，主要設(shè)備為減溫水調(diào)節(jié)閥和減溫器，高壓軸封溫度調(diào)節(jié)控制信號取自高壓缸內(nèi)壁溫度與汽封腔室內(nèi)蒸汽溫度之比較值，整定值非恒量，約±110℃。低壓軸封溫度調(diào)節(jié)控制信號取自供低壓缸后汽封腔室內(nèi)蒸汽溫度值，整定值為150℃。同時為防止在系統(tǒng)運行時由于調(diào)節(jié)閥過開使軸封壓力超過系統(tǒng)的設(shè)計壓力，在均壓箱上裝有一只安全閥，用以維持系統(tǒng)壓力不超壓。安全閥采用直接壓力作用的釋放閥，整定值為0.28MP a，軸封供汽原設(shè)計圖如圖3所示。

圖1 汽輪機在啟動時的軸封系統(tǒng)

圖2 汽輪機在正常運行時的軸封系統(tǒng)

2 軸封供汽可靠性分析

圖3 軸封供汽原設(shè)計圖

輔助蒸汽采用母管制，由于未設(shè)置啟動鍋爐，汽源由兩套機組低壓供熱抽汽供給，當供熱母管投用狀態(tài)下，兩套機組輔助蒸汽互為備用，機組軸封蒸汽采用輔助汽源作為啟停用汽。在單套機組運行時，由于輔助蒸汽由本機低壓抽汽供熱供，輔汽母管就沒有備用汽源，機組停機或跳閘后，軸封用汽只能采用本機主蒸汽余汽自供，軸封供汽可靠性相對比較薄弱。

2.1 單套機組啟動低負荷階段

單套機組啟動時，由于輔助蒸汽沒有汽源，啟動用汽采用高壓主蒸汽供。燃機啟動點火后，高溫煙氣進入余熱鍋爐煙道，余熱鍋爐蒸發(fā)器受熱產(chǎn)生蒸汽，當主蒸汽參數(shù)達到1.0MP a、250℃時，可投用軸封用汽，燃機并網(wǎng)溫度匹配投用后，通過I G V和燃料量調(diào)整，使燃機排煙溫度與高壓汽缸內(nèi)壁溫度相差100℃左右，汽機啟動沖轉(zhuǎn)參數(shù)穩(wěn)定在3.0MP a、330℃左右，此時作為軸封汽源，通過軸封供汽調(diào)節(jié)閥，完全能夠滿足軸封用汽要求，汽機沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)后，隨著汽機帶負荷，蒸汽參數(shù)按照汽缸金屬升溫、升壓速率不斷提高，到軸封系統(tǒng)自密封運行前（負荷50%以上），蒸汽參數(shù)達到6.0MP a、480℃左右，軸封用汽通過供汽調(diào)節(jié)閥和二級減溫裝置的調(diào)整能夠滿足高中低壓軸封用汽需求。隨著高壓漏氣量的增大，軸封供汽調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)閉，由溢流調(diào)節(jié)閥維持軸封壓力正常。

2.2 單套機組運行故障跳閘階段

機組正常運行時，軸封系統(tǒng)采用自密封方式運行，當機組故障跳閘，隨著主汽門的迅速關(guān)閉，軸封壓力下降很快，軸封系統(tǒng)從自密封方式切換至高壓主蒸汽供汽方式時，由于溢流管道與軸封供汽管道通流量不一致，同時在軸封切換過程中可能存在閥門調(diào)節(jié)滯后，軸封壓力不能平穩(wěn)過渡、存在壓力波動現(xiàn)象，特別是由于主蒸汽壓力較高，基本負荷狀態(tài)下壓力高達11.0MP a左右，通過供汽調(diào)節(jié)閥瞬間調(diào)整到0.107～0.11MP a時，由于此時供汽調(diào)節(jié)閥本身通流量較小，調(diào)節(jié)性能變差，易造成系統(tǒng)壓力波動大，軸封系統(tǒng)安全閥動作，難以對該系統(tǒng)進行有效控制，造成軸封供汽過大或瞬間斷氣等情況發(fā)生，威脅機組設(shè)備安全。

圖4 軸封供汽優(yōu)化設(shè)計圖

3 提高軸封供汽可靠性措施

3.1 利用再熱冷段蒸汽作為輔汽母管備用汽源

根據(jù)目前機組設(shè)計，蒸汽系統(tǒng)采用高中壓串聯(lián)旁路，中壓旁路調(diào)整維持再熱蒸汽壓力。再熱蒸汽冷段供汽正常運行中主要來自高壓缸排汽和中壓過熱器出口并汽和啟停過程中高旁來汽，蒸汽參數(shù)為3.6MP a、400℃左右，完全滿足輔汽參數(shù)要求，可作為輔汽母管備用汽源，當機組停機或跳閘時，供熱管道停止向輔汽母管供汽，再熱冷段可通過高旁或中壓汽包蓄熱量產(chǎn)生的蒸汽供給輔汽母管，確保輔汽母管參數(shù)在正常范圍，從而保障軸封供汽。

3.2 高壓主蒸汽供軸封采用串聯(lián)調(diào)節(jié)模式

由于高壓主蒸汽參數(shù)高，通過一級調(diào)整滿足軸封汽壓力調(diào)節(jié)開度小，容易造成壓力波動，建議采用兩級串聯(lián)調(diào)節(jié)，第一級將高壓主蒸汽調(diào)整到1.5MP a左右，與輔助蒸汽供汽壓力相近，第二級調(diào)整到符合軸封供汽壓力。再通過兩級減溫裝置使軸封汽溫度符合高中、低壓軸封溫度要求，提高軸封壓力調(diào)整的穩(wěn)定性。優(yōu)化后的軸封供汽系統(tǒng)如圖4所示。

4 結(jié)語

軸封供汽的可靠性關(guān)系到機組的安全穩(wěn)定運行，目前，新建電廠往往由于投產(chǎn)成本的關(guān)系一般不設(shè)置啟動鍋爐，在沒有外在備用汽源的情況下，應結(jié)合自身設(shè)備特點和不同的運行方式，在設(shè)計階段進行軸封供汽的可靠性論證。以利用再熱冷段蒸汽作為輔汽母管備用汽源和高壓主蒸汽供軸封采用串聯(lián)調(diào)節(jié)模式兩種方法為例，對軸封供汽進行相應優(yōu)化改造，可提高機組軸封供汽的可靠性，從而保障軸封供汽的穩(wěn)定性。

[1]楊順虎.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運行[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]G E公司.S109F B燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行操作維護手冊[Z].G E公司.2013.

[3]哈爾濱汽輪機廠.L C112/N156-11.20/3.42/1.50型汽輪機啟動運行說明書[Z].哈爾濱汽輪機廠，2016.

Discussion on Steam Supply Reliability of the Steam Turbine Shaft Seal for F Gas Turbine Combined Cycle Unit

ZHANG Ping
（Jiangsu Huadian Kunshan Thermal Power Co.，Ltd，Kunshan 215333，China）

B a s e d on t h e d i s cu ss ion o f t h e relia b ility o f t h e s team tur b ine sh a f t s eal un d er d i ff erent o p eration mo d e s，t h e s team s u pp ly s y s tem i s o p timi z e d to en s ure t h e s a f e an d s ta b le o p eration o f t h e unit.

com b ine d cycle；o p eration mo d e；sh a f t s eal；relia b ility

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.008

TM611.31

B

2095-3429（2017）03-0030-03

2017-05-08

修回日期：2017-05-31

張平（1971-），男，江蘇常州人，大專，工程師，長期從事燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行技術(shù)管理工作。