背壓汽輪機運行中的問題分析

金劍鋒

摘要：在實際工作過程中中，背壓汽輪機在運行時經常出現排汽溫度高、前后軸承溫度高、封冷卻器運行不正常等一系列狀況。針對熱電廠背壓汽輪機運行中出現的問題，采取相應的措施解決了運行中的問題確保背壓式水輪機高效穩定運行。

關鍵詞：背壓汽輪機;氣封;軸封冷卻器;改造

1?背壓汽輪機運行中存在的問題及原因分析

1.1 汽輪機排汽溫度高原因分析

熱電廠單級背壓汽輪機的進汽口通入的是中壓蒸汽。鍋爐產生的蒸汽通過輸送管線送入汽輪機，帶動給水泵運行。設備安裝完成后進行調試，在調試過程中出現排汽溫度過高的問題，這一現象表明背壓式汽輪機在運行過程中并沒有達到預期效果，效率低下。這種情況一般有以下幾種原因：噴嘴結垢、葉片結垢、噴嘴和葉片發生變形等。但是熱電廠所安裝的背壓式汽輪機為全新的設備，不存在結垢等問題。經與廠家技術人員溝通，確定排氣溫度高是廠家設計問題所致，而不是操作和設備問題。

1.2 汽輪機氣封漏汽量大原因分析

熱電廠背壓式汽輪機前后氣封采用梳齒迷宮式氣封（如圖1所示），價格較低，結構也不復雜，運行穩定，危險系數低，同時安裝簡單。但是，現實中設備存在較長的軸向長度，影響整體的密封效果，因此容易造成泄露。因為存在較多的泄露蒸汽，泄露的蒸汽大大提高了軸向加熱段的長度，使得其溫度隨之升高，造成了較大的脹差。同時，軸上凸臺和氣封塊的高低齒之間存在錯位引起的位置偏差而倒伏，最終導致漏汽量的不斷變大，因此密封情況存在較大隱患。

1.3 汽輪機氣封冷卻器工作失常原因分析

在汽輪機氣封冷卻器工作時，其第一級是真空狀態，因此氣封冷卻器可以將泄漏的漏氣抽出。所以，氣封冷卻器的第一級必須是與大氣隔離的密封室，抽氣機在工作時，密封室往往呈現負壓狀態。安裝背壓式汽輪機時，氣封冷卻器的位置不能過低。但是熱電廠將氣封冷卻器裝在廠區0m處，在軸封運行狀態下，第一級真空無法保證，使得氣封冷卻器不能正常運行。

2?背壓汽輪機改造方案

2.1 汽輪機排汽溫度高改造方案

背壓汽輪機機組在工作時，壓力符合要求，僅僅是排氣溫度不符合要求，溫度過高。因此，如果安裝降溫裝置可以很好的解決這一問題。減溫裝置有很多種，其中單孔噴嘴具有結構簡單，成本低等特點。噴嘴工作原理簡單，即在進行降溫時將冷卻水以水霧的形式噴出，對管道內的蒸汽進行降溫。而且，噴嘴的形式也會影響降溫效果。其中旋流式和離心式噴嘴應用較為廣泛。結合熱電廠的實際情況最終使用離心式噴嘴。

2.2 汽輪機軸承溫度高技術改造方案

由于背壓汽輪機機組運行時漏氣量大，根據技術人員對機組工作狀況的檢查，發現機組工作時出現動靜摩擦，使得氣封與氣缸存在較大的縫隙，引起蒸汽的泄露。針對這一問題，有必要改變機組的氣封齒結構（如圖2所示）。

改造前，計算得到的平齒漏汽總量為，但是現實中這一數值為，氣封與汽缸之間的空隙為，氣封齒高僅為。由于背壓式水輪機前后氣封尺寸限制了前后氣封無法進行較大的改造。但是可以改變氣封的形式，由原來的平齒密封變為高低齒密封。經過改造后漏氣量大大降低，最終漏氣量降低為。機組的密封效果得到了顯著的改善，因此機組運行時經濟性也隨之提高。

2.3 汽輪機氣封冷卻器技術改造方案

在氣封冷卻器運行時汽輪機前后氣封泄漏的蒸汽進入氣封冷卻器第一級冷凝。當蒸汽在冷卻器中冷卻后，蒸汽因為溫度降低由氣態變為液態，而且壓力隨之降低，出現負壓的狀態。而冷卻器內部溫度較高沒有凝結的蒸汽則被抽汽器排出冷卻器，和新蒸汽混合后輸送到二級室中，保證氣封泄漏蒸汽順利排入氣封冷卻器（如圖3所示）。熱電廠背壓式水輪機安裝時，在廠房0米處安裝空氣密封冷卻器：一、二級排水直接排入地溝，由于一級室因為蒸汽冷卻產生的負壓而形成的真空狀態，使得氣封冷卻器一級疏水無法自然排出冷卻器外部，造成一級疏水在冷卻器內部不斷的積累。當一級疏水因無法排出而不斷增多達到一定程度時，大大降低了冷卻器的熱交換面積，使得冷卻器的真空度也不斷降低，最終使得氣封漏汽不能順利排入氣封冷卻器。經分析，可增加氣封冷卻器的安裝高度，一、二級排水采用U形水封。一般U形管間距大于600 mm。由于二級冷卻器內腔微正壓，排水比較順暢。

3?背壓汽輪機改造方案實施

3.1 安裝排汽減溫水裝置

3.1.1 減溫水量的計算

根據現有的文獻資料可知，背壓汽輪機減溫裝置排汽壓力為、溫度 為的蒸汽焓值為;排汽壓力為、溫度為的蒸汽焓值為;減溫水壓力為、溫度為的減溫水焓值為。將以上數據代入減溫減壓熱量和質量平衡公式中，計算后得到減溫蒸汽所需減溫水量為。其計算公式為。背壓汽輪機正常運行時最大進汽量為，所需最大減溫水量為。

3.1.2 減溫水管道的選擇

根據以上減溫水用量的計算結果，選用合適的減溫水管道。當選擇的管徑較大時，對降溫裝置運行會產生一定影響，而且給減溫水的水量調節帶來不便。除此之外，如果減溫水的水量調節閥長期處于節流狀態，調節閥在工作由于減溫水的長時間的沖刷，造成閥門的磨損，容易引起泄露。反之，如果選擇的管徑較小時，相應的減溫水水量也較小，無法滿足排氣減溫的預期效果。因此，減溫水的管線選擇對減溫裝置來說至關重要。根據上文的計算結果，對照管徑和流量表可知，給水管道的水流速一般為，以下的管道通常都滿足要求。結合熱電廠汽輪機的實際運行情況，冷卻水管和控制閥可選用儀表導壓管和針芯閥。在實際運行時，為了使減溫效果達到預期標準，也要在減溫水管兩側安裝減溫裝置，一般采用減溫水噴嘴對水管減溫。

3.1.3 噴嘴的制作及實驗

當采用噴嘴對減溫水管進行降溫時，噴嘴使用的圓鋼，以便于噴嘴和水管之間的連接，噴嘴使用的圓鋼需要經過加工后方可使用。噴嘴經過加工后，與管道進行連接，同時進行噴嘴霧化效果的實驗。經過實驗可知，設計的噴嘴能夠達到減溫的目的。

3.2 背壓汽輪機前后氣封改造

根據梳齒迷宮式氣封的特點，傳統的迷宮式氣封在實際運行過程中不能完全保證設計間隙。由于超臨界啟動、異常振動、氣流激振等原因，氣封齒會引起永久磨損，導致密封間隙增大，導致軸封漏汽增加。由于背壓式汽輪機前后氣封尺寸的限制，不易實現前后氣封的大變形，因此火電廠將后氣封由平齒密封改為高低齒密封。改進后的氣封結構可使漏汽量降至200kg/h，運行一年后，機組運行時漏汽量明顯減少，前后軸承溫度也大大降低。在一定程度上提高了機組的經濟性能。

4?結論

綜上所述，在對背壓式汽輪機進行相應的改進優化之后，通過一年多的投入使用，機組能夠正常工作，其各項參數都滿足要求。因此，經過改造后背壓式汽輪機機組能適應各種工況，排汽溫度滿足要求。漏氣量明顯減少，前后軸承溫度顯著降低，機組運行時的噪音也得到改善，滿足正常的噪音控制要求。同時，也解決了背壓式汽輪機氣封冷卻器一級滿水問題，氣封冷卻器能夠正常運行。

參考文獻

[1]張芳.背壓式汽動給水泵在熱電廠的應用[J].熱力發電，2006（3）：65-66.

[2]鄭體寬.熱力發電廠[M].北京：水利電力出版社，1991.