淺析影響汽輪機運行的因素及措施

李銀江

摘 ?要：凝汽式汽輪機組的運行中，對機組發電效率及安全運行的影響因素較多，在實際生產中蒸汽溫度、蒸汽壓力的變化、凝汽器真空是最為常見的影響因素，蒸汽參數及真空變化直接關系到汽輪機組運行的經濟效率，同時對汽輪機組的安全、穩定運行也有很大影響，實際生產中應對其進行監測，及時調整。

關鍵詞：汽輪機組運行 ?凝汽器真空度 蒸汽溫度、蒸汽壓力

引言：

汽輪機組的運行與蒸汽品質、附屬設備、機組自身的制造、安裝質量等因素有關，當汽輪機組安裝完成后，影響汽輪機運行的因素主要集中在外部的蒸汽品質、附屬設備運行情況等因素上。本文就凝汽器真空下降及蒸汽壓力、蒸汽溫度的變化對汽輪機運行的影響進行簡要論述。

我廠汽輪機組為再熱凝汽式汽輪機，蒸汽來自前段冶煉工藝的鍋爐，自2013年年底運行以來，設備運行各項參數基本正常，在運行近一年后，至2014年下半年，機組真空出現下降。近期由于冶煉鍋爐生產原因，蒸汽溫度有所升高，汽輪機組進汽溫度、壓力等發生變化，通過對比機組運行各參數，機組運行正常，發電效率變化不大。以下就我廠汽機運行中所遇到的真空變化、蒸汽溫度、蒸汽壓力變化對機組運行的影響進行分析。

一、凝汽器換熱下降導致真空降低對汽輪機的影響

汽輪機真空度下降的原因有很多，但不論是什么原因導致的真空下降，對汽機運行的經濟效率及安全運行都有很大影響，真空下降過多或真空報警后就必須視情況采取降負荷查找是否漏汽或停機處理等。

真空過低的危害主要有以下幾方面：

1、低壓缸排汽溫度升高，尾部葉片易過負荷。

2、凝結水溫度升高，凝結水泵入口工況會惡化。

3、低壓缸排汽壓力高，軸封容易冒汽，低壓缸安全門有動作的危險。

4、軸向推力加大，軸向平衡破壞，軸瓦振動，軸瓦溫度，潤滑油溫度都會有升高的可能性。

我廠汽輪機組自2013年年底運行以來，至2014年下半年，各項參數正常，機組運行良好。但自2014年下半年后，凝汽器真空出現下降，在相同負荷及蒸汽溫度、蒸汽壓力基本穩定的情況下，真空值下降約-3kpa左右，并隨著機組的運行還處于不斷劣化的趨勢，至2014年底甚至出現真空低，不得不控制負荷的現象。排汽溫度也逐步上升，多次出現排汽溫度高報警的現象。由此帶來的后果便是發電效率顯著下降，根據統計數據表明：平均噸汽發電量從2014年初的155kwh/噸汽，下降至149kwh/噸汽，最小時甚至到147kwh/噸汽。發電總量也出現下降，在蒸汽參數基本不變的情況下，因排汽溫度高等原因，最大負荷下降約5%。經過分析認為：真空下降的原因主要是凝汽器冷卻管道內部長時間運行后出現結垢，影響換熱效果，射水箱溫升快。因處于公司計劃生產期間，為保持生產，在運行中通過各種方式進行調整，努力保持正常生產。

1、通過開大射水箱進出口閥門，增加循環冷卻水量，降低射水溫度。

2、增加循環水冷卻塔的風扇轉速，通過變頻器，提高循環水冷卻塔的風扇轉速，以降低循環水溫度，但此方法會增加水耗及電耗，同時在低負荷或負荷變化較大時會出現凝結水過冷現象，需根據工況及時進行調整。

3、增加循環水量，我廠發電站部分循環水泵采用了變頻器啟動，利用變頻器進行水泵調速，增加凝汽器循環水量，增加換熱量。

4、在2014年下半年，通過以上措施基本能滿足余熱鍋爐的送汽量生產，不會出現蒸汽外排現象。但也處于機組能處理的上限，鍋爐蒸發量大時就可能出現外排情況。為此在2015年度檢修中，對凝汽器進行了全面的清洗，利用高壓水沖洗凝汽器換熱管道內部，將大部分附著物清洗出凝汽器;同時加大了射水箱容積。通過以上維護、改造處理，提高了凝汽器的冷卻效果，降低射水箱溫度。2015年檢修復產后，噸汽發電量達到了160kwh/噸汽左右。發電機組能帶到額定負荷，而不會出現真空下降、排汽溫度高報警等現象。

二、蒸汽溫度及壓力變化對機組運行效率的影響

我公司余熱鍋爐參數為：蒸發量31.6t/h 壓力3.7MPa 溫度360℃。設置有一次減溫、減壓裝置，二次減壓裝置。但在前期使用過程中，因余熱發電系統未運行，一次減溫及減壓裝置均未投入使用，在余熱發電系統投入運行之初，因長期閑置，減溫、減壓裝置不能使用。至發電站的蒸汽溫度及壓力難以調節。

我公司汽輪機組額定進汽壓力3.5MPa、額定進汽溫度310℃。在汽輪機運行中，蒸汽壓力、蒸汽溫度、蒸汽流量等參數都等于設計參數時，這種運行工況稱為設計工況，此時的效率最高，對設備運行最有利，所以又稱為經濟工況。運行中如果各種參數都等于額定值，則這種工況稱為額定工況。但在實際運行中，很難使參數嚴格地保持在設計值，這種與設計工況不符合的運行工況，稱為汽輪機的變工況。這時進入汽輪機的蒸汽溫度、壓力、流量和凝結器真空的變化，將引起各級的壓力、溫度、焓降、效率、反動度及軸向推力等發生變化。這不僅影響汽輪機運行的經濟性，還將影響汽輪機的安全性。

我公司在汽輪機試運行的前期試驗中，當汽輪機組進汽壓力達到3.5MPa時，鍋爐汽包壓力偏高，容易出現安全閥起跳等情況。為保證鍋爐的正常生產，必須對汽輪機進汽壓力進行適當的控制，導致進汽壓力偏離額定壓力。所以在日常運行中，需認真監督汽輪機初、終參數的變化。

2015年以來，尤其是2015年5月份以來，由于冶煉物料等的變化，鍋爐過熱蒸汽溫度不穩定，過熱蒸汽溫度偏高，汽輪機組進汽壓力及溫度均處于波動狀態，大部分時間為溫度高，同時為降低鍋爐排汽阻力，蒸汽管道壓力控制較低。集中體現為進汽壓力偏低而溫度偏高，兩者共同作用，通過觀察汽輪機振動、脹差、軸位移等均無明顯變化，噸汽發電量輕微減少。以下就蒸汽溫度及蒸汽壓力兩項的變化對汽輪機組運行的影響進行分析。

1、主蒸汽壓力升高

當主蒸汽溫度和凝結器真空不變，而主蒸汽壓力升高時，蒸汽在汽輪機內的焓降增大，末級排汽濕度增加。

主蒸汽壓力升高時，即使機組調速汽閥的總開度不變，主蒸汽流量也將增加，機組負荷則增大，這對運行的經濟性有利。但如果主蒸汽壓力升高超出規定范圍時，將會直接威脅機組的安全運行。因此在機組運行規程中有明確規定，不允許在主蒸汽壓力超過極限數值時運行。

主蒸汽壓力過高有如下危害：

（1）末級葉片可能過負荷。主蒸汽壓力升高后，由于蒸汽比容減小，即使調速汽閥開度不變，主蒸汽流量也要增加，再加上蒸汽的總焓降增大，將使末級葉片過負荷，所以，這時要注意控制機組負荷。

（2）主蒸汽溫度不變，只是主蒸汽壓力升高，將使末幾級的蒸汽濕度變大，機組末幾級的動葉片被水滴沖刷加重，腐蝕加劇。

（3）承壓部件和緊固部件的內應力會加大，甚至造成這些部件受到損傷。

如果蒸汽壓力在允許范圍內，主蒸汽壓力升高可使汽輪機的焓降增加，在保持原來負荷的工況下，主蒸汽的流量減少，即汽輪機的汽耗率降低，機組運行的經濟性好。如果超過汽機額定工作壓力以上，主蒸汽壓力升高，會導致主蒸汽管路、導汽管、汽室、汽門等承壓部件及緊固件金屬材料的應力增加。汽輪機末幾級的蒸汽濕度要增大，葉片可能遭受沖蝕。所以主蒸汽壓力超過規定值，應及時聯系鍋爐調節蒸汽壓力，使它盡快恢復到正常范圍;當鍋爐調整無效時，應利用放空等方式進行降壓。

2、主蒸汽壓力下降

當主蒸汽溫度和凝結器真空不變，主蒸汽壓力降低時，蒸汽在汽輪機內的焓降要減少，蒸汽比容將增大。此時，即使調速汽閥總開度不變，主蒸汽流量也要減少，正常情況下，壓力下降的同時，適當降低負荷以保持壓力;若汽壓降低過多時，機組帶不到滿負荷，運行經濟性降低;這時調節級焓降仍接近于設計值，而其它各級焓降均低于設計值，所以對機組運行的安全性沒有不利影響。如果主蒸汽壓力降低后，機組仍要維持額定負荷不變，就要開大調速汽閥增加主蒸汽流量，這將會使汽輪機末幾級特別是最末級葉片過負荷，影響機組安全運行。

當主蒸汽壓力下降時，操作人員降低汽輪機組負荷，以達到提高機組進汽壓力的目的;并盡快聯系鍋爐恢復汽壓;當蒸汽壓力持續下降超過允許值，且短時間難以恢復時應采用停機方式，以保護設備安全。

3、主蒸汽溫度升高

根據我公司近期鍋爐運行的實際情況，主蒸汽溫度變化的可能性較大，主蒸汽溫度變化對機組安全性、經濟性的影響比主蒸汽壓力變化時的影響更為嚴重。當主蒸汽溫度升高時，主蒸汽在汽輪機內的總焓降、汽輪機相對的內效率和熱力系統的循環熱效率都有所提高，熱耗降低，使運行經濟效益提高，但是主蒸汽溫度升高超過允許值時，對設備的安全十分有害。主要危害體現如下：

（1）調節級葉片可能過負荷。主蒸汽溫度升高時，首先調節級的焓降增加;在負荷不變的情況下，調節級葉片將發生過負荷。

（2）金屬材料的機械強度降低，蠕變速度加快。主蒸汽溫度過高時，主蒸汽管道、自動主汽閥、調速汽閥、汽缸和調節級進汽室等高溫金屬部件的機械強度將會降低，蠕變速度加快。汽缸、汽閥、軸封堅固件等易發生松弛，將導致設備損壞或使用壽命縮短。若溫度的變化幅度大、次數頻繁，這些高溫部件會因交變熱應力而疲勞損傷，產生裂紋損壞。這些現象隨著高溫下工作時間的增長，損壞速度加快。

（3）機組可能發生振動。汽溫過高，會引起各受熱金屬部件的熱變形和熱膨脹加大，若膨脹受阻，中心不一致等，則機組可能發生振動。

當主蒸汽溫度過高時，可采用適當放空的方式，但綜合發電效率及其它因素，該方式效果有限。因此在蒸汽管道上增設減溫減壓裝置，并在減溫減壓裝置處加設了溫度檢測裝置，減溫噴水閥門可根據蒸汽溫度自動打開或關閉;溫度較高時，噴水減溫。蒸汽溫度下降至合理值時，自動關閉噴水閥門，使進入汽輪機組的蒸汽溫度控制在合理范圍。

4、主蒸汽溫度降低

當主蒸汽壓力和凝結器真空不變，主蒸汽溫度降低時，主蒸汽在汽輪機內的總焓降減少，若要維持額定負荷，必須開大調速汽閥的開度，增加主蒸汽的進汽量。一般機組主蒸汽溫度每降低10℃，汽耗量要增加1.3%～1.5%。

主蒸汽溫度降低時，不但影響機組的經濟性，也威脅著機組的運行安全。其主要危害是：

（1）末級葉片可能過負荷。因為主蒸汽溫度降低后，為維持額定負荷不變，則主蒸汽流量要增加，末級焓降增大，末級葉片可能過負荷狀態。

（2）末幾級葉片的蒸汽濕度增大。主蒸汽壓力不變，溫度降低時，末幾級葉片的蒸汽濕度將要增加，這樣除了會增大末幾級動葉的濕汽損失外，同時還將加劇水滴沖蝕，縮短葉片的使用壽命。

（3）高溫部件將產生很大的熱應力和熱變形。若主蒸汽溫度快速下降較多時，自動主汽閥外殼、調節級、汽缸等高溫部件的內壁溫度會急劇下降而產生很大的熱應力和熱變形，嚴重時可能使金屬部件產生裂紋或使汽輪機內動、靜部分造成磨損事故;當主蒸汽溫度降至極限值時，應打閘停機。

（5）有水擊的可能。當主蒸汽溫度急劇下降50℃以上時，往往可判斷為蒸汽含水或汽包漫水進入管道，是發生水沖擊事故的先兆，必須密切注意，當主蒸汽溫度還繼續下降時，為確保機組安全，應立即打閘停機。

當溫度降低時，應聯系鍋爐系統，弄清楚溫度下降的原因，視情況進行操作，若溫度下降過快、時間過長時需采取停機操作。

總結：

本文所述的內容是根據2013年至2015年本廠余熱發電機組運行中所遇見的真空變化、蒸汽參數變化所引起的效率變化情況。真空在允許范圍內的下降對汽機效率影響較大，一旦超出允許范圍，將對機組安全運行構成威脅，必須進行處理。本廠所遇見溫度高、壓力偏低情況，時間較短，對機組運行影響情況不明顯，若出現溫度、壓力兩項參數均過低或過高時必須采取措施進行處理，防止損傷設備。

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