亞臨界300 MW機(jī)組熱再抽汽的中壓調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)計(jì)算及汽流激振力分析

張福杰，馮知正，郭 鐵

(1.國(guó)電沈西熱電廠，沈陽(yáng) 110141；2.國(guó)電龍?jiān)垂?jié)能技術(shù)有限公司，北京 100039)

0 引 言

汽輪機(jī)具有純凝和抽汽供熱兩種工況,所述汽輪機(jī)的抽汽供熱端設(shè)置在鍋爐再熱器出口至中壓主汽閥之間的再熱熱段管道上,兩個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥分別設(shè)置在兩條并列的再熱熱段管道上;所述汽輪機(jī)由純凝工況切換到抽汽供熱工況運(yùn)行時(shí),兩個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥采用順序閥配汽方式依次逐漸關(guān)閉,調(diào)節(jié)汽輪機(jī)抽汽供熱壓力.如此,提高中壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能,使得在供熱抽汽過(guò)程中,汽輪機(jī)再熱熱段的壓力穩(wěn)定在供熱抽汽壓力范圍內(nèi),保證穩(wěn)定性、安全性、節(jié)能減排[1]。

從系統(tǒng)角度來(lái)看，汽輪機(jī)系統(tǒng)的再熱冷段和再熱熱段一般都稱為高排側(cè)，從高壓缸排汽口到汽輪機(jī)的再熱主汽門之間任何管道上抽汽，對(duì)汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的影響都是一樣的。高排冷段和再熱熱段的蒸汽溫度，以及鍋爐設(shè)備中各部分再熱器管道上的蒸汽溫度均存在差別的，因此，抽汽點(diǎn)具體位置應(yīng)根據(jù)溫度進(jìn)行選取，也可以選擇再熱熱段和冷段抽汽混合后，在對(duì)外進(jìn)行供熱。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)組的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速一般都是由高壓調(diào)門控制，通常情況下機(jī)組中壓調(diào)門不參與調(diào)節(jié)或者進(jìn)行輔助性的調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)在數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)中，設(shè)置了高壓調(diào)門的流量特性曲線及反饋邏輯。汽輪機(jī)的中壓調(diào)門，一般情況下不設(shè)置相應(yīng)的流量特性曲線，與高壓調(diào)門保持邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系，故常規(guī)不采用自動(dòng)控制邏輯。因此為了保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，中壓調(diào)門建議采用手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行控制。

在采用熱再抽汽時(shí)，需要對(duì)中調(diào)門進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核。

1 熱再抽汽的本體可靠性評(píng)估

1.1 中調(diào)門調(diào)節(jié)原理

機(jī)組原設(shè)計(jì)時(shí)，中調(diào)閥在機(jī)組低負(fù)荷下和啟動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行調(diào)節(jié)，高負(fù)荷情況下，中壓調(diào)門的開(kāi)度增大，其作用為整流來(lái)保持閥門穩(wěn)定性良好。一般來(lái)說(shuō)，閥門穩(wěn)定的重要措施為盡可能減少汽流對(duì)閥桿和閥蝶的激振力，如圖1所示。

圖1 再熱閥門結(jié)構(gòu)圖

在中調(diào)門可靠性設(shè)計(jì)方面，中調(diào)門應(yīng)有以下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

(1) 閥蝶尺寸大，受汽流沖擊的面積大；

(2)在打開(kāi)過(guò)程中，閥蝶、閥桿及閥桿套等關(guān)鍵部件完全暴露在汽流流動(dòng)區(qū)域中，汽流在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的作用力直接作用在閥蝶和閥桿上，閥蝶等部件受汽流沖擊力大。

因此，中調(diào)門的調(diào)節(jié)性能需電廠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定，運(yùn)行時(shí)需重點(diǎn)監(jiān)視中調(diào)門的振動(dòng)情況、推力軸承瓦溫、低壓缸排汽溫度、且在調(diào)試過(guò)程中按照調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)后壓力與高排調(diào)整抽汽壓力關(guān)系曲線進(jìn)行調(diào)整高排壓力、此外還應(yīng)該監(jiān)視軸振、瓦振、軸向位移等參數(shù)，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，有異常情況下迅速切回[2]。

從理論上來(lái)看，采用中調(diào)閥進(jìn)行壓力控制調(diào)整，是能夠?qū)崿F(xiàn)抽汽要求的。

1.2 中調(diào)門調(diào)節(jié)計(jì)算數(shù)據(jù)

汽輪機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的變化，來(lái)調(diào)節(jié)功率和啟停的變化，進(jìn)而改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量及參數(shù)。中壓調(diào)節(jié)閥是汽輪機(jī)進(jìn)汽系統(tǒng)的重要部件之一，其氣動(dòng)性能直接影響整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，實(shí)際運(yùn)行中汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥中閥體的也存在振動(dòng)現(xiàn)象，類似閥桿斷裂、閥桿振動(dòng)等事故直接影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。一般情況下，閥門中閥體振動(dòng)的主要原因是調(diào)節(jié)閥內(nèi)蒸汽汽流的不穩(wěn)定流動(dòng)，流動(dòng)的邊界與汽流流動(dòng)的不穩(wěn)定流動(dòng)與存在著非常密切的相關(guān)性[3]。蒸汽汽流的不穩(wěn)定流動(dòng)使流體的流動(dòng)無(wú)法有效控制，而蒸汽流動(dòng)中產(chǎn)生的擾動(dòng)向外擴(kuò)散和不斷增長(zhǎng)，影響閥門的安全性和穩(wěn)定性。因此從經(jīng)濟(jì)性和安全性的角度來(lái)看，分析和研究機(jī)組中壓調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部流場(chǎng)，從而優(yōu)化閥門的氣動(dòng)性能，穩(wěn)定汽流和減小流動(dòng)損失，設(shè)計(jì)出汽動(dòng)性能良好的調(diào)節(jié)閥并進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)閥的流動(dòng)效率和運(yùn)行的安全性，對(duì)于廠家和發(fā)電企業(yè)都有著重要的意義[4]。

2 中壓調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)計(jì)算及汽流激振力分析

為了對(duì)中壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)安全性及可靠性機(jī)型分析，運(yùn)用了先進(jìn)的三維計(jì)算軟件對(duì)該機(jī)型的中調(diào)門進(jìn)行了流場(chǎng)計(jì)算與汽流激振力分析。

計(jì)算結(jié)果表明，以上工況下流場(chǎng)計(jì)算各參數(shù)均在安全范圍內(nèi)。以下為具體計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。

2.1 幾何模型

幾何模型如圖2所示。

圖2 再熱閥門幾何模型圖

2.2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分如圖3所示。

圖3 再熱閥門網(wǎng)格圖

2.3 熱態(tài)計(jì)算結(jié)果

流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果(抽汽工況)，如圖4所示。

圖4 再熱閥門馬赫?qǐng)D

2.4 熱態(tài)計(jì)算結(jié)果

流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果(抽汽工況)，如圖5所示。

圖5 再熱閥門流線圖

2.5 瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果

汽流激振力CFX，如圖6所示。

圖6 再熱閥門汽流激振力圖

計(jì)算結(jié)果表明，以上工況下流場(chǎng)計(jì)算各參數(shù)均在安全范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

從以上計(jì)算分析可以看出，電廠低負(fù)荷實(shí)現(xiàn)供熱要求，采用120 MW負(fù)荷熱段抽汽340 t/h，在機(jī)組目前情況下，采用中調(diào)閥進(jìn)行壓力控制調(diào)整是能夠?qū)崿F(xiàn)的。機(jī)組進(jìn)行此類供熱改造的時(shí)候，在具體布置時(shí)應(yīng)增設(shè)的相應(yīng)抽汽管道及閥門，同時(shí)結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。在改造過(guò)程中，機(jī)組的正常檢修和正常運(yùn)行都不應(yīng)受到影響，以免留下隱患危及機(jī)組的運(yùn)行安全。

熱再抽汽改造后，中壓調(diào)門參與調(diào)節(jié)，滿足340 t/h抽汽要求，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，采取可靠的中調(diào)門調(diào)整方案來(lái)保證機(jī)組安全。

綜上所述，采用中調(diào)閥進(jìn)行壓力控制調(diào)整，來(lái)實(shí)現(xiàn)熱再抽汽方案，能夠滿足機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。不利影響，因此，依據(jù)本計(jì)算分析研究結(jié)果，本研究機(jī)型機(jī)組中壓調(diào)閥抽汽是可行的。