浅析高加切除对汽轮机安全性及经济性的影响

李宏岩

摘 要：高压加热器是汽轮机组给水回热系统中的主要设备，它对汽轮机乃至全厂的安全经济运行影响很大。文章就汽轮机的一种特殊变工况运行形式——高加停运（或称切除）的两种典型方式作了简要介绍，并对这两种不同的高加切除方式对汽轮机运行经济性和安全性造成的影响进行了分析。

关键词：汽轮机；高加切除；经济性；安全性

中图分类号：TK267 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）23-0023-02

四平热电公司4号机型号：C260/N350-16.7/537/537型抽汽凝汽式汽轮机。型式：亚临界、一次中间再热、高中压合缸、双缸双排汽、单轴、双抽供热反动冷凝式汽轮机，汽轮机具有八级非调整抽汽。一、二、三级抽汽分别向三台高压加热器供汽，四级抽汽除供除氧器外，还向两台给水泵汽轮机、辅助蒸汽系统供汽。二级抽汽还作为辅助蒸汽系统和给水泵汽轮机的备用汽源。五、六、七、八级抽汽供汽至四台低压加热器。从冷再热蒸汽管道上接出一路至给水泵汽轮机的高压汽源，当机组低负荷时，给水泵汽轮机由高压汽源供汽，当正常运行时，该汽源作为备用。在该汽管道上设有疏水点，经过疏水阀接入凝汽器。冷再蒸汽管道上还接出两路分别至二号高压加热器和辅助蒸汽系统，作为二段抽汽用汽和辅助蒸汽系统的备用汽源。本机组的给水系统采用2×50%B-MCR的汽动给水泵，正常运行时两台汽泵应全部投入运行，两台汽泵并列运行时的出口总流量力应能满足锅炉给水的要求。本机组除氧器采用定—滑—定或定压运行方式，除氧器启动时采用辅助蒸汽定压运行，机组带到一定负荷后，加热蒸汽切换到冷段，然后切换到汽轮机4段抽汽，滑压运行，机组负荷降至一定值后，4段抽汽不能满足除氧器运行要求时，再次切换到冷段或辅助蒸汽，定压运行。旁路系统采用二级串联旁路，按满足机组启动功能设计，高旁容量为15%BMCR蒸汽量。汽轮发电机组实际运行中，高压回热加热器（以下简称高加）处于给水泵出口，承受的压力高，且在较高的温度下工作，运行条件差，发生故障的机会较多。一旦高加发生故障，或因严重泄漏造成壳侧满水时，有可能造成汽、水倒入汽轮机，危及机组安全，必须将其从系统中隔离出来。为保障此种情况下机组的正常供水，系统设计时，都设置了加热器的水侧旁路，高加切除后，给水将绕旁路而行。

汽轮机高、中压缸内外缸高压端的冷却，分别是靠第一段和第三段抽汽通过内外夹层来保证的。系统设计时，由第一段至第三段抽汽加热回热系统的3台高压加热器。给水设置了旁路管道，以保证高加因故停运时，给水能通过旁路阀继续向锅炉供水。

高加切除后，势必造成汽轮机偏离设计工况运行，使其经济性发生变化，并对其运行安全性造成影响，成为限制机组出力的因素。而不同的高加水侧旁路和实际采取的高加停运方式对汽轮机经济性和安全性的影响程度是不同的。

1 高加水侧旁路的类型及高加切除的典型方式

首先高参数大容量机组的高加的安装形式已经从立式加热器改为卧式加热器，采取卧式加热器的优点是卧式传热效果好，换热强度高，但是其缺点就是检修需要大空间，因卧式加热器具有进汽段，加热段，输水冷却段，所以检修工作量大的缺点。

大旁路是指为多台高加设置一公共旁路，优点是系统简单，隔离阀少，操作方便，投资费用省。缺点是灵活性差，事故影响面大，一台高加故障后，所有高加都必须停运。

四平热电高加水侧采用给水大旁路系统，提高了高压加热器的可靠性。在高加水侧切除时，回热抽汽1-3断全部停止运行，抽汽停止使机组给水温度下降，机组效率下降。同时给运行调整带来了困难，易发生超温事件，也会使机组无法带到额定负荷，对经济性产生极大影响。

高加的停运有依次停运法和中间停运法两种典型方式。因四平热电公司采用给水大旁路系统，则所有高加只能一起切除，采用依次停运法。

根据四平厂实际运行方式，在高加切除操做时，回热抽汽按照从高压向低压逐级缓慢停止的原则，逐渐关闭1-3段抽汽逆止门，进汽门，在操作过程中注意给水温度变化，在停高加过程中给水温度每分钟下降不允许超过3℃，同时还要监视汽包水位变化，小机转速变化，速度级压力的变化。在高加停止后，加强对机组的检查与调整，保证机组各项参数不越限。

2 高加切除对汽轮机经济性的影响

不同的高加切除方式对汽轮机运行经济性的影响是不同的。采用依次停运法，被保留的各加热器焓升、端差、抽汽管道流速及压损都基本保持不变。如果此时汽轮机主蒸汽流量不变，则从停运后的那台高加抽汽口开始的下游通流级蒸汽流量及各监视段压力都将增加，通流量的增加近似等于停运高加的原抽汽量。一方面，由于被保留的各加热器热负荷并不增加，造成给水温度降低较多，偏离最佳值较大；另一方面，由于下游通流级流量增加，使冷源损失增加。两方面的原因造成机组经济性下降十分明显。

表1是C260/N350-16.7/537/537型中间再热机组高加全部切除后，基于定功率计算，热耗率增加的情况。

表中数据显示，高加切除引起的经济性下降越明显。

表2是基于主蒸汽流量不变，按等效热降原理对哈汽厂C260/N350-16.7/537/537型汽轮机采用停运法切除高加的方案，进行局部定量分析计算并与额定工况进行比较的结果。

数据表明，高加切除，热耗相对上升0.46%～2.70%。切除3台高加，机组各项经济指标明显降低。高加切除还可能造成锅炉过热蒸汽超温，减温水量增加，机组负荷降低，使经济性大幅下降。高加解列后给水温度由276.3℃变化至174℃，从而使主汽压力下降，为使锅炉能够满足机组负荷则必须相应增加燃煤量，增加送吸风机出力，从而造成炉膛过热，气温升高，更重要的是标准煤耗增加12 g/kwh，机组热耗增加3.6%，厂用电率增加约0.5%。

3 高加切除对汽轮机安全性的影响及对机组出力的

限制

不同的高加停运法对汽轮机运行安全性的影响亦不尽相同。对依次停运法，在主蒸汽流量不变的情况下，因从停运的高加抽汽口开始，下游各通流级蒸汽流量增大，静叶压差、动叶轮周功率及轴向推力都将增加。

高加切除可以使汽轮机输出功率相对提高4.1%～13.0%，如机组强度设计时未考虑高加故障停运，则高加故障停运后，必须对机组出力加以限制，否则必然会影响机组运行的安全性。

停止高加时适当减少进汽量方法，使各抽汽口压力不超过原来的最高允许值。减小后的最大允许进汽量G01 max及相差的调节级后监视压力p2 p1max，可按下式计算：

G01 max=G0 max-？撞Gi

p2p1 max=p2 max·■

式中，i為高加切除台数；G0 max、Gi、p2 pmax分别为原设计最大流量工况下的主蒸汽流量、各高加抽汽量、调节级后监视压力。

当减小后的最大允许进汽量G01 max=0时G0 max=∑Gi，则p1pmax=p2p max。

可见，速度级压力在额定功率不变的情况下较正常运行方式时明显升高，可达到机组允许最大限值，所以当机组高加切除后，不但要监视给水温度、汽包水位等，还要加强速度级压力的调整。为确保机组安全运行，也必须对机组功率加以限制，使其不超过高加切除工况允许最大负荷。故切除JG1，JG2和JG3，机组功率应限制为额定率的80%～85%。

4 高加切除对机组各项指标的影响

①当高加事故停止时，机组最大负荷必须限制在额定率的80%～85%。

②由于事故状态下，给水温度急剧下降（276.3℃下降至174℃），汽包水位瞬间变化较大，小机转速变化达500 r/min，小机MEH调节系统控制变化较大，必须防止小机转速偏差过大造成小机跳闸。

③高加故障切除后，抽汽瞬间停止，抽汽减少，机组负荷突升，在额定工况下，高加紧急故障切除，机组负荷由350 MW可瞬间上升至385 MW，为保证机组的各项参数稳定，必须立即减少机组负荷至最大允许负荷280 MW。

④在高加切除后，小机转速受到较大影响，小机进汽量相应受到较大影响，小机进汽调节门开度波动过大，辅汽联箱压力摆动过大，由0.8 MPa上升之1.0 MPa，造成辅汽联箱安全门动作。影响小机的正常运行

⑤高加解列后给水温度由276.3℃变化至174℃，从而使主汽压力下降，为使锅炉能够满足机组负荷则必须相应增加燃煤量，增加送吸风机出力，从而造成炉膛过热，气温升高，更重要的是标准煤耗增加12 g/kwh，机组热耗增加3.6%，厂用电率增加约0.5%。

⑥高加停运后还会使汽轮机末级叶片蒸汽流量增加，加剧叶片侵蚀。

5 结 语

高加切除属于汽轮机的故障运行工况，严重影响机组的经济性和安全性。运行人员应高度重视高加运行中的监视和控制、停机阶段的保护、以及机组起动过程中高加温升率的限制，以确保高加的可靠性。高加因故障停运后，应限制机组出力，使其低于额定功率。因此必须提高高加运行的可靠性，保证高加的投入率。

参考文献：

[1] 钱进.高加切除对汽轮机影响的经济性及安全性分析[J].贵州电力技术，2001，（6）.