刍议火力发电机组深度调峰下汽轮机系统特性

任峰波

摘 要： 电源结构不合理，电网调峰能力差，是我国目前电力生产运行存在的主要问题。在风电的迅速增加的背景下，加剧了电网缺乏调峰电源的矛盾，导致无法充分利用可再生资源。火力发电机组深度调峰运行复杂，需要的技术较高，故需要对主机和辅机的特性进行准确把握。现对火电厂汽轮机及其辅机设备进行的低负荷下运行特性的研究，并对深度调峰状态下汽轮机的安全运行提出对策。

关键词：深度调峰 汽轮机系统 特性

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）05-0313-01

影响调峰运行的因素包括锅炉和汽轮机的适应性，火力发电机组的经济政策及管理方法等[1]。电网中负荷峰谷差值的频发出现，诞生了不同的调峰机组和调峰方式，另外，在峰谷差不断加大的情况下，调峰机组的安全运行受到了一定程度的影响。虽然我国火力发电机组一直参与调峰，但是近几年来调峰的深度随着电力市场的变化而不断下探，故对深度调峰下汽轮机及辅机系统特性研究是十分必要的。

一、深度调峰状态下汽轮机本体的特性研究

1.深度低负荷运行下汽轮机效率将会降低。汽轮机各个缸的效率可以分别讨论：对于高压缸来说就是调节级焓降占的高压缸焓降的比例增大了，而调节级效率没有压力级的效率高，所以高压缸效率下降；对于中压缸来说，没有什么影响，缸效率基本不随负荷变化；对于低压缸来说，排汽损失增大了，而且末级的效率很低，所以低压缸效率降低的最大。

2.长时间低负荷运行时，调速汽门在开度很小的范围内工作，蒸汽节流现象严重，压力降落大，流速也大，其后果是使调速汽阀的阀座和阀体磨损加剧。长期低负荷运行会造成汽缸变形，引起动静部分中心线不一致，造成机组振动。低负荷运行时，通过汽轮机的蒸汽流量很小，不足以把转子转动时的摩擦鼓风损失所产生的热量带走，导致排气温度高于正常值，会造成排汽缸或凝汽器温度过高。

3.汽轮机低负荷运行，会加速末几级叶片汽蚀的发展。在深度低负荷时，进入汽轮机的蒸汽参数较低，蒸汽做工后温度降低通过末几级叶片时湿度较大，含水明显的蒸汽会造成汽轮机叶片的汽蚀。汽轮机叶片的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电厂的安全，低负荷下对叶片汽蚀的问题必须采取措施进行防范。汽轮机在低负荷时进汽量少，容易使末级叶片产生鼓风摩擦，造成排汽温度升高，末级叶片的工作条件恶化，容易引起叶片断裂。

4.汽轮机动叶片的根部和叶轮的轮缘都会产生较大的负反动度。深度低负荷运行，汽轮机叶片的振动增加，尤其是末几级叶片的颤振增加，如果此工况长时间期多频次的出现，振动将会造成汽轮机叶片的疲劳断裂，影响机组的安全运行。

5.汽轮机从低负荷到高负荷然后高负荷到低负荷，转子表面、转子中心孔、汽缸内壁、汽缸外壁等的热应力刚好完成一个交变应力循环。金属部件在交变热应力反复作用下，在低于其强度极限，甚至许用压力的情况下，就会因热疲劳遭而破坏。汽轮机频繁大幅度升降负荷，就会产生热疲劳。异常情况下，加减负荷过快，会产生较大热应力，加剧部件的破坏，影响汽轮机的寿命。

6.低负荷运行会使系统真空变高，真空升高即背压降低，会产生一系列不利影响：a、在设计工况下，凝汽式汽轮机最末级喷嘴汽流一般是处于临界状态，背压降低将使蒸汽进一步在喷嘴斜切部位膨胀，末级隔板前后压差增大，而造成隔板过负荷。b、若背压继续降低，最末级动叶中将出现临界工况，这时动叶前（即喷嘴后部）的压力并不随背压降低而降低，动叶后的压力下降，使动叶前后压力差增大，造成动叶过负荷并引起轴向推力增大。c、如果背压继续降低，则蒸汽在动叶外膨胀不能产生有效功。此时背压降低不能再增加汽轮机功率，这对汽轮机的安全和经济性都无好处的。d、真空过高，排汽温度低而湿气增加，末级叶片水蚀加剧。e、对于低压缸与轴承座一体设计的机组来说，真空过高有可能使低压缸中心发生偏移，是造成机组振动的一个原因。

二、深度调峰状态下汽轮机辅机的特性研究

1.对凝结水系统的影响。a.对凝汽器的影响：：在低负荷运行时，凝汽器过冷度变大，凝结水的溶氧量较易升高，若真空保持不当，会造成设备腐蚀。b.低负荷阶段运行时，进入汽轮机做功的蒸汽量减少，汽轮机负压增大，负压系统不严密处的空气泄漏量就会相对增大，漏入的空气不仅使水侧凝结水溶氧量升高而且会使凝结水泵产生汽蚀。

2.低负荷对回热系统加热器的影响。负荷突然降低，那么加热器压力下降较快，加热器内有一部分饱和水将汽化引起汽水共腾，水位亦同时上升，回热系统高压和低压加热器的水位不易维持，并且各级加热器之间疏水压差变小，压差小较容易造成加热器疏水不畅和疏水阀门汽蚀最终导致加热器无法维持正常水位运行，加热器的效率大大降低，间接威胁机组的稳定运行。

3.在汽轮机组降低负荷时，汽封供汽系统，除氧器供汽系统，辅汽系统的汽源需要及时切换，保障系统供汽压力。频繁切换不仅加大监控难度，可会加快相关阀门的损耗。

4.对给水泵的影响。当汽轮机负荷变化时，若压力变化太快，会造成给水泵入口汽化；低负荷运行时，给水泵需要在低流量的工况下运行，同样可以造成汽蚀损伤，并且还会发生水力不平衡引起的扰动和噪声，当泵的流量降到一定的程度时，叶轮入口产生涡流，进而会产生给水压力的波动和脉动现象，造成叶轮入口区金属的汽蚀。

5.对除氧器的影响。为了提高机组的经济型和增加负荷的机动性，除氧器一般采用滑压运行，当负荷降低时，抽汽参数偏离设计值，将导致除氧效果降低。如果是负荷突降，抽汽压力下降，由于温度不能突变，其抽气压力对应的饱和水温度低于除氧器内水温度，对除氧更为有利，所以含氧量下降。但这并不是一个好现象，对于这种闪蒸现象，应做相应的措施。

三、结语

火力发电机组在深度调峰状况下，利于电网对可再生能源的接纳，满足国家节能减排政策，但是汽轮机在此状况下的运行温度较高，损害了其部件，致使金属材料出现脆化、强度降低；汽轮机辅机设备在深度低负荷状态下易偏离正常设计参数而运行不稳定。故在深度调峰下，应对汽轮机及辅机系统的安全特性进行重点考虑。

首先汽轮机低压缸是有安全进汽要求的（低压缸最小进气量参见设计参数），在汽轮机低负荷运行时应首先满足汽轮机低压缸的安全要求。其次在汽轮机组降低负荷时，要注意汽水系统的切换操作，如疏水系统，汽封供汽系统，除氧器供汽系统，厂用汽系统的切换操作等。

如果在需要在低负荷区间长时间运行，需要注意以下几个方面的问题。

1.在长时间低负荷时通过汽轮机的蒸汽流量很小，排气温度高于正常值，会造成排汽缸或凝汽器温度过高。在投入汽轮机低压缸排汽减温水时要注意检查喷出的水雾是否会造成低压缸叶片的侵蚀，必要时可对喷水压力及喷射角度进行适当地调整；运行中要监视减温水连锁是否可靠，温度设定是否合理。

2.在长时间低负荷运行后低压缸长叶片根部将会产生较大的负反动度，叶片冲刷损坏，甚至形成稳定的旋涡使叶片产生颤振。大修中需要对叶片进行频率测定和金相分析，测定强度，解决办法可以是改变叶片的结构，选择合适的叶片型号和结构，如调整叶片的冲角、增加叶片宽度、减小动静叶片面积比等。

3.在低负荷运行时候，要保证进入汽轮机的蒸汽参数不超出制造厂家设计允许值，因为锅炉在低负荷时主汽与再热汽温差将会增大。

4.在低负荷运行时候汽輪机回热加热器级间疏水压差变小，加热器疏水容易发生疏水不畅和汽蚀，因此，要采取相应的保护措施，如加装疏水冷却器等设备防治汽蚀。

5.在运行调整方面，在降负荷调峰的时候要控制负荷变动率，防止温度和压力突变对本体及其辅机设备运行的冲击影响。

参考文献

[1]姜延灿，邓彤天，张颖，等.600MW火电机组低负荷调峰的经济运行方式分析[J].汽轮机技术，2015，（1）：61—64.

[2]王海琴.调峰运行对汽轮机辅助设备的影响[J].中国科技博览，2014，（46）：45.

[3]贾贵华.发电厂火电机组中锅炉和汽轮机组的协调控制系统分析[J].科技致富向导，2015，（3）：266.