廖攀魏丽蓉
(1.广西桂能科技发展有限公司 广西南宁 530007 2.广西电力职业技术学院 广西南宁 530007)
300MW纯凝机组供热改造后低压缸差胀大原因分析和处理
廖攀1魏丽蓉2
(1.广西桂能科技发展有限公司 广西南宁 530007 2.广西电力职业技术学院 广西南宁 530007)
某电厂300MW纯凝机组供热改造后在低负荷运行时供汽采用中压缸排汽。运行中发现此工况下低压缸差胀增大明显,最高达8.7mm,接近机组跳机值,严重影响生产安全。本文从实际数据出发通过理论分析研究造成差胀增大的原因,提出相应解决方案,并比较各方案的优劣,供改造机组选取,为以后电源项目供热改造提供相应的经验。
供热改造;低压缸差胀;低负荷运行;纯凝机组
由现役电厂供热改造不仅能对工矿企业集中供热、关停分散小热电,同时也能充分利用电源企业的潜力,降低热耗率提高企业利润。但对于电源企业,供热改造后可能引起一系列参数变化,造成机组某些运行情况的改变。某电厂两台东汽N300-16.7/538/538-9纯凝机组在2013年供热改造后,低负荷运行时均存在低压缸差胀增大的情况。其机组基本情况如下:
机组的通流部分:高压1个调节级,8个压力级;中压7个压力级;低压2×5个压力级。
机组的汽缸结构情况:高中压缸为合缸结构,高压通流和中压通流采用反向合缸布置。新蒸汽通过高压9级做功后去锅炉再热器。再热蒸汽通过中压7级做功后的蒸汽经一根连通管进入双分流5级的低压缸,做功后的乏汽排入凝汽器。低压缸为分流式三层缸焊接结构。
机组滑销系统:机组有两个绝对死点,分设在2#轴承中心线及低压进汽中心附近;转子相对死点设在中低压轴承箱内推力轴承处。汽轮机运行时高中压缸以中低压轴承箱为死点向机头方向膨胀;低压缸以死点为基准沿轴线分别向机头和机尾两个方向膨胀,转子以相对死点向前后膨胀。
以其中一台机组为模型进行如下试验,分析低压缸差胀偏大的原因:
(1)原始差胀:调整并保持机组负荷不变,机组主汽压力和温度、再热蒸汽压力和温度、排汽压力为设计值,中低压联通管供汽蝶阀全开。
(2)在低负荷时采用中低压联通管供热:保持机组负荷不变,机组主汽压力和温度、再热蒸汽压力和温度、排汽压力为设计值,调整供汽压力0.8MPa左右,供汽流量50t/h左右,这时根据数据分析造成低压缸差胀增大的可能原因。
(3)提高低压缸排汽温度:保持机组负荷W不变,机组主汽压力和温度、再热蒸汽压力和温度为设计值,中低压联通管供汽蝶阀部分关闭调整供汽压力0.8MPa左右,供汽流量50t/h左右,调整凝汽器真空使低压缸排汽温度升高。
(4)降低再热蒸汽温度:保持机组负荷不变,机组主汽压力和温度、再热蒸汽压力、排汽压力为设计值,中低压联通管供汽蝶阀部分关闭调整供汽压力0.8MPa左右,供汽流量50t/h左右,降低再热蒸汽温度。
(5)调整供汽压力:保持机组负荷不变,机组主汽压力和温度、再热蒸汽压力和温度,维持供汽流量50t/h左右,调整中低压联通管供汽蝶阀开度进而调整供汽压力至热用户对供热参数最低要求。
(1)试验机组在同负荷未投抽汽和投中压缸排汽抽汽供热的数据对比如表1。
表1
由表1可以看出在机组参数保持基本不变时,通过将中压缸排汽压力提高至0.8MPa,对外供汽51t/h。中压缸排汽压力的提升直接导致中压缸绝热焓降和有效焓降的减少,造成中压缸排汽温度由318℃上升至360℃。中排温度的上升导致低压缸进汽温度的增加,使低压转子被加热进而热膨胀导致低压缸差胀增加。
当低压缸进汽温度上升时,低压缸进汽导流环段对应转子部分将被直接加热;进入低压缸的动静叶片后蒸汽由于内能转化为动能对外做功,蒸汽温度下降对转子加热作用减少。低压缸进汽导流环段对应转子长度约为400mm;单侧第一级动叶至末级动叶对应转子长度约1400mm;低压转子材料在此温度下的线膨胀系数约为11.3×10-6/℃;由于中压缸进汽温度提升42℃,根据经验取其对应转子温升为40℃,在第一级动叶至末级动叶对应转子的平均温升为15℃,因此根据文献[2]可以估计算得转子膨胀量为:
低压缸内缸的膨胀量主要取决于低压缸排汽温度,因此低压缸膨胀量基本不变。
当低压转子受热膨胀时其将以中低压轴承箱内推力轴承处的相对死点向低压缸侧膨胀,而低压缸以低压进汽中心附近基准沿轴线分别向机头和机尾两个方向膨胀。由计算可以看出低压缸进汽的温度增加42℃对低压缸差胀量影响约为0.66mm,而显示实测低压缸差胀增加了0.7mm,计算与实测数据基本相同。同时由文献[3]可查在50%THA工况时低压缸进汽压力为0.38MPa,低压缸进汽流量338.9t/h,低压缸的进汽压力小于实际运行供热抽汽工况时的低压缸进汽压力(0.49MPa),可排除低压缸末级叶片鼓风造成差胀增加的可能。低压缸差胀的增加主要原因是低压缸进汽温度的提高造成的。
(2)针对低压缸差胀增加的主要原因可采取以下方法缓解:
①降低真空提高低压缸排汽温度,使低压缸的缸胀增加从而减少低压缸差胀。
②降低再热蒸汽温度,进而降低低压转子膨胀增加量。
③降低中低压连通管的供汽压力至热用户要求的下限0.7MPa,增加中压缸绝热焓降和有效焓降从而达到缓解低压缸差胀偏大的目的。
④在低负荷进行供热时,汽源由中低压联通管供汽改为高排汽供汽。
(3)降低低压缸排汽温度方法试验记录如表2。
由数据可知通过增加低压缸排汽温度的方法能有效的缓解低压缸差胀大的影响,当排汽温度增加4.9℃时,差胀下降0.23mm。由于低压内缸壁厚相对较薄、与蒸汽接触换热面积大,当改变低压缸排汽温度时低压缸受热膨胀反应迅速,差胀偏大的现象缓解迅速。但通过这种方法缓解低压缸差胀也会造成以下影响:
①随着时间的推移,在低压缸末级叶片出口后的转子也会由于排汽温度的上升而被加热膨胀,这时差胀减小的效果会被减弱。
表2
②低压缸排汽温度升高会直接导致机组热耗率增加。
③机组振动增加。
(4)降低3号机组的再热蒸汽温度方法试验记录如表3。
表3
通过降低再热蒸汽温度能直接降低中压缸排汽温度从而缓解低压缸差胀。低压转子相对较大换热较慢,因此在降低再热蒸汽温度时对低压缸差胀的影响不如提高排汽温度反应快,但是这种方法基本不会对低压转子的振动产生影响。但同样导致机组实际运行的热耗率增加。
(5)降低中低压连通管的供汽压力至热用户要求的下限0.7MPa,通过降低中排压力,增加中压缸绝热焓降和有效焓降从而达到缓解低压缸差胀增加的目的。但是由于热用户对供汽压力的要求调整程度有限。
(6)可在低负荷进行供热时由中低压联通管供汽改为高压缸排汽供汽。在低负荷时将汽源改为高排供汽,通过减压后满足热用户0.8MPa的压力要求。但供汽其经济性比较暂时没有结论。
经过以上计算和分析可以看出此发电机组低压缸差胀的增加主要原因是由低压缸进汽温度提高造成的。
根据现在的设备和现场条件可行的缓解方法有:
(1)提高凝汽器压力。
(2)降低再热蒸汽。
(3)将供汽压力降低至热用户要求的下限值。
(4)在低负荷进行供热时汽源改为高压缸排汽供汽。
上述方法中第1条和第2条对机组的经济性有一定影响,第3条方法调整范围有限,第4条需要进行进一步的研究以确定在不同负荷、不同供汽流量下的两种供汽方式的经济性。
[1]《东汽N300-16.7/538/538型汽轮机结构设计说明书》.
[2]徐鸿,张保衡.汽轮机转子轴向膨胀计算方法的探究[J].中国机电工程学报,1989,4.
[3]《东汽N300-16.7/538/538-9型汽轮机热力特性书》.
TK267
A
1004-7344(2016)14-0082-02
2016-5-3
廖攀(1985-),男,工程师,本科,从事电力工程工作。
魏丽蓉(1977-),女,高级工程师,本科,从事教师工作。