三缸三排汽200MW汽轮机低压转子光轴改造机组抽汽控制策略研究

柳邦家

【摘 要】电厂是一次能源消耗的大户，如何降低机组发电煤耗和供电煤耗是华电能源富拉尔基发电厂一直在极力探索追求的目标，为了降低机组发电煤耗，提高企业经济效益，华电能源富拉尔基发电厂从汽轮机低压缸的光轴改造上实现技术突破，本文将对光轴改造后抽气系统的运行进行详细分析。

【关键词】200MW汽轮机 低压转子 光轴改造 机组抽汽控制

东北等高寒地区供热参数大，供热周期长，特别是在供热高峰期，由于整个东北地区用电负荷逐年下滑，而城市化供热面积却在逐年增大，加上部分新能源企业弃风、弃水、弃光的压力，东北地区火电调峰已箭在弦上，华电能源富拉尔基发电厂正是在这样的大环境下，开始了对#4汽轮机组的低压缸光轴改造，汽轮机低压缸光轴改造如能顺利完成，不仅缓解了火电深度调峰和居民供热的压力，就热电厂本身而言，也是一个创造收益的新思路。

1 机组简介

华电能源富拉尔基发电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N200-130/535/535型超高压一次中間再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机，机组有三个低压缸。总装机容量 1200MW，分为二期建设，一期 3 台 200MW 机组，二期扩建3 台 200MW 机组，共 6 台 200MW 凝汽式机组。汽轮机均为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司八十年代产品，汽轮机为冲动式三缸三排汽凝汽式汽轮机。分别于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投产发电。其中二期 3 台汽轮机分别在 1996、1997、1998 年采用全三维技术进行了通流部分扩容改造，额定功率达到 210MW。

2 低压缸转子光轴改造的可行性

（1）从技术上看，对纯凝机组进行抽汽技术成熟可行的。国内多年已前已对200MW纯凝发电机组进行抽汽供热改造，其技术非常成熟，无任何安全风险。

（2）从供热能力上看， 3X200MW汽机改造后完全可满足新增负荷的供热需要，同时可满足富拉尔基区的供热事故保障率。

（3）从国家宏观政策上看，项目符合国家产业政策，是可行的。项目属于热电联产改造项目，符合国家节能减排的产业政策，是国家大力提倡的。

（4）从经济上看，使用资金转移可实现富发电厂和富热电厂的共赢，是可行的。

（5）从实施难度上看，项目涉及建设的工程量小，建设难度低，是可行的。

因此，项目是可行的，应加快项目推进工作。

3 低压缸转子光轴改造的原理

华电能源富拉尔基发电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N200-130/535/535型超高压一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机，机组有三个低压缸。如果在联通管打孔抽汽供热改造，抽汽量小，稳定性差，机组要想多供汽，最好进行低压光轴供热改造，将#2、#3号低压缸解列，用新设计低压光轴转子代替原低压转子，但因其有三个低压缸， #1低压缸与中压缸是一体结构，#2、#3号低压缸对称分布，低压光轴供热改造难度大。国内其它电厂已进行过低压缸光轴供热改造，并成功运行。

4 机组抽汽控制策略设计原则及调节系统改造措施

汽轮机低压缸光轴改造后，机组的低压通流部分只剩下了#1低压缸，中排压力需要靠进汽量和抽汽量来调节，不能过高也不能过低。中排压力过高时容易导致#1低压缸的蒸汽流量过大，使低压末级叶片应力增加过多；中排压力过低容易造成中压末级叶片压差增大，易引起安全性问题，因此需结合供热抽汽参数、#1低压缸运行参数对机组抽汽运行工况进行详细计算，得到机组安全运行参数范围，图1为机组供热抽汽压力控制曲线。

综上分析可知，汽轮机低压缸光轴改造完成后，中压缸的排气压力将作为抽气控制参数调整的一个主要依据，同时可将中压缸排气压力作为机组危急遮断保护的一个触发点，用于对汽轮机低压缸和中压缸末级叶片的一个保护。同时汽轮机中压缸的进汽量和抽汽量也需要控制在一个合理的范围，因此汽轮机光轴改造后机组试运行期间，汽轮机机组的性能试验是必做的，并以此性能试验为依据定位汽轮机各主气门、调门开度，特别是中主门开度，还有重新核对各抽汽管道的压力。

5 抽汽控制过程中各参数的关系及调整、控制方式探析

汽轮机低压缸光轴改造后，在抽汽控制调整时，以下参数需要认真分析其运行方式，并对其进行严密把控。

5.1 对差胀影响的研究

高中压缸各级流量基本不变，各级温度、焓降基本不变，高中压缸转子和汽缸膨胀量基本不会发生变化。低压缸在冬季供热工况运行时只通入少量冷却蒸汽，其运行状态与夏季纯凝工况运行状态有较大区别，需对低压缸热膨胀重新进行相关计算，以确定适合机组冬季供热运行的相关参数。

5.2 对轴向推力影响的研究

原机组纯凝汽额定工况下，中低压缸分缸压力为0.23MPa，冬季供热运行后，额定抽汽工况下中压缸额定排汽压力为0.246MPa，与非供热期纯凝工况基本一致。供热抽汽工况下高、中压各级压差、焓降都与纯凝工况下相近，未做大的调整，对机组推力不会产生大的影响。机组低压为对称分布，供热期低压缸只进部分冷却蒸汽，流量很小，此时低压缸仍维持0.0053MPa的背压，低压轴封投运，不会对机组轴向推力产生大的影响。从表1可以看出，#2低压加热器由于低压光轴改造，在供热期只作为通道使用，并无低压实际作用，为了保证机组回热温度，供热期设计调整了各级抽汽流量，这可能会对机组抽汽产生一些影响。综合以上各因素对额定工况及最大抽汽工况下机组推力进行了重新计算，推力计算结果见表2，与原机组轴向推力144KN相近，完全满足推力轴承工作需要，所以供热期低压光轴改造后，机组推力完全满足机组安全运行需要。

5.3 对抽气管道运行方式的分析

机组在冬季采暖运行，七抽停运、八抽部分停运后，考虑到八抽分别在三个部位抽汽，即25/30/35级。光轴供热工况下，在第25及第30级处不再抽汽。如空间满足，应在8抽三处抽汽管道汇成一根管道前，在第25及第30级后抽汽管路上各增加一对法兰及相应堵板来进行封堵。夏季纯凝运行时拆除堵板。在七抽管路上，同样增加法兰及堵板进行封堵，夏季纯凝运行时拆除堵板。堵板处因密封不严而漏汽，所以对经常需要针对运行方式变更的堵板需要根据它的需要特别定制，满足其定期拆装反复使用的需要，不能当常规的堵板来设计。

5.4 对机组轴封、真空系统的研究

汽轮机低压缸改造后，由于#2，#3低压缸已不再进汽，原机组设计的一定负荷以上形成的自密封系统将不再发挥作用，需要对轴封系统做相应改造，使其能满足低压缸转子互换过程中轴封能灵活按照相关要求进行切换的需要，在低压缸轴封最外圈也可使用接触式汽封，以减小轴封处的漏空气量，这个接触式汽封根据低压缸处的轴封压力适当调整进汽量。另外轴封系统减温水系统运行时，特别是针对低压轴封部分的减温水，在汽轮机进行光轴改造后也要做相应的运行调整，严防轴封蒸汽带水，在轴封系统投入暖管初期，原轴封系统设计的疏水，特别是中低压系统轴封的疏水位置也有必要进行重新调整，避免因轴封系统疏水不畅，导致汽轮机进水发生水冲击事故。

机组在冬季供热运行时，#2，#3低压缸由光轴转子取代原低压通流，因排汽量为纯凝工况的1/3，对凝汽器来说，相当于低负荷运行，排汽量减少，空气量相对增加，现有的射水抽气器，一运一备，可能会导致抽气器抽吸能力不够，如果电厂不增加抽真空设备，也可以考虑供热运行时，两个抽气器同时运行，但是抽汽器没有备用，任何一个抽气器发生故障，都可能导致在冬季供热，机组深度调峰时因机组真空系统无法保持被迫降出力甚至被迫停机的可能，这样的情况显然不符合我们的设计初衷，另外采购一台射水抽气器或真空泵，作为冬季运行时应对真空变化时抽真空设备的一个备用就显得很有必要，最好对新增的这一台设备进行转子互换运行方式和节能经济方面两方面综合考虑，选择电机功率适当的抽真空设备。

6 结语

汽轮机低压缸进行光轴改造后，机组原运行方式发生了部分改变，本文主要就抽汽系统的控制和由此已发的主机重要参数的变化调整进行了分析和研究，从中找到适合机组运行的方式和思路，确保在汽轮机低压缸光轴改造后，抽汽控制各系统和参数变化可控。