正文 第五章 工況變化對汽輪機安全經濟運行的影響(3 / 3)

(3)氣溫過高還會使各受熱部件的熱變形和熱膨脹加劇;若膨脹受阻則有可能引起機組振動。

因此,在運行規程中極嚴格地規定了主蒸汽溫度允許升高的極限值。例如,對額定氣溫為53攝氏度的機組,一般僅允許氣溫在額定值的+5—10攝氏度範圍內變化。當氣溫超過規定範圍時,應聯係鍋爐進行調整,汽機值班人員應加強監視,同時配合做好各項工作。若調整無效,則應按規程規定進行處理。

主蒸汽溫度降低時,不但影響機組運行的經濟性,同時也將威脅設備的安全,必須果斷而迅速地處理。氣溫下降的危害是:

(1)如果氣溫下降是緩慢的,這時的溫度應力不是主要問題,但為保持電負荷不變,就宴增加汽輪機進汽量。

(2)在汽壓不變的情況下,氣溫降低,汽輪機末幾級的蒸汽濕度就要增大,對這些級動葉片的衝蝕加劇,葉片的使用壽命縮短。

(3)氣溫急劇下降時,汽缸等高溫部件會產生很大的熱應力及熱變形,嚴重時會使動、靜部分造成磨損事故。

(4)氣溫降低還會使軸向推力增加。

(5)氣溫急劇下降,往往是水衝擊事故的征兆,必須引起運行人員的足夠重視。

由於氣溫下降而減負荷停機,一般是這樣規定的(以國產200MW機組為例)當汽輪機進氣溫度的過熱度降低到120攝氏度時,負荷應減到零,隻能維持空負荷運行,當進氣溫度的過熱度繼續下降到100°C以下時,應停止汽輪機運轉。這一數值規定得比較低,主要是考慮到高壓缸排汽又回到再熱器,因此主蒸汽溫度的降低對汽輪機末幾級的濕度和應力的影響,比非中間再熱式機組要緩和一些。

對非再熱式機組的規定,當主蒸汽溫度低於額定工況下調節級汽室汽缸內壁溫度30攝氏度左右時,負荷應減至零若氣溫仍繼續下降,則應打閘停機。

三、再熱蒸汽壓力及溫度的影響

主蒸汽從以缸排出後,經過再熱器及其管道進入中壓缸,壓力將會有不同程度的降低。這一壓力降低的損失稱為再熱器壓損。再熱器壓損一般是以百分比(即蒸汽通過再熱器係統的壓力損失與高壓缸排汽壓力之比)來表示的。

同主蒸汽溫度一樣,再熱蒸汽溫度的變化也直接影響機組運行的經濟性。實際上,再熱機組的中壓缸就.當於一台中壓汽輪機,隻是蒸汽溫度較高一些。

再熱氣溫度超過額定值,限於金屬材料的強度,對汽輪機和鍋爐都是不允許的。因為再熱蒸汽超溫,同樣會造成設備的損壞或使用壽命的縮短。

當再熱氣溫升高時,用噴水減溫的方法雖可使氣溫降低,但這將直接增加中、低壓缸的蒸汽量。一方麵會引起中、低壓缸各級前的壓力升高,造成隔板和動葉片的應力增加和軸向推力的增加,另一方麵對經濟性也不利。對國產200MW機組的計算表明,再熱蒸汽的噴水每增加將使熱耗增加0.1-0.2%。因此,應盡量少用噴水減溫方式調節洱熱氣溫,最好不用。

再熱蒸汽溫度低於額定值時,不僅會使末級動葉片應力增大,而且末幾級蒸汽濕度增加。若長期在低溫下運行,將加劇葉片的衝蝕。在運行中,如果發現洱熱蒸汽溫度下降的情況與負荷變化情況不相符合,要聯係鍋爐檢查再熱器減溫水門是否正常,以及其它有關設備的情況,發現問題及時處理。

四、真空(排汽壓力)變化的影響

凝汽器真空變化對汽輪機安全、經濟運行有較大的影響。真空高即排汽壓力低,可以使機組的耗汽量減小,獲得較好的經濟性。對國產200MW再熱式汽輪機,當真空降低1%時,汽輪機熱耗一般要增加0.7%。所以,凝汽式機組運行時,應維持較高的空隙。

凝汽器真空的產生,是依靠汽輪機排汽在凝汽器內迅速凝結成水,體積急速縮小來實現的。為了使汽輪機的排汽能夠迅速冷卻而凝結成水,需要向凝汽器通入大量的冷卻水。若要維持較高的真空,在冷卻水溫度相同的條件下,就必須增加進入凝汽器的冷卻水量,亦即要消耗較多的電力。因此,隻有維持在經濟真空下運行,才是最有利的。所謂經濟真空,就是用提高真空使汽輪發電機增加的負荷與循環水泵多消耗的電能之差最大時的真空。當真空繼續提高時,若汽輪機末級噴嘴的膨脹能力達到極限,則機組負荷就不再增加,此時的真空稱為極限真空。

確定經濟真空和極限真空的原理圖。曲線P為凝汽器內絕對壓力變化曲線。

汽輪機運行時,必須隨時、認真地監視其真空度是否正常,若真空異常,應及時分析原因,並采取適當措施解決。

用來簡便地分析真空正常與否以及不正常的原因。縱坐標1,2,3,4分別表示循環水進、出口溫度、排氣溫度、凝結水溫度。橫坐標可以自由取定。實線表示凝汽器的正常工作情況,虛線表示其運行情況。用此圖分析真空時,應在相同負荷下,將虛線與實線相比較。

若1-2間的虛線連線斜率比實線斜率大,則說明冷卻水量變少;

若2-3間的虛線連線斜率比實線斜率大,則說明傳熱情況惡化,可能是凝汽器銅管髒汙,或者結垢所致;

若3-4間的虛線連線斜率比實線斜率大,則說明過冷卻度增加,可能為漏入空氣所致。

若各虛線斜率與實線斜率一致,則表明凝汽器工作正常。而真空較正常值偏高或者偏低,但每條線的斜率不變(折線上下平行移動),這種情況主要是由於冷卻水進口水溫不同所致。

汽輪機凝汽器真空下降(排氣溫度升高)會有下列危害:

(1)排汽壓力升高,汽輪機的可用熱降減少,除了不經濟外,機組出力也將降低。

(2)排汽缸及軸承座等部件受熱膨脹,可能引起中心變化,使汽輪機產生振動。

(3)排氣溫度過高時,可能導致凝汽器銅管的脹口鬆弛,破壞凝汽器的嚴密性。

(4)有可能使軸向推力發生變化。理論計算表明,當負荷不變,真空降低時,純衝動汽輪機的軸向推力増大;對最末幾級反動度較大的凝汽式汽輪機,真空降低所引起軸向推力的變化是無關重要的對反動式或衝動、反動混合式汽輪機,真空降低時,因轉子輪轂的影響,其軸向推力將會較額定真空下的軸向推力有比較顯著的降低。

(5)真空下降,將使排汽的容積流量減小,對末幾級葉片工作不利。因為大型機組的末級長葉片的工作可靠性與蒸汽的容積流量密切相關。蒸汽的比容在背壓下降到低於大氣壓的範圍時增長很快。凝汽式汽輪機的排汽容積流量要比進汽容積流量大一百到一千倍,這主要是因為大功率機組的進汽壓力高、比容小所致。末級葉片的汽流速度,可用容積流量來表示,速度同容積流量的關係如下式:

顯然,末級葉片的汽流速度與真空度有關。當真空度變化大時汽流速度變化也大。排汽壓力增加了一倍,由於蒸汽比容減小,汽流速度大約也減小一倍。因此,當排汽容積流量(GT)減小時,末級就要產生脫流及旋渦。同時還會在葉片的某一部位產生較大的激振力,它的頻率不與葉片的固有頻率成整數倍,即不是與葉片發生共振,而是屬於自激振動,或稱為葉片的顫振。這種顫振的頻率低、振幅大,極易損壞葉片,造成事故。

在實際運行中,真空下降的原因很多,但往往是因為真空係統的嚴密性受到破壞所致。為保證嚴密性,運行中要定期檢查真空係統的嚴密程度,發現問題及時消除。

帶負荷的機組若真空下降,應及時采取措施提高真空。若真空繼續下降,應按規程規定減負荷。負荷減到零後,若真空繼續下降,降至極限值時應停機。