1、安全技術(shù)調(diào)峰運(yùn)行對汽輪機(jī)輔助設(shè)備的影 響 大機(jī)組參加調(diào)峰運(yùn)行，由于起動頻繁或大幅度負(fù)荷變動，要承受猛烈的溫度變化和交變應(yīng)力，從而縮短使用壽命。參加調(diào)峰還要求機(jī)組在一些特別工況下長時間運(yùn)行，對機(jī)組的平安和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來不利的影響。依據(jù)火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行方式，分析調(diào)峰運(yùn)行對汽輪機(jī)幫助設(shè)備的影響。 1給水泵 機(jī)組常常降負(fù)荷運(yùn)行或頻繁啟、停，運(yùn)行條件特別苛刻，要求給水泵不僅能在負(fù)荷大幅度變化的條件下穩(wěn)定運(yùn)行，而且能長期承受頻繁啟停過程中因壓力和溫度急劇變化而產(chǎn)生的熱沖擊，要求給水泵不僅具有良好的性能，而且具有更高的牢靠性。機(jī)組頻繁起停和長時間低負(fù)荷運(yùn)行，對給水泵的不利影響主要表現(xiàn)在以下方面。 1.1熱應(yīng)力

2、的變化導(dǎo)致壽命損耗 當(dāng)機(jī)組停運(yùn)后，因給水泵的質(zhì)量很大，其熱容量比管道大得多，在未完全冷卻之前，泵體的 溫度高于管道;熱態(tài)起動時，管道內(nèi)溫度較低的水流入給水泵將產(chǎn)生熱沖擊，使泵體產(chǎn)生熱應(yīng)力。葉輪表面和泵殼內(nèi)壁產(chǎn)生拉應(yīng)力。在機(jī)組升負(fù)荷過程中，除氧器中的壓力和溫度隨之上升，高溫的水流入低溫的泵體內(nèi)，將產(chǎn)生熱沖擊，在葉輪表面和泵殼內(nèi)壁產(chǎn)生壓應(yīng)力，因此，在熱態(tài)起停過程中，水泵承受的是交變應(yīng)力，必將導(dǎo)致水泵的壽命損耗。 1.2汽蝕損傷加快 在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，通常需要停運(yùn)一臺給水泵，此時因除氧器中壓力下降，溫度也降至較 低的水平，管道中積存的溫度較高的水將有一部分蒸發(fā)，使汽水混合物流入泵內(nèi)、葉輪中發(fā)生兩相

3、流，將會引起汽蝕和水錘現(xiàn)象，同時還會引起水泵振動，甚至發(fā)生動靜部分摩擦。 如在低負(fù)荷期間不停給水泵，則水泵在低流量下運(yùn)行同樣會造成汽蝕損傷，并且還會發(fā)生水 力不平衡引起的擾動和噪聲。低流量下的汽蝕多發(fā)生在葉輪葉片入口的背面損傷，特殊是具有大進(jìn)口直徑的葉輪，在低流量時，葉片背面的汽蝕損傷更為嚴(yán)峻。當(dāng)水泵的流量降低到肯定程度時，葉輪入口將產(chǎn)生渦流，這時將會產(chǎn)生給水壓力的波動和脈動現(xiàn)象，造成葉輪入口區(qū)金屬的汽蝕。 為了減緩水泵吸入壓力瞬間下降危害水泵平安運(yùn)行，可在水泵的入口注入凝聚水，并采納自動切換式快開旁路閥進(jìn)行掌握，在汽機(jī)降負(fù)荷時準(zhǔn)時地開啟旁路閥。為了防止吸入管壓力下降過快造成汽蝕，應(yīng)適當(dāng)掌握降

4、負(fù)荷速度，在正常狀況下，降負(fù)荷速度不宜大于3 %/min。 1.3熱撓曲 在正常運(yùn)行工況下，給水泵的水溫約在130220 之間，當(dāng)機(jī)組因調(diào)峰停運(yùn)后，泵內(nèi)的存水冷水沉到泵的底部，導(dǎo)致泵體上下產(chǎn)生溫差，上部溫度較高，下部較低，使泵體和轉(zhuǎn)子向上拱曲變形。這種熱撓曲現(xiàn)象，一般要在停運(yùn)6 h后才會漸漸消退。在存在熱撓曲期間，如再起動，將會產(chǎn)生特別振動，甚至引起動靜摩擦。最大熱撓曲一般發(fā)生在停運(yùn)后2 h左右，在此期間，盡量避開再起動。 為了消退給水泵的熱變形，對于由汽輪機(jī)驅(qū)動的給水泵，汽輪機(jī)通常具有盤車設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)盤車，在不具備盤車條件時，可在起動前對水泵進(jìn)行預(yù)熱，使水泵溫度勻稱分布，并盡可能使吸入管

5、道中的水溫接近除氧器中的水溫，以減小對水泵的熱沖擊。為此，可加裝一臺幫助循環(huán)泵，從除氧器流經(jīng)給水泵和吸管再回到除氧器進(jìn)行循環(huán)，這樣可以有效地保證給水泵平安起動和降低給水泵的壽命損耗。 1.4給水泵牢靠性 負(fù)荷頻繁大幅度變化對給水泵牢靠性的影響主要表現(xiàn)在以下四個方面。 1)給水泵的殼體。大容量給水泵在啟、停或工況突然變動時，壓力和溫度將發(fā)生猛烈變化，因而泵體也會產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力和不勻稱熱變形，甚至使轉(zhuǎn)子與殼體之間同心度受到破壞。單殼體給水泵承受這種熱沖擊的力量較差，簡單產(chǎn)生振動、磨損和泄漏等事故，因此通常采納雙殼體筒形結(jié)構(gòu)。雙殼體給水泵對稱性好，不簡單產(chǎn)生不勻稱變形。另外因內(nèi)外殼體之間布滿泵出

6、口的高壓水，所以內(nèi)殼體結(jié)合面的密封非常牢靠。但在負(fù)荷頻繁大幅度變化時給水泵的外殼體要長期承受因壓力和溫度變化而產(chǎn)生的交變應(yīng)力，因此必需具有足夠的疲憊強(qiáng)度。 2)轉(zhuǎn)子振動。隨著機(jī)組容量的不斷增大，鍋爐給水泵也在向大容量和高轉(zhuǎn)速方向進(jìn)展。與此同時，振動在給水泵的各種事故中占有的比例越來越大。導(dǎo)致振動的緣由特別簡單，有設(shè)計制造方面的緣由，也有安裝運(yùn)行方面的緣由。對常常變負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組尤應(yīng)留意以下問題。 大容量機(jī)組的給水泵一般采納汽輪機(jī)拖動。負(fù)荷頻繁大幅度變化，給水泵要在頻繁的低速盤 車和給水溫度急劇變化的狀況下運(yùn)行。低速盤車時，因泵內(nèi)密封間隙兩側(cè)沒有壓差，所以異物一旦混入就很難排出，如長時間滯留在密

7、封間隙內(nèi)勢必會損傷葉輪和密封環(huán)，甚至可能引起抱軸事故。另外，由于給水溫度急劇變化以及管路熱應(yīng)力的作用，殼體會產(chǎn)生過大變形，因此也可能引起損傷和抱軸事故。為解決這種問題，除選用合適的材料及硬度外，往往在密封環(huán)表面加工出螺旋形溝槽，以便將混入的異物沿螺旋形溝槽排出來，使密封表面不受損傷。但由于這種密封環(huán)表面外形不是平面，所以對轉(zhuǎn)子的振動特性有很大影響。有時可能會使振動衰減，有時反而會產(chǎn)生不穩(wěn)定振動。因此分析轉(zhuǎn)子振動必需考慮密封環(huán)的動態(tài)特性，這種振動分析應(yīng)包括穩(wěn)定性分析和不平衡響應(yīng)分析。通過穩(wěn)定性分析確定在運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不存在臨界轉(zhuǎn)速，通過不平衡響應(yīng)分析確定在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡時轉(zhuǎn)子各部位振動隨轉(zhuǎn)速變化

8、的幅值，以便對密封環(huán)及軸承的外形進(jìn)行討論改進(jìn)。 另外，降負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組給水泵常常需要在低流量工況下運(yùn)行，這時簡單產(chǎn)生汽蝕和壓力脈 動，并且往往會因此而引起泵體和管路振動。當(dāng)泵內(nèi)產(chǎn)生汽蝕時，不穩(wěn)定的汽蝕空腔周期性地堵塞葉輪番道，因而形成不穩(wěn)定流淌和壓力脈動。這種壓力脈動作用于葉輪的葉片和蓋板引起水泵振動。當(dāng)給水泵的流量降低到肯定程度時，在葉輪的進(jìn)、出口處會產(chǎn)生不穩(wěn)定的二次回流，由此引起的壓力脈動往往會使泵體和管路產(chǎn)生振動，在某些狀況下甚至可能在泵吸入側(cè)引起劇烈的液柱喘振。 3)軸封型式。鍋爐給水泵的軸封型式大致可以分為接觸式和非接觸式兩類，前者包括壓蓋 填料密封和機(jī)械密封，后者包括節(jié)流襯套迷宮密

9、封和浮動環(huán)密封。適應(yīng)變負(fù)荷運(yùn)行的需要，大容量機(jī)組的高壓、高速給水泵宜采納非接觸式軸封。尤其是節(jié)流襯套迷宮密封結(jié)構(gòu)簡潔、牢靠性高、使用便利、壽命長。由于密封部份表面加工有螺旋形溝槽，間隙可以適當(dāng)放大，因此不會因異物混入而損傷密封表面。另外由于間隙的加大可以取消軸套并且在主軸表面上也可以加工出螺旋槽，取消軸套后可以防止當(dāng)密封水瞬間中斷、高溫水噴出時因軸套急劇熱膨脹而使間隙變小造成的抱軸事故。 節(jié)流襯套迷宮密封以凝聚水作為密封水，密封水量的掌握有溫度掌握和壓力掌握兩種方式。 溫度掌握方式是調(diào)整密封水量以掌握泄漏水溫度在60 左右，這時密封水不進(jìn)入泵內(nèi);壓力掌握方式是掌握密封水的注入壓力，使它比泵的吸

10、入壓力高0.1 MPa左右，這時密封水進(jìn)入泵內(nèi)。負(fù)荷頻繁大幅度變動的機(jī)組，給水泵暖泵次數(shù)較多，宜采納溫度掌握方式以提高暖泵效率。 4)壓力脈動。當(dāng)泵的流量降低到某一程度時，泵內(nèi)流淌就開頭紊亂，主要是在泵葉輪的進(jìn) 、出口處消失二次回流。當(dāng)流量下降到最佳流量的1/2左右時葉輪進(jìn)口處的液體就有很大的切向分速，可達(dá)到園周速度的60%70%，也就是產(chǎn)生了劇烈的預(yù)旋。假如連續(xù)降低流量達(dá)到最佳流量的1/3以下，則葉輪進(jìn)口靠近前蓋板處將產(chǎn)生回流，即已經(jīng)流進(jìn)葉輪葉片的一部份流體又向葉輪的吸入口回流，這種劇烈旋轉(zhuǎn)的二次回流在主流的沖刷下又重新流向葉輪內(nèi)部，在葉輪進(jìn)口處形成旋渦。特殊是當(dāng)這些回流混合時將產(chǎn)生很強(qiáng)的喘

11、流，往往引起泵體和吸入管路振動，在某些狀況下甚至?xí)谖雮?cè)引起劇烈的液柱喘振。同樣，當(dāng)流量降低時葉輪出口處也會消失二次回流，即一部分流體自葉輪番出后又流回葉輪內(nèi)部，形成葉輪出口部分的不穩(wěn)定流淌和壓力脈動，這種壓力脈動也引起振動，主要表現(xiàn)為泵體和管路的振動。為預(yù)防泵在降負(fù)荷時產(chǎn)生壓力脈動，應(yīng)留意以下點(diǎn)： (1)在設(shè)計時選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)。增大葉輪葉片出口與導(dǎo)葉進(jìn)口之間的徑向間隙; 適當(dāng)增大葉輪輪轂直徑與頸部直徑之比，以降低葉輪進(jìn)口處消失二次回流; 增大葉片包角。這樣可以加長葉片間流道的長度，削減流道集中度，增加液流穩(wěn)定性，減輕液流在集中流道中產(chǎn)生脫流和旋渦的可能性，以便減輕葉輪出口處的壓力脈動;

12、 適當(dāng)加大葉片出口角，這樣也有利于減輕出口壓力脈動。 (2)在運(yùn)行方面要留意調(diào)整流量，盡量避開運(yùn)行流量過低。 (3)在裝置設(shè)計方面留意增加管路系統(tǒng)剛性，防止管路振動。 2除氧器 滑壓運(yùn)行的除氧器，兩班制運(yùn)行和大幅度轉(zhuǎn)變負(fù)荷都會使殼體產(chǎn)生內(nèi)外壁溫差和熱應(yīng)力，在 起停和負(fù)荷波動過程中，除氧器殼體和水箱都將承受交變應(yīng)力，這種交變應(yīng)力在腐蝕介質(zhì)的作用下將會產(chǎn)生腐蝕疲憊，從而造成除氧器和水箱的壽命損耗。 近年來，國內(nèi)外除氧器腐蝕裂紋問題都普遍存在。造成除氧器裂紋的緣由，除材質(zhì)和焊接因 素外，腐蝕疲憊也是一個重要的因素。 為加強(qiáng)除氧器水箱的剛度，在水箱內(nèi)部設(shè)置的三角支撐架，在工況變動時約束了水箱的變形，將

13、會增加水箱的內(nèi)應(yīng)力，因此，國外已用加大箱體壁的方法提高水箱的剛度，而盡量避開 采納內(nèi)撐結(jié)構(gòu)。 為了削減除氧器的疲憊損傷，提高使用壽命，可采納如下的一些技術(shù)措施。 留意停用愛護(hù)，掌握水溫變化。在停機(jī)期間，利用除氧器水箱內(nèi)的加熱管(又稱再沸騰)加熱凝聚水，并保持肯定的壓力和溫度。同時掌握水質(zhì)的含氧量在合格的范圍內(nèi)。 掌握水箱中水的pH值，并保持在8.59.6的范圍內(nèi)。 掌握補(bǔ)給水的離子電導(dǎo)率，使其保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 掌握機(jī)組負(fù)荷變化率，尤其是降負(fù)荷過程，一般狀況下要求機(jī)組的負(fù)荷變化率不超過3%/ min。在起動過程中也要適當(dāng)?shù)卣莆账涞臏厣俣取?留意加強(qiáng)無損探傷檢驗(yàn)。 選用合適的材料和工藝進(jìn)行

14、內(nèi)壁涂鍍，并防止在運(yùn)行中脫落。 選用可焊性較好的材質(zhì)(通常選用20g鋼)，改進(jìn)除氧器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減小水箱的內(nèi)應(yīng)力。 3高壓加熱器 高壓加熱器在起停和負(fù)荷變化時產(chǎn)生的熱應(yīng)力主要發(fā)生在管板上。正常運(yùn)行中管板上的熱應(yīng) 力，主要是由于給水溫度在加熱器中的上升在進(jìn)出口側(cè)形成的溫差所引起的。管板上應(yīng)力的大小取決于該項(xiàng)溫差的大小。滿負(fù)荷運(yùn)行時，給水溫度上升約2540 ，當(dāng)汽機(jī)旁路投入運(yùn)行時，因加熱器與再熱汽聯(lián)通，給水溫升可達(dá)到60120 。此外由于高壓加熱器蒸汽和凝聚水之間溫度和放熱系數(shù)的不同，可在管板汽側(cè)引起附加應(yīng)力。 在高壓加熱器投運(yùn)的過程中，由于加熱器入口溫度突出上升，將會在管板上產(chǎn)生熱沖擊。在 冷態(tài)

15、起動時加熱器水室與給水箱水溫之差可達(dá)80100 ，在起動時同樣會產(chǎn)生熱沖擊。 假如一臺高壓加熱器單獨(dú)解列肯定時間，溫度下降后再投運(yùn)，給水與水室的溫差可能高達(dá)20 0 ，將會引起很大的瞬態(tài)熱應(yīng)力。 當(dāng)高壓加熱器滿負(fù)荷運(yùn)行時，如遇給水泵掉閘，備用給水泵自動投運(yùn)，給水泵和管道中的低 溫水進(jìn)入加熱器水室將會造成嚴(yán)峻的熱沖擊。 在機(jī)組的起動和停機(jī)、大幅度負(fù)荷波動等過渡工況下，高壓加熱器管板的進(jìn)水側(cè)是溫度突變 的猛烈部位，并產(chǎn)生瞬態(tài)熱應(yīng)力。因此投運(yùn)與解列或增負(fù)荷與降負(fù)荷時的熱應(yīng)力符號相反，所以管板承受的交變應(yīng)力，從而導(dǎo)致管板的壽命損耗，疲憊裂紋將首先在應(yīng)力最大部位的出水側(cè)管板直徑通道兩端管孔邊緣和入水側(cè)鄰

16、近管孔中心的管孔邊緣處產(chǎn)生。 為了保證高壓加熱器熱應(yīng)力及疲憊壽命損耗限定在允許的范圍之內(nèi)，可實(shí)行如下的一些技術(shù) 措施。 3.1適當(dāng)掌握溫度變化率 冷態(tài)起動或工況變化時，溫度變化率一般應(yīng)限制在38 /h，特別狀況下溫度變化率可達(dá)到93 ，不宜再高。當(dāng)溫度突變50 時，管板上的最大集中應(yīng)力約為300 MPa，已接近管板材料的屈服極限。 現(xiàn)代大功率汽輪機(jī)，高壓加熱器投運(yùn)通常都設(shè)有程序掌握系統(tǒng)，根據(jù)給定的溫升速度掌握進(jìn)汽門開啟的速度，或間斷開啟，可以有效地掌握溫升速度，使正常投入運(yùn)行。 在加熱器啟動時，溫度尚未達(dá)到給水溫度之前，可打開給水出口旁路閥，按選定的溫升速率監(jiān)視加熱器的溫升，當(dāng)達(dá)到給水溫度并且穩(wěn)定后，再打開給水出口閥以免發(fā)生水擊。 3.2保持加熱器排汽暢通 在加熱器啟動時，要保證排氣暢通，將加熱器內(nèi)非凝聚氣體排出，是保證加熱器正常工作的重要條件。加熱器內(nèi)如有非凝聚氣體聚集，不但會降低加熱器效率、而且還會加快部件的腐蝕。 監(jiān)視加熱器終