汽輪機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

1、江蘇城市畢業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要汽輪機(jī)是發(fā)電廠三大主要設(shè)備，汽輪機(jī)的啟動(dòng)是指汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)升速至額定轉(zhuǎn)速，并將負(fù)荷加到額定負(fù)荷的過(guò)程。在啟動(dòng)過(guò)程中，汽輪機(jī)各部件的金屬溫度將發(fā)生十分劇烈的變化，從冷態(tài)或溫度較低的狀態(tài)加熱到對(duì)應(yīng)負(fù)荷下運(yùn)行的高溫工作狀態(tài)。因而汽輪機(jī)啟動(dòng)中零部件的熱應(yīng)力和熱疲勞、轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差、機(jī)組振動(dòng)都變化很大，將嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全，并使整個(gè)電廠發(fā)電負(fù)荷降低，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。分析汽輪機(jī)啟動(dòng)中的特點(diǎn)，并及時(shí)采取相應(yīng)對(duì)策和正確的運(yùn)行方式對(duì)保證設(shè)備健康水平和安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有深刻的意義。本文以哈汽600MW汽輪機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程為研究對(duì)象,分析與探討了啟動(dòng)過(guò)程中蒸汽溫升率的計(jì)算方法,并

2、在此基礎(chǔ)上研究了蒸汽初溫與轉(zhuǎn)子金屬溫度的匹配問(wèn)題,使得汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程優(yōu)化。同時(shí)對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中的換熱系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與比較。關(guān)鍵詞：?jiǎn)?dòng)；壽命分配；安全性；29目 錄摘 要I1緒論11.1 課題背景和意義11.2 高壓加熱器的作用介紹及分類(lèi)21.3本課程研究的主要內(nèi)容和任務(wù)32 高壓加熱器停運(yùn)的熱經(jīng)濟(jì)性分析42.1概述42.2 回?zé)嵯到y(tǒng)常見(jiàn)故障分析52.3 高壓加熱器停運(yùn)的熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析52.4與沒(méi)有切除高壓加熱器是全廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比153 高壓加熱器的運(yùn)行對(duì)安全性的影響分析173.1高壓加熱器的啟停及運(yùn)行原理173.2高壓加熱器的停運(yùn)故障分析183.3高加設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)的注意要點(diǎn)233.4

3、降低高壓加熱器停運(yùn)率的途徑253.5 用汽輪機(jī)變工況法分析汽輪機(jī)的安全性264. 結(jié)論與展望304.1 結(jié)論304.2 展望301緒論1.1 課題背景和意義近年來(lái)，我國(guó)的電力工業(yè)發(fā)展十分迅速，供電能力大幅度提高，電網(wǎng)容量不斷增大，用電結(jié)構(gòu)也相應(yīng)變化，電力供求之間矛盾也日益突出，電網(wǎng)峰谷差也日益加劇，迫使大型火電機(jī)組頻繁的參與調(diào)峰運(yùn)行。而調(diào)峰過(guò)程中，機(jī)組的工作條件惡化，機(jī)組的壽命損耗和安全性成為影響調(diào)峰運(yùn)行能力的重要因素。近年來(lái)針對(duì)大中型火電機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行的可行性，各種不同調(diào)峰運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)型和安全性，都進(jìn)行廣泛的實(shí)驗(yàn)和研究，取得了一定的成果，但由于實(shí)際機(jī)組運(yùn)行工況的復(fù)雜性，但目前許多問(wèn)題還需

4、進(jìn)一步深入研究。對(duì)機(jī)組過(guò)渡工況下的狀態(tài)進(jìn)行研究，提高機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型和適應(yīng)性，是當(dāng)前需要解決的主要問(wèn)題。現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)大型機(jī)組，多數(shù)是以帶基本負(fù)荷設(shè)計(jì)的，主輔機(jī)均難以適應(yīng)大幅度調(diào)峰運(yùn)行的要求，限制了調(diào)峰運(yùn)行中負(fù)荷變化的幅度和速率。機(jī)組在調(diào)峰運(yùn)行的啟動(dòng)、停機(jī)和變負(fù)荷過(guò)程中，各處蒸汽參數(shù)不斷變化，其轉(zhuǎn)子和汽缸的金屬溫度和應(yīng)力隨之變化。對(duì)于汽缸這個(gè)厚壁部件，由于機(jī)組高壓缸的設(shè)計(jì)普遍采用了雙層結(jié)構(gòu)，而且汽缸壁的金屬厚度較轉(zhuǎn)子薄，蒸汽對(duì)汽缸內(nèi)壁的換熱系數(shù)也遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)子小，因而啟動(dòng)時(shí)的徑向溫差及熱應(yīng)力都遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)子小，且轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期在高溫區(qū)工作，受力情況很復(fù)雜，除熱應(yīng)力外，還承受著各種機(jī)械應(yīng)力，因而監(jiān)視轉(zhuǎn)子應(yīng)力情況更具

5、有必要性。參與調(diào)峰運(yùn)行的機(jī)組，在工況變化的過(guò)程中，其工作狀態(tài)不斷發(fā)生變化，使蒸汽與金屬之間產(chǎn)生劇烈變化的換熱，造成部件受熱不均勻，形成不均勻的溫度場(chǎng)，使汽輪機(jī)的氣缸和轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。這種頻繁啟停或大幅度負(fù)荷變動(dòng)的非穩(wěn)定工況，將導(dǎo)致金屬材料的低周疲勞損傷，縮短機(jī)組的使用壽命。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是工作條件最艱苦、受力情況最復(fù)雜的汽輪機(jī)部件，其壽命基本代表了整臺(tái)汽輪機(jī)組的壽命。已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。只有準(zhǔn)確了解機(jī)組在不同運(yùn)行工況下的壽命，制定合理的運(yùn)行模式，才能確保火電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。1.2國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r1.2.1國(guó)外研究狀況由于目前轉(zhuǎn)子的溫度和應(yīng)力尚不能直接進(jìn)行測(cè)量，只能通過(guò)間接方法，建立

6、相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，測(cè)量相關(guān)參數(shù)，求出轉(zhuǎn)子金屬溫度和應(yīng)力的變化及壽命損耗?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)子應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型大多數(shù)是采用一維溫度場(chǎng)理論解的簡(jiǎn)化式，其計(jì)算精度較低，只能反映應(yīng)力的變化趨勢(shì)，而不能得到應(yīng)力的精確值。若在此基礎(chǔ)上計(jì)算轉(zhuǎn)子在啟停和變負(fù)荷過(guò)程中的壽命損耗，將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。國(guó)外機(jī)組壽命管理的應(yīng)用在日本、美國(guó)和歐洲較為普遍。美國(guó)自60年代Gollin電站汽輪機(jī)失事以后，一些大的公司和研究機(jī)構(gòu)GEWESTINGHOUSE、EPRI等對(duì)轉(zhuǎn)子的安全性更為重視；進(jìn)行了深入的研究。他們將有限元等先進(jìn)數(shù)值方法用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的分析計(jì)算，對(duì)轉(zhuǎn)子材料的低周疲勞、高溫蠕變、低溫脆性和裂紋擴(kuò)展規(guī)律等諸多方面的問(wèn)題進(jìn)行了大量的

7、研究，并在汽輪發(fā)電機(jī)組上安裝了應(yīng)力及壽命損耗指示器以指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行。日本在汽輪機(jī)壽命管理方面也做了很多工作，除了預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)裂紋的壽命外，還對(duì)轉(zhuǎn)子剩余壽命做出計(jì)算。日本的Kagawa University的Ebara等對(duì)汽輪機(jī)動(dòng)葉片采用的12Cr鋼和Ti6AI4V合金的疲勞特性進(jìn)行研究，F(xiàn)ujiyama，Kazunari；Takaki，Keisuke；Nakatani，Yujiro等根據(jù)統(tǒng)計(jì)損傷和隨機(jī)損傷仿真研究，對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備進(jìn)行壽命評(píng)估，采用先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)汽輪機(jī)流通部分，以提高機(jī)組的性能和設(shè)備的可靠性。另外，日本在無(wú)損探傷的研究方面處于世界先進(jìn)水平，日立、三菱重工、東芝、富士機(jī)電等著名大公司相繼

8、提出脆化一腐蝕法、硬度法、金屬組織法、電極化法等無(wú)損探傷方法作為改進(jìn)轉(zhuǎn)子壽命評(píng)估的手段豫¨3¨141。德國(guó)的Wichtmann，Andreas研究了高溫對(duì)汽輪機(jī)部件的蠕變損傷；Zaviska，Reichel研究了汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)子溫度變化，在此基礎(chǔ)上建立了冷態(tài)啟動(dòng)仿真模型；Scheefer，M；Knodler；Scarlin，B等對(duì)電廠抗高溫、高壓材料進(jìn)行了探討，一方面是發(fā)展新的材料，一方面是在已有的材料表面噴涂抗氧化性能強(qiáng)的圖層；以及關(guān)于機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面也進(jìn)行了大量的研究。122國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀目前有關(guān)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程中的熱應(yīng)力變化和壽命管理方面還有若干問(wèn)題沒(méi)有徹

9、底解決。例如在進(jìn)行機(jī)組非穩(wěn)態(tài)溫度狀態(tài)和熱應(yīng)力計(jì)算中蒸汽參數(shù)和換熱系數(shù)的確定，壽命預(yù)測(cè)中我國(guó)轉(zhuǎn)子用鋼高溫疲勞曲線的確定，都有待進(jìn)一步的研究和完善。汽輪機(jī)在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的條件下工作，實(shí)際運(yùn)行中參數(shù)的變動(dòng)、負(fù)荷的波動(dòng)與設(shè)計(jì)工況差別很大，若用理論值和設(shè)計(jì)值來(lái)分析汽輪機(jī)的熱應(yīng)力和壽命損耗，很難真實(shí)的反映機(jī)組的實(shí)際狀況。只有用實(shí)測(cè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算，才能保證其結(jié)果的真實(shí)可信。但計(jì)算中許多所需要的參數(shù)，實(shí)地的測(cè)取有一定的困難，必須根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行合理的處理。我國(guó)從80年代初開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)子壽命損耗預(yù)測(cè)和壽命分配研究。多年來(lái)，我國(guó)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)、高等院校以及制造部門(mén)、電廠針對(duì)機(jī)組調(diào)峰的需要，以國(guó)產(chǎn)機(jī)組

10、為對(duì)象，研究了汽輪機(jī)主要零部件在非穩(wěn)態(tài)下的溫度及熱應(yīng)力分布、變化規(guī)律、金屬材料的疲勞特性以及部件的壽命損耗。對(duì)國(guó)產(chǎn)大容量機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行的可行性、調(diào)峰運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性、調(diào)峰幅度進(jìn)行了深入的探討，對(duì)低負(fù)荷、少汽無(wú)功和兩班制等不同的調(diào)峰方式在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，很多單位都相繼開(kāi)展了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)力監(jiān)測(cè)和壽命損耗計(jì)算的研究工作。13本文工作簡(jiǎn)述1、以哈汽600MW汽輪機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程為研究對(duì)象，分析與探討了啟動(dòng)過(guò)程中蒸汽溫升率的計(jì)算方法，并在此基礎(chǔ)上研究了蒸汽初溫與轉(zhuǎn)子金屬溫度的匹配問(wèn)題，使得汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程優(yōu)化。2、對(duì)哈汽600MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中的換熱系數(shù)進(jìn)行了研究。

11、由于不同國(guó)家和公司的換熱系數(shù)計(jì)算公式不同，本文對(duì)常用的美國(guó)西屋、前蘇聯(lián)和阿爾斯通公司的換熱系數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行了計(jì)算和比較，并綜合不同的計(jì)算結(jié)果，采用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同部位換熱系數(shù)的計(jì)算公式。3、建立了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)在線計(jì)算模型。本文針對(duì)目前汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)的在線求解問(wèn)題，給出了克蘭克尼科爾森差分計(jì)算模型，并對(duì)600MW汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了仿真計(jì)算，并驗(yàn)證該模型計(jì)算準(zhǔn)確度的可靠性。2轉(zhuǎn)子壽命損耗的研究2.1概述汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)子承受交變應(yīng)力：?jiǎn)?dòng)過(guò)程加熱轉(zhuǎn)子表面承受壓應(yīng)力，停機(jī)過(guò)程為拉應(yīng)力。經(jīng)過(guò)一定周次的交變應(yīng)力循環(huán)，金屬表面將出現(xiàn)疲勞裂紋并逐漸擴(kuò)展以致斷裂。其特點(diǎn)是交變

12、周期長(zhǎng)，頻率低，疲勞裂紋萌生的循環(huán)周次少，稱(chēng)為低周疲勞，不僅發(fā)生在機(jī)組的啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程，在機(jī)組大負(fù)荷變化時(shí)也會(huì)發(fā)生。另外，由于轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境下，轉(zhuǎn)子也會(huì)產(chǎn)生高溫蠕變。因此，轉(zhuǎn)子通常處在疲勞和蠕變交互耦合作用之下。2.2轉(zhuǎn)子裂紋形成機(jī)理金屬?gòu)椝苄岳碚摫砻髁悴考釕?yīng)力與內(nèi)部溫度梯度成正比，交變的溫度場(chǎng)引起交變的應(yīng)力場(chǎng)，循環(huán)周期取決于機(jī)組啟?；蜇?fù)荷變化過(guò)程時(shí)間，相對(duì)于振動(dòng)等高周波機(jī)械應(yīng)力，成為低周應(yīng)力。應(yīng)力或應(yīng)變反復(fù)作用使得材料性能發(fā)生變化，以致出現(xiàn)裂紋。疲勞裂紋經(jīng)歷一個(gè)形成和發(fā)展過(guò)程，并以壽命損耗衡量。致裂壽命即裂紋形成壽命，是指零件從初次投運(yùn)到出現(xiàn)第一條宏觀裂紋所經(jīng)歷的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)數(shù)。

13、出現(xiàn)裂紋過(guò)程中，循環(huán)應(yīng)變不同，會(huì)產(chǎn)生循環(huán)硬化、循環(huán)軟化、循環(huán)穩(wěn)定以及硬化軟化混合型。循環(huán)硬化：指在恒定的應(yīng)變循環(huán)下，循環(huán)所需的應(yīng)力不斷增加的現(xiàn)象。材料硬度增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度也提高。循環(huán)硬化是材料晶體結(jié)構(gòu)中原有的和新生的晶粒位錯(cuò)交互作用的結(jié)果，在有規(guī)則的原子晶格中，這種破壞是應(yīng)力集中所致，應(yīng)力集中起著增加局部應(yīng)力并超過(guò)剪切極限的作用。循環(huán)軟化：是指在恒定的應(yīng)變循環(huán)下，循環(huán)實(shí)驗(yàn)所需的應(yīng)力不斷降低的現(xiàn)象。材料的硬度、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度也都降低了。循環(huán)軟化源于微裂紋的成核和萌生。應(yīng)變能的循環(huán)輸入改變了晶格中熱量和內(nèi)表面的能量，這樣位錯(cuò)就趨向于集中到已經(jīng)包含有一個(gè)或多個(gè)位錯(cuò)的平面內(nèi)，不斷的輸入循環(huán)，在

14、這平面上就會(huì)聚集更多的位錯(cuò)，促使在表面產(chǎn)生微觀裂紋。循環(huán)穩(wěn)定：本階段與微裂紋的緩慢擴(kuò)展相對(duì)應(yīng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是評(píng)價(jià)材料抗疲勞性能的主要階段，約占總疲勞壽命的70。循環(huán)硬化和軟化兼有的混合型：金屬材料被硬化或軟化過(guò)程在初始階段發(fā)展較快，并迅速達(dá)到飽和，一般在總疲勞壽命的20一25時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過(guò)循環(huán)穩(wěn)定階段后若仍不斷的循環(huán)或繼續(xù)輸入應(yīng)變能，將使微觀裂紋鄰近的晶體變形和歪曲，最終引起裂紋增長(zhǎng)，合并成一個(gè)張開(kāi)面，出現(xiàn)宏觀裂紋，如果沒(méi)有足夠的面積去支撐則將斷裂。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作在高溫高壓的蒸汽環(huán)境，同時(shí)自身高速旋轉(zhuǎn)，工作環(huán)境惡劣，受力一般為復(fù)合應(yīng)力。所承受的力和力矩有：葉片、圍帶的離心力引起的切向和徑

15、向應(yīng)力，葉片前后的壓差引起的軸向推力，機(jī)組啟停和負(fù)荷變化時(shí)蒸汽溫度梯度引起的熱應(yīng)力。從轉(zhuǎn)子的受力狀態(tài)看，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力都很小，在裂紋形成中扮演較小的作用。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生裂紋通常有兩種情況：一是機(jī)組在啟停過(guò)程中交變熱應(yīng)力導(dǎo)致的低周疲勞裂紋，多發(fā)生在轉(zhuǎn)子表面的應(yīng)力集中部位，如調(diào)節(jié)級(jí)前的葉輪根部，高中壓轉(zhuǎn)子的彈性槽等部位，熱應(yīng)力的大小取決于溫度的變化量和溫升率，溫升過(guò)快或者運(yùn)行工況不穩(wěn)定均能引起熱應(yīng)力的劇烈變化。溫度下降造成表面拉應(yīng)力對(duì)壽命影響較大，是裂紋形成的主要原因。另一種轉(zhuǎn)子制造加工時(shí)的固有缺陷，如原有微型裂紋、非金屬夾雜物(如硫化氫、碳?xì)浠衔?等，通常存在于中心孔表

16、面或靠近中心孔的轉(zhuǎn)子金屬內(nèi)部，為裂紋形成的疲勞源，在轉(zhuǎn)子承受交變應(yīng)力時(shí)會(huì)較快發(fā)展成為疲勞裂紋。轉(zhuǎn)子疲勞斷裂包括裂紋的起始、擴(kuò)展和斷裂三個(gè)階段。起始階段包括微裂紋的成核和擴(kuò)展至可檢驗(yàn)的工程裂紋兩個(gè)階段。從微觀上看，金屬由晶粒組成，由于晶粒的大小及取向不同，或存在微觀缺陷，如金屬夾渣、刀痕或介質(zhì)腐蝕等，每顆晶粒強(qiáng)度不同，在交變熱應(yīng)力下(高溫下伴隨著蠕變)應(yīng)力集中處的材料經(jīng)受硬化和軟化過(guò)程，應(yīng)力、應(yīng)變響應(yīng)變得十分復(fù)雜。裂紋的產(chǎn)生一般在微觀級(jí)由局部塑性區(qū)開(kāi)始，形成微裂紋而后擴(kuò)展成可檢驗(yàn)的宏觀微小裂紋。低周疲勞的應(yīng)力、應(yīng)交響應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，轉(zhuǎn)子承受的低周疲勞損傷是在應(yīng)力集中處循環(huán)塑性應(yīng)變所造成的破壞。其特點(diǎn)

17、是交變應(yīng)力高，加載頻率低，有效循環(huán)周次<104-105；材料經(jīng)硬化、軟化過(guò)程，每次循環(huán)均產(chǎn)生一定的塑性變形。應(yīng)變損傷隨循環(huán)周次的增加按Miner疲勞損傷線性法則累計(jì)：2.2 回?zé)嵯到y(tǒng)常見(jiàn)故障分析隨著電站裝機(jī)水平的不斷完善和管理水平不斷提高，發(fā)電企業(yè)設(shè)備利用率逐年提高，機(jī)組等效可用系數(shù)也呈逐年上升趨勢(shì)，但從發(fā)布的有關(guān)可靠性數(shù)據(jù)看，回?zé)嵯到y(tǒng)的可靠性的改善，明顯滯后于其他系統(tǒng)，從某些電廠的運(yùn)行實(shí)際看，對(duì)安全生產(chǎn)的制約仍非常明顯。表2.1 主要輔機(jī)可靠性數(shù)據(jù)一覽表等效可用系數(shù)（%）非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)（%）97年98年99年97年98年99年高加89.4491.4091.263.543.282.57給

18、水泵90.6491.7192.483.052.961.69引風(fēng)機(jī)92.2193.2992.410.0820.0940.078送風(fēng)機(jī)91.6093.0893.400.170.080.06回?zé)嵯到y(tǒng)常見(jiàn)故障有：(1)加熱器之換熱管泄漏。主要原因：沖刷、長(zhǎng)時(shí)間低水位運(yùn)行、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力過(guò)高、管材質(zhì)量問(wèn)題、接口焊接問(wèn)題等。(2)加熱器水室管板泄漏。主要原因:沖刷、腐蝕、低水位運(yùn)行等。(3)抽汽截止門(mén)故障。主要原因：變速箱缺潤(rùn)滑劑或潤(rùn)滑劑老化、變速箱齒輪質(zhì)量問(wèn)題、關(guān)閉力矩太大或超量程開(kāi)啟、結(jié)合面泄漏等。(4)加熱器輔件故障。主要有：水位計(jì)泄漏、排汽管道（閥門(mén)）泄漏等。(5)其他受累停運(yùn)。2.3 高壓加

19、熱器停運(yùn)的熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析高壓加熱器停運(yùn)時(shí)，除對(duì)運(yùn)行設(shè)備有影響外，人們所關(guān)心的往往是機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性變化多少。作為火力發(fā)電廠而言衡量熱經(jīng)濟(jì)性最直觀的指標(biāo)是煤耗率的高低，為了說(shuō)明高壓加熱器停運(yùn)對(duì)熱經(jīng)濟(jì)性的影響從煤耗的角度進(jìn)行了一下比較。原始資料1 汽輪機(jī)型式及參數(shù)(1)機(jī)組型式：亞臨界壓力、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)；(2)額定功率(3)主蒸汽參數(shù)（主汽閥前）：，；(4)再熱蒸汽參數(shù)（進(jìn)汽閥前）：熱段，； 冷段，； (5)汽輪機(jī)排汽壓力，排氣比焓。2 回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)參數(shù)(1)機(jī)組各級(jí)回?zé)岢槠麉?shù)見(jiàn)表2.2 ；(2)最終給水溫度 ；(3)給水泵出口壓力,給水泵效率；(4)除氧器至給水

20、泵高差；(5)小汽機(jī)排汽壓力；小汽機(jī)排汽焓。3 鍋爐型式及參數(shù)(1)鍋爐型式：德國(guó)BABCOCK1672t/h一次中再熱、亞臨界壓力、自然循環(huán)汽包爐；(2)額定蒸發(fā)量；(3)額定過(guò)熱蒸汽壓力；額定再熱蒸汽壓力；(4)額定過(guò)熱汽溫；額定再熱汽溫；(5)汽包壓力；(6)鍋爐熱效率。4 其他數(shù)據(jù)(1)汽輪機(jī)進(jìn)汽節(jié)流損失 ，中壓缸進(jìn)汽節(jié)流損失；(2)軸封加熱器壓力，疏水比焓；(3)機(jī)組各門(mén)桿漏汽、軸封漏汽等小汽流量及參數(shù)見(jiàn)表2.3；(4)鍋爐暖風(fēng)器耗汽、過(guò)熱器減溫水等全廠性汽水流量及參數(shù)見(jiàn)表2.3；(5)汽輪機(jī)機(jī)械效率；發(fā)電機(jī)效率；(6)補(bǔ)充水溫度；(7)廠用電率 ；(8)鍋爐過(guò)熱器的減溫水（）取自給

21、水泵的出口，設(shè)計(jì)噴水量為66240kg/h。熱力系統(tǒng)的汽水損失有：（）33000kg/h、廠用汽（）22000kg/h（不回收）、鍋爐暖風(fēng)器用汽量為65800kg/h,暖風(fēng)器汽源（）取自第4級(jí)抽汽,其疏水仍返回除氧器回收,疏水比焓697kJ/kg。鍋爐排污按計(jì)算值確定。5 簡(jiǎn)化條件(1)忽略加熱器和抽汽管道的散熱損失。(2)忽略凝結(jié)水泵的介質(zhì)焓升。表2.2 回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)原始汽水參數(shù)項(xiàng) 目單位H4除氧器H5H6H7H8抽汽壓力MPa0.9640.4160.2260.1090.0197抽汽溫度355.52257.59191.32119.5458.00抽汽焓KJ/g3169.02978.52851.

22、02716.02455.8加熱器上端差-2.82.82.82.8加熱器下端差-5.55.55.5-水側(cè)壓力MPa0.9162.7582.7582.7582.758抽汽管道壓損53333表2.3 各輔助汽水、門(mén)桿漏汽、軸封漏汽數(shù)據(jù)汽、水點(diǎn)代號(hào)汽水流量kg/h18243896624029082099323625721369汽水比焓KJ/h3397.23397.2746.53024.33024.33024.33024.33169汽、水點(diǎn)代號(hào)汽水流量kg/h155127852200065800210703300012705821汽水比焓KJ/h347434743169.03169.084.13397.

23、23155.073155.07以下計(jì)算為切除高壓加熱器后全廠熱力系統(tǒng)計(jì)算2.3.1 除氧器抽汽系統(tǒng)計(jì)算 除氧器出水流量： 抽汽系數(shù)：除氧器的物質(zhì)平衡和熱平衡見(jiàn)圖2.1.由于除氧器為匯集式加熱器，進(jìn)水流量為未知。但利用簡(jiǎn)捷算法可避開(kāi)求取。 圖2.1 除氧器物質(zhì)平衡和熱平衡2.3.2 低壓加熱器組抽汽系數(shù)計(jì)算(1)由低壓加熱器H5熱平衡計(jì)算 低壓加熱器H5的出水系數(shù)： =1.03227-0.04851-0.001887-0.002100-0.001808-0.04271-0.005208 =0.930047低壓加熱器H5的抽汽系數(shù)： 低壓加熱器H5的疏水系數(shù) =0.03382(2)由低壓加熱器H6

24、熱平衡計(jì)算低壓加熱器H6的抽汽系數(shù)： =低壓加熱器H6的疏水系數(shù) =0.03382+0.03386=0.06768(3)由低壓加熱器H7熱平衡計(jì)算低壓加熱器H7的抽汽系數(shù)： =0.05782低壓加熱器H6的疏水系數(shù) =0.06768+0.05782=0.1255(4)由低壓加熱器H8熱平衡計(jì)算 =138.08+根據(jù)加熱器各汽水點(diǎn)處的熱平衡方程和熱平衡方程計(jì)算，,對(duì)疏水泵疏水出口處，列熱平衡方程 列物質(zhì)平衡方程 對(duì)于第八級(jí)加熱器,列熱平衡方程 列物質(zhì)平衡 對(duì)于軸封加熱器，列熱平衡方程 列物質(zhì)平衡 ，, , 聯(lián)立代入已知數(shù)據(jù),解得 =0.03646 =253.0kJ/kg =0.777647 =0

25、.1524 =140.32 kJ/kg2.3.3凝汽系數(shù)計(jì)算(1)小汽輪機(jī)抽汽系數(shù) (2)由凝汽器的質(zhì)量平衡計(jì)算 =0.930047-0.1524-0.0008243-0.03775-0.04655=0.69252 上式中為補(bǔ)充水系數(shù)(3)由汽輪機(jī)汽側(cè)平衡校驗(yàn)H4抽汽口抽汽系數(shù)和：=0.03533+0.037756+0.04271+0.01428=0.13008各加熱器抽汽系數(shù)和：=0.13008+0.03382+0.03386+0.05782+0.03646=0.29204軸封漏汽系數(shù)：=+=0.001887+0.001362+0.002100+0.001669+0.0008886+0.00

26、10067+0.001808=0.01072凝汽系數(shù)： 該值與由凝汽器質(zhì)量平衡計(jì)算得到的誤差較大，取=0.53934，凝汽系數(shù)計(jì)算正確。2.3.4 汽輪機(jī)內(nèi)功計(jì)算(1)凝汽流動(dòng)功kJ/kg式中再熱氣吸熱,3537.5-3027.1=510.4 kJ/kg(2)抽汽流做功1kgH4抽汽做功： 3396.6-3169.0+510.4=738 kJ/kg1kgH5抽汽做功： 928.5 kJ/kg1kgH6抽汽做功： 1056 kJ/kg1kgH7抽汽做功： 1191 kJ/kg1kgH8抽汽做功： 1451.2 kJ/kg抽汽流總內(nèi)功： (3)附加功量附加功量是指各小汽流量做功之和： =(0.00

27、1362+0.001887+0.0021+0.001669)(3396.6-3024.3) +(0.0010067+0.001808)(3396.6-3474+510.4)+0.0008886(3396.6-3169+510.55) =4.052(4)汽輪機(jī)內(nèi)功2.3.5 汽輪機(jī)內(nèi)效率、熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、汽水量計(jì)算汽輪機(jī)比熱耗：汽輪機(jī)絕對(duì)內(nèi)效率： =1120.452/2621.04=0.42748汽輪機(jī)絕對(duì)電效率： 汽輪機(jī)熱耗率： 3600/0.41686=8635.99kJ/(kWh)汽輪機(jī)汽耗率： 8635.99/2621.04=3.2949 kJ/(kWh)汽輪機(jī)進(jìn)氣量： 1647436kg/

28、h給水量： 凝結(jié)水泵流量： 凝汽量： 第四級(jí)抽汽量: 第五級(jí)抽汽量: 第六級(jí)抽汽量: 第七級(jí)抽汽量: 第八級(jí)抽汽量: 2.3.6 全廠性熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算鍋爐參數(shù)計(jì)算過(guò)熱蒸汽參數(shù)由，查表得過(guò)熱蒸汽出口比焓再熱蒸汽參數(shù)鍋爐設(shè)計(jì)再熱蒸汽出口壓力，該壓力已高于汽輪機(jī)排汽壓力，故按照汽輪機(jī)側(cè)參數(shù)。確定鍋爐再熱器出口壓力。由和，查表得再熱蒸汽出口比焓再熱器換熱量鍋爐有效熱量 =（0.98928-0.01085）（3396.7-1209.06）+0.01085（1744.26-1209.06）+0.04299（3396.7-773.8）+0.849324516.7=2697.851kJ/kg管道效率 =262

29、1.04/2697.851=0.9715全廠效率 0.9250.97150.41686=0.374606全廠發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗系數(shù)2697.851/（2697.851-0.925105.579）=1.03756式中暖風(fēng)器吸熱量，按下式計(jì)算： 0.04271（3169.0-697）=105.597kJ/kg 相應(yīng)于1kg標(biāo)煤的輸入熱量： =293001.03756=30400.508kJ/kg發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗：3600/（0.37460630400.508）=0.31612kg/kW·h全廠熱耗率 0.3161229300=9262.21kJ/kW·h全廠供標(biāo)準(zhǔn)煤耗： 0.31612/

30、（1-0.07）=0.33991kg/kW·h式中廠用電率2.4與沒(méi)有切除高壓加熱器是全廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比由原資料可知：管道效率 =2621.04/2697.851=0.9715全廠效率 0.9250.97150.44123=0.396506全廠發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗 系數(shù)2697.851/（2697.851-0.925105.579）=1.03756式中暖風(fēng)器吸熱量，按下式計(jì)算： 0.04271（3169.0-697）=105.597kJ/kg 相應(yīng)于1kg標(biāo)煤的輸入熱量： =293001.03756=30400.508kJ/kg發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗：3600/（0.39650630400.508）

31、=0.29866kg/kW·h全廠熱耗率 0.2986629300=8750.63kJ/kW·h全廠供標(biāo)準(zhǔn)煤耗： 0.29866/（1-0.07）=0.32114kg/kW·h式中廠用電率相對(duì)變化量：=< 0 由此< 0 可知，能耗增加，熱效率下降，熱經(jīng)濟(jì)性下降。3 高壓加熱器的運(yùn)行對(duì)安全性的影響分析3.1高壓加熱器的啟停及運(yùn)行原理加熱器的啟、停方式有兩種：一種是隨機(jī)組負(fù)荷的高低啟停，另一種是隨機(jī)組的啟停而啟停。3.1.1 隨機(jī)組負(fù)荷高低的啟停方式運(yùn)行中，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到規(guī)程所規(guī)定的數(shù)值時(shí)，即可投入高壓加熱器。但投入前必須進(jìn)行全面的檢查：檢查高壓加熱器的疏

32、水水位計(jì)，應(yīng)完整清潔，并有充分的照明；溫度計(jì)、壓力表裝置齊全完好；疏水器動(dòng)作靈活和水位自動(dòng)保護(hù)裝置正?？煽?水位保護(hù)裝置不正常時(shí)，禁止投入高壓加熱器)，并向抽汽管逆止門(mén)的保護(hù)系統(tǒng)通水。檢查確認(rèn)各部正常后，先稍開(kāi)該抽汽管的來(lái)汽門(mén)、逆止閥前后的疏水門(mén)，同時(shí)開(kāi)啟加熱器汽側(cè)放水門(mén)，使加熱器預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)開(kāi)啟汽側(cè)排向大氣的空氣門(mén)，排凈空氣后關(guān)閉。加熱器的預(yù)熱時(shí)間視具體機(jī)組而定。預(yù)熱后打開(kāi)水側(cè)進(jìn)、出口閥門(mén)的強(qiáng)制手輪，開(kāi)啟注水門(mén)，向加熱器水側(cè)注水，隨著注水壓力的上升，開(kāi)啟水室放空氣門(mén)，當(dāng)見(jiàn)水自空氣門(mén)流出后關(guān)閉空氣門(mén)。當(dāng)注水到工作壓力時(shí)，關(guān)閉注水門(mén)，此時(shí)檢查水側(cè)壓力是否下降、汽傭水位悄況以及汽側(cè)放水門(mén)是否有水流

33、出，以判斷管子是否泄漏，若漏水則不能投入運(yùn)行。加熱器預(yù)熱后，開(kāi)啟啟動(dòng)門(mén)，使自動(dòng)進(jìn)水和旁路聯(lián)成閥升起，給水通過(guò)加熱器內(nèi)部管系，并頂開(kāi)出口逆止門(mén)，冠水正常后，切斷旁路，關(guān)閉啟動(dòng)門(mén)和汽側(cè)放水門(mén)，緩慢開(kāi)啟抽汽管上的來(lái)汽門(mén)。以規(guī)程規(guī)定的速度使加熱器汽側(cè)升壓，汽側(cè)壓力升高后，疏水水位上升，根據(jù)壓力和水位情況，投入疏水器，進(jìn)行逐級(jí)疏水，當(dāng)汽壓最低的高壓加熱器的汽壓高于除氧器汽壓2以上時(shí)，即可將其疏水導(dǎo)向除氧器，根據(jù)負(fù)荷情況也可疏至低壓加熱器。最后，關(guān)閉抽汽管上逆止閥前、后的疏水門(mén)，注意檢查出口給水溫度的上升情況以及加熱器的運(yùn)行是否正常。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降到規(guī)程規(guī)定的數(shù)值以下時(shí)，應(yīng)停下高壓加熱器，此時(shí)應(yīng)手動(dòng)抽汽逆止

34、閥，使其保護(hù)動(dòng)作，切斷進(jìn)汽。然后開(kāi)啟抽汽管上的疏水門(mén)。待加熱器逐漸冷卻后，手動(dòng)給水自動(dòng)旁路裝置，將加熱器切換為旁路供水。當(dāng)給水走旁路后，關(guān)閉水側(cè)入口和出口門(mén)的強(qiáng)制手輪。在停止高壓加熱器時(shí)，應(yīng)注意，任何情況下不得中斷向鍋爐的供水，特別是單元制機(jī)組，更應(yīng)該注意這一點(diǎn)。高壓加熱器的這種隨負(fù)荷高低的啟停方式，具有操作可單獨(dú)選行，與機(jī)組啟停操作無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，但它受負(fù)荷的限制對(duì)于負(fù)荷變動(dòng)頻繁的機(jī)組，則帶來(lái)較大的麻煩，對(duì)經(jīng)濟(jì)性也不利。3.1.2隨機(jī)組啟停方式高參數(shù)大容量的機(jī)、爐，一般多采用單元制，機(jī)組多采用滑參數(shù)啟停，此時(shí)高壓加熱器也可隨同機(jī)組一起啟停。在這種情況下，加熱器水側(cè)進(jìn)出口閥門(mén)、進(jìn)汽門(mén)、疏水門(mén)、空氣

35、門(mén)均處于開(kāi)啟狀態(tài)，自動(dòng)保護(hù)投入，汽側(cè)放水門(mén)關(guān)閉，水側(cè)管系為通水運(yùn)行。加熱器隨機(jī)組啟停時(shí)，由于抽汽參數(shù)隨負(fù)荷的增減而變化，因而可使加熱器管板和管系均勻地加熱和冷卻，金屬熱應(yīng)力大大減小，這對(duì)高壓加熱器是十分有利的。當(dāng)機(jī)組滑停時(shí)，汽輪機(jī)打閘以后，高壓加熱器水側(cè)即可停止。此時(shí)，除開(kāi)啟抽汽管上的疏水門(mén)和汽側(cè)放水門(mén)外，不必進(jìn)行其它操作。高壓加熱器的啟動(dòng)還分為冷態(tài)和熱態(tài)兩種情況。冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，要按抽汽壓力從低到高，逐個(gè)地投入，同時(shí)必須注意對(duì)加熱器的預(yù)熱，避免高溫給水對(duì)管板脹口、殼體和管束等部件的熱沖擊。另外，加熱器通水后，為減少高溫高壓抽汽對(duì)加熱器的熱沖擊，應(yīng)逐漸地提高汽側(cè)壓力，一般先將汽壓提高到1/3的工作

36、壓力，并停留一段時(shí)間， 然后將抽汽壓力提高到1/2的工作壓力，再停留一段時(shí)間，即可將進(jìn)汽門(mén)全開(kāi)。熱態(tài)啟動(dòng)是指停止高壓加熱器時(shí)，僅停用汽側(cè)，而水側(cè)末停的情況(用以處理水位計(jì)，疏水管或汽側(cè)的其它缺陷)。此時(shí)只需逐漸開(kāi)啟加熱器的進(jìn)汽門(mén)即可，進(jìn)汽門(mén)的開(kāi)啟速度應(yīng)使給水溫度變化率在3-4分的范圍內(nèi)。對(duì)于汽側(cè)及水側(cè)均已停用，但時(shí)間較短的加熱器，再啟動(dòng)時(shí)，若汽側(cè)壓力已低于進(jìn)口給水溫度相應(yīng)的飽和壓力時(shí)，應(yīng)按冷態(tài)啟動(dòng)方式進(jìn)行，只是預(yù)熱的時(shí)間可以適當(dāng)縮短。3.2高壓加熱器的停運(yùn)故障分析近年全國(guó)各電廠發(fā)生的高壓加熱器故障情況，主要由管束爆管、水位失控、配套件發(fā)生故障及操作不當(dāng)所引發(fā)?，F(xiàn)電廠對(duì)高加的正常運(yùn)行，其重視程度

37、前所未有。這不僅因?yàn)楦呒油哆\(yùn)與否直接與電廠出力和經(jīng)濟(jì)效益有關(guān)，而且會(huì)直接影響整個(gè)機(jī)組的安全性。因此，提出各種保障措施確保高壓加熱器能高效正常地運(yùn)行。3.2.1管束爆管導(dǎo)致高加停運(yùn)的分析總結(jié)這些年電廠運(yùn)行實(shí)際案例，造成高加故停運(yùn)的最主要因素是高加換熱管束的損壞。一旦換熱管爆裂，高壓給水從破口噴涌而出，在低壓室擴(kuò)容的誘導(dǎo)下，形成巨大的沖擊流，對(duì)周邊換熱管造成沖擊，在很短的時(shí)間內(nèi)，這種沖擊會(huì)造成周?chē)茏拥倪B鎖爆管，如不及時(shí)處理，會(huì)使高加造成不可挽回的損害，甚至影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從管束橫截面的分布圖分析，見(jiàn)圖3.1，主要損壞區(qū)域集中在管束上部外圍，和下部外圍靠近水位面，以及管束中部區(qū)域。經(jīng)過(guò)對(duì)管

38、束上部損壞換熱管進(jìn)行的深度測(cè)量，主要的爆管點(diǎn)分布在過(guò)熱蒸汽冷卻段蒸汽進(jìn)口區(qū)域，見(jiàn)圖3.2。這一區(qū)域的爆管損壞占了總爆管的50%以上。造成蒸汽進(jìn)口區(qū)外排管損壞的最主要的原因是由于蒸汽的高流速造成的。其形成機(jī)理是：蒸汽進(jìn)口區(qū)外排管迎風(fēng)面換熱管受到高溫過(guò)熱蒸汽的直接沖擊。正常情況下，換熱管外表面會(huì)有一層凝結(jié)膜，保護(hù)換熱管免受高溫蒸汽的直接沖擊。但當(dāng)蒸汽流速過(guò)高，破壞了換熱管外表面的凝結(jié)膜，將會(huì)使管材金屬與高溫蒸汽直接接觸，導(dǎo)致?lián)Q熱管的金屬熱應(yīng)力急劇上升，并達(dá)到金屬材料破壞極限強(qiáng)度值，在管內(nèi)高壓作用下爆管。圖3.1 管束橫截面圖3.2 管束爆管點(diǎn)的主要位置區(qū)域造成進(jìn)汽流速太高的原因很多，歸納起來(lái)主要有

39、2個(gè)原因：(1)設(shè)計(jì)流速偏高設(shè)計(jì)者沒(méi)有對(duì)這個(gè)蒸汽進(jìn)口流速進(jìn)行校核，更沒(méi)有充分考慮各種異常工況下可能達(dá)到的最高流速。正確的做法是將蒸汽進(jìn)入過(guò)熱蒸汽冷卻段的進(jìn)口區(qū)盡量加大，以降低高溫蒸汽對(duì)換熱管外排的直接沖擊。(2)高加水位失控水位失控造成級(jí)間水封喪失，蒸汽流量大增,蒸汽流速也大增。(關(guān)于這一點(diǎn)在下面一小節(jié)論述)。管束損壞另一個(gè)主要區(qū)域是下部外排管的爆管，見(jiàn)圖3.1、圖3.3，這主要是由于水位失控，造成內(nèi)置式疏水冷卻段吸水口暴露在水位線之上，這時(shí)水蒸汽直接進(jìn)入吸水口，疏水冷卻段功能改變,成了飽和蒸汽冷卻段，由于蒸汽和疏水的比容相差2030倍，造成疏水冷卻段入水口和段內(nèi)換熱區(qū)的管外流速大幅上升，這種

40、夾帶水滴的蒸汽像子彈一樣射向換熱管，最終造成爆管。圖3.1中的下部區(qū)域均是由于這個(gè)原因造成的。圖3.3 低水位引起爆管3.2.2水位失控造成的高加故障的分析上節(jié)已經(jīng)論述到水位失控，不僅會(huì)造成疏水冷卻段的損壞，還會(huì)引起過(guò)熱蒸汽冷卻段進(jìn)汽口蒸汽超速。這是由高加組的本身結(jié)構(gòu)特性造成的。高加組一般由34個(gè)高加串聯(lián)組成，每1個(gè)高加的疏水采用逐級(jí)疏水進(jìn)入到下級(jí)高加，末級(jí)高加的疏水疏入除氧器。同時(shí)，高加的加熱原理是蒸汽在加熱器內(nèi)冷卻凝結(jié)放出熱量傳遞給管內(nèi)給水。在這個(gè)過(guò)程中，蒸汽急速冷凝，比容迅速變小，這種比容的巨大變化，對(duì)加熱蒸汽形成了有力的抽吸作用。而一旦蒸汽冷凝的速度與蒸汽進(jìn)入的速度相近，這種抽吸作用又

41、會(huì)自動(dòng)減弱。所以高加的進(jìn)汽是不受管道閥門(mén)控制的，即稱(chēng)之為不調(diào)整抽汽。當(dāng)上級(jí)高加與本級(jí)高加的級(jí)間水封喪失，疏水口就成了一個(gè)壓力等級(jí)更高的新的蒸汽進(jìn)口。也就是說(shuō)，下一級(jí)高加的加熱蒸汽，是由上一級(jí)高加增加額外抽汽量來(lái)供給，而本級(jí)高加的蒸汽口自動(dòng)被堵塞，見(jiàn)圖3.4。這種情況會(huì)使上一級(jí)高加的進(jìn)汽量成倍增加，1個(gè)進(jìn)汽口需承擔(dān)2個(gè)高加的加熱蒸汽量。上一級(jí)高加的損壞是可想而知的。圖3.4 水封喪失時(shí)氣路簡(jiǎn)圖3.2.3運(yùn)行操作不當(dāng)引起的高加異常的分析操作不當(dāng)?shù)陌咐趯?shí)際運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生，比較主要的有幾種:(1)高加投運(yùn)不遵守限定的溫升率。如果高能夠隨機(jī)組冷態(tài)正常投運(yùn)，滑啟滑停，這是最好的停模式。問(wèn)題主要出在高加不

42、能隨機(jī)滑啟，而要負(fù)荷達(dá)到30%40%時(shí)再投入；另外1種工況是高加故障停運(yùn)檢修后，電廠希望盡快熱態(tài)投入。這2種工況中，如果操作不遵守限定的溫升率，在短時(shí)間內(nèi)，高加從常溫常壓迅速上升到高溫高壓，這巨大的溫度壓力沖擊，會(huì)使高加遭受巨大的傷首當(dāng)其沖的是高加水室內(nèi)件變形，緊固件損壞，焊開(kāi)裂，造成給水短路。其二是管板承受極大的應(yīng)變化，特別是在管子管板焊口處的瞬時(shí)應(yīng)力極大，容易造成焊口泄漏。(2)高加水側(cè)投入后，熱態(tài)工況下，高加的進(jìn)閥門(mén)的打開(kāi)，沒(méi)有按限定的溫升率；或者3個(gè)高加汽側(cè)投入沒(méi)有按壓力從低到高的順序逐步投入；或者3個(gè)高加汽側(cè)同時(shí)投入的速度差別太大，造成力較高的高加先全開(kāi)進(jìn)汽閥，壓力低的高加進(jìn)汽沒(méi)有全

43、開(kāi)。這時(shí)都會(huì)出現(xiàn)后一級(jí)高加超負(fù)荷運(yùn)如果上述現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間足夠的長(zhǎng)，將會(huì)造成高加損壞。(3)有的電廠在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)某1個(gè)高加進(jìn)汽壓力偏高，有時(shí)高出設(shè)計(jì)值很多。為了減少壓缸的額外抽汽損失，人為地將高加進(jìn)汽門(mén)的開(kāi)限制在75%上，結(jié)果造成本級(jí)高加殼側(cè)壓力下降多，給水出口溫度大幅下降，使后一級(jí)高加超負(fù)荷行，進(jìn)汽量大增，疏水量大增，出現(xiàn)疏水管道振動(dòng)高加進(jìn)汽口處管束損壞的惡果。3.2.4配套件維護(hù)不力形成投運(yùn)率下降的分析高加系統(tǒng)配套件較多,歸納起來(lái)主要有三類(lèi):(1)安全檢測(cè)裝置；(2)給水旁路系統(tǒng)閥門(mén)；(3)水位控制儀表閥門(mén)。影響高加投入率的主要原因之一，往往是由這些配套件的不完善致使高加不能正常投入。經(jīng)

44、常有這類(lèi)事例發(fā)生：高加本體完好可用，但配套閥門(mén)故障難以修復(fù)，從而造成高加長(zhǎng)時(shí)期的停運(yùn)，給電廠帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。這中間最突出的問(wèn)題是汽側(cè)安全閥和水側(cè)安全閥故障。汽側(cè)安全閥由于有排量要求，通常選配全啟式安全閥，并且口徑比較大。如果選型和維護(hù)不當(dāng)極易發(fā)生泄漏。特別是國(guó)產(chǎn)閥門(mén)，往往啟跳一次后就會(huì)泄漏。而水側(cè)安全閥是高壓閥門(mén),因?yàn)闆](méi)有排量要求，通常選配3/4英寸微啟式泄壓閥。從實(shí)際使用情況來(lái)看，即使原裝進(jìn)口的閥門(mén)，也會(huì)經(jīng)常泄漏，給安全運(yùn)行帶來(lái)威脅，有的電廠干脆將其封堵。目前國(guó)內(nèi)采用比較多的高加給水大旁路系統(tǒng)，1個(gè)電動(dòng)三通閥加1個(gè)二通閥聯(lián)動(dòng)。這種系統(tǒng)配置要求運(yùn)行人員在投高加時(shí)，切不可操之過(guò)急，必須先開(kāi)注水門(mén)暖

45、機(jī)，等到閥前閥后壓差較小時(shí)，才可開(kāi)啟三通閥，并且開(kāi)的過(guò)程必須分段進(jìn)行，不可一次拉到全開(kāi)啟。在這些配套系統(tǒng)中最容易出問(wèn)題的，還有水位控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)由疏水調(diào)節(jié)閥，水位信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、發(fā)送和控制裝置等組成。80年代以來(lái)，各電廠普遍采用基地式調(diào)節(jié)儀表來(lái)控制高加水位，集控室只將高加水位作為一般監(jiān)控目標(biāo)?；厥絻x表由氣動(dòng)(電動(dòng))水位調(diào)節(jié)儀表組成，根據(jù)事先設(shè)定的基準(zhǔn)值，儀表能通過(guò)比例積分回路輸出信號(hào)，控制疏水調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)并自動(dòng)修正實(shí)際水位與設(shè)定水位之差值，直至完全吻合。這種基地式儀表對(duì)于穩(wěn)定的液位或變化緩慢的液位，不失為一種簡(jiǎn)便的控制模式，但對(duì)于電廠高加來(lái)說(shuō)，這套系統(tǒng)有很多不足之處。由于氣動(dòng)信號(hào)傳遞

46、速度慢，遠(yuǎn)距離傳輸阻尼大，信號(hào)衰減嚴(yán)重，往往不能及時(shí)對(duì)疏水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，特別是在高加水位波動(dòng)較大時(shí)，往往無(wú)法及時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)有效調(diào)節(jié)。結(jié)果引起水位震蕩并頻繁觸發(fā)報(bào)警信號(hào)點(diǎn)，甚至觸發(fā)高加解列信號(hào)點(diǎn)。這種頻繁的報(bào)警解列，使機(jī)組運(yùn)行極不穩(wěn)定，以致有的電廠干脆大幅調(diào)低水位設(shè)定值，以圖穩(wěn)定水位，避免報(bào)警。殊不知，這樣做的結(jié)果卻是使疏水冷卻段吸水口暴露在水位之上，水封喪失，導(dǎo)致高加運(yùn)行異常，長(zhǎng)此以往，必然造成高加損壞。90年代中后期，數(shù)字中央集控系統(tǒng)(DCS)逐步被電廠采用，隨著業(yè)界對(duì)高加水位重要性的逐步認(rèn)識(shí)，各電廠紛紛把高加水位納入中央控制室重點(diǎn)監(jiān)控的目標(biāo)范圍。各新建電廠也逐步擯棄了高加水位的基地式儀表控

47、制模式，將高加水位信號(hào)引入DCS系統(tǒng)，同時(shí)信號(hào)傳送也多采用電傳方式，疏水調(diào)節(jié)閥通過(guò)電氣轉(zhuǎn)換器，氣動(dòng)控制疏水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，較好地解決了這一難題。但直到現(xiàn)在還是有一部分老機(jī)組仍然在采用基地式儀表控制高加水位。疏水調(diào)節(jié)閥經(jīng)常容易出故障的另一個(gè)環(huán)節(jié)是閥芯籠罩開(kāi)孔的堵塞問(wèn)題。高加疏水多采用具有等百分比調(diào)節(jié)特性的調(diào)節(jié)閥，這種調(diào)節(jié)閥的閥芯多為籠罩式多孔分布型，根據(jù)不同的開(kāi)度和通流量，布置開(kāi)孔的直徑大小和數(shù)量。在小開(kāi)度小流量工況下，開(kāi)孔直徑往往很小，通常小于2 mm。在特定工況下,疏水通過(guò)小孔產(chǎn)生壓降，在小孔背面形成汽蝕或沖蝕，導(dǎo)致金屬表面組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并形成微小結(jié)垢，見(jiàn)圖3.5。這種垢層往往很薄，肉眼有時(shí)難

48、以觀察。但就是這微小的垢層，對(duì)2 mm以下的小孔會(huì)產(chǎn)生較明顯的流通量改變，進(jìn)而改變調(diào)節(jié)閥小開(kāi)度工況下的調(diào)節(jié)特性，調(diào)節(jié)性能變壞，水位不穩(wěn)，最終造成高加運(yùn)行故障。圖3.5 小孔背面結(jié)垢示意圖3.3高加設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)的注意要點(diǎn)3.3.1高加設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)高加殼體內(nèi)壁要絕對(duì)避免直角，必須用足夠尺寸的圓弧過(guò)渡，以避免應(yīng)力集中。高加內(nèi)件中凡是容易遭受高溫直接沖擊的部位，要盡量采用耐高溫耐沖蝕材料。高加管束過(guò)熱蒸汽冷卻段蒸汽進(jìn)口區(qū)流體質(zhì)量流速和線流速均要仔細(xì)復(fù)核，絕對(duì)禁止高流速?zèng)_擊，不僅要按正常工況計(jì)算，更應(yīng)該考慮各種異常工況下可能達(dá)到的極限，比如前級(jí)高加停運(yùn)，給水進(jìn)入本級(jí)高加溫度大幅下降造成的進(jìn)汽量增加

49、；以及本級(jí)高加水封喪失，造成前級(jí)高加加熱被迫采用本級(jí)高加疏水加熱所出現(xiàn)的本級(jí)高加進(jìn)汽量的增加等等。高加配套件儀表要采用高溫型，所有配套閥門(mén)都要選用高溫高壓型，應(yīng)選配質(zhì)量過(guò)硬，信譽(yù)好的供貨商的產(chǎn)品。要更仔細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)置式疏水冷卻段吸水口，既要有足夠的通流面積，又要保證在水位正常波動(dòng)下吸水口不會(huì)露出水面。3.3.2高加運(yùn)行的注意要點(diǎn)建議高加能隨機(jī)滑啟滑停。如不能做到，則應(yīng)該在投高加時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行制造廠限定的溫升率，溫降率，規(guī)范操作。實(shí)際操作時(shí)，可以將給水出口溫度值作為溫升率，溫降率的判定依據(jù)。熱態(tài)投高加必須先開(kāi)注水門(mén)暖機(jī)，在前后壓差達(dá)到足夠小的情況下，才可緩開(kāi)三通閥，任何工況下，不可先開(kāi)進(jìn)汽閥后開(kāi)給水閥

50、，以免高加出現(xiàn)干燒現(xiàn)象。對(duì)于雙列布置的百萬(wàn)機(jī)組超超臨界高加，應(yīng)合理分配二列高加的給水份額，避免某一列高加過(guò)載雖然每列高加都是按75%總給水流量設(shè)計(jì)的，但這并不意味著任一列高加都可以長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行而不出現(xiàn)任何問(wèn)題。不要人為壓低高加水位以求省事，當(dāng)水位異常時(shí)，應(yīng)分析原因及時(shí)排除故障。所有機(jī)組都應(yīng)將高加水位監(jiān)測(cè)納入中央集控室重點(diǎn)水位監(jiān)測(cè)目標(biāo)范圍。盡可能將高加水位監(jiān)測(cè)控制儀表由基地式改為DCS數(shù)字中央集控儀表。不要減小高加進(jìn)汽閥的開(kāi)度設(shè)定值，這個(gè)閥門(mén)在任何工況下都應(yīng)處于全開(kāi)狀態(tài),除非高加解列退出運(yùn)行。高加的抽汽量不是由閥門(mén)的開(kāi)度決定的。較小的開(kāi)度只會(huì)降低高加殼側(cè)運(yùn)行壓力，引起整個(gè)高加組的運(yùn)行異常。3.

51、3.3高加維護(hù)的注意要點(diǎn)充分重視高加水側(cè)、汽側(cè)安全閥的例行檢修，在高加運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)安全閥泄漏應(yīng)及時(shí)解列高加并盡快更換安全閥，不可拖延。高加水位控制儀表必須在每次小修時(shí)例行更換，熱工室應(yīng)備有足夠的備品隨時(shí)整套更換。每次小修都必須對(duì)疏水調(diào)節(jié)閥籠罩開(kāi)孔進(jìn)行仔細(xì)檢查。觀察籠罩內(nèi)壁小孔周?chē)欠裼薪Y(jié)垢，如有結(jié)垢需完全清除。應(yīng)按高加設(shè)備制造廠規(guī)定對(duì)高加水位進(jìn)行熱態(tài)重新設(shè)定，以確保高加正常運(yùn)行，不要被水位計(jì)顯示的數(shù)據(jù)迷惑，判別水位是否正常的依據(jù)是疏水溫度是否有足夠的過(guò)冷度。發(fā)現(xiàn)高加水位異常升高；疏水閥全開(kāi)仍不能阻止水位上升；危急疏水閥頻開(kāi);系統(tǒng)補(bǔ)給水上升等異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)解列高加并打開(kāi)高加水室門(mén)蓋，按制

52、造廠說(shuō)明書(shū)流程檢查管束是否泄漏，如有換熱管損壞應(yīng)立即處理不可延誤。3.4 降低高壓加熱器停運(yùn)率的途徑3.4.1 檢修方面的改進(jìn)以前高壓加熱器疏水管的材質(zhì)為20號(hào)碳鋼，其抗汽、水兩相流體的沖刷能力差，易發(fā)生泄漏現(xiàn)象。前幾年，在發(fā)電機(jī)組大檢修時(shí)，分別把1-4號(hào)機(jī)的疏水管更換成不銹鋼材質(zhì)。據(jù)此高壓加熱器疏水管尤其是至高壓除氧器前彎頭處，發(fā)生泄漏次數(shù)明顯減少。其次，檢修部也加強(qiáng)了管理工作，切實(shí)注重工藝質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，抓好加熱器部件的完好性，以確保長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。3.4.2 運(yùn)行方面的改進(jìn)目前，操作人員在高壓加熱器啟、停時(shí)，操作方法不當(dāng)，主要是溫度變化控制不合理，投運(yùn)、停運(yùn)的速度過(guò)快。有關(guān)資料表明，溫度變化的快慢直接影響到加熱器的使用壽命。因此，在投、停高壓加熱器時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行操作規(guī)程，注意減小加熱器的熱應(yīng)力。要求投運(yùn)時(shí)，溫升速度應(yīng)不大于3/min；停用時(shí)，溫降速度應(yīng)控制在1.5-2/min，這也是防止高壓加熱器管系泄漏的主要措施。3.4.3嚴(yán)格