哈爾濱300mw汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行工況分析

哈爾濱300mw汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行工況分析

1閥調(diào)節(jié)方式單一,影響經(jīng)濟(jì)性我國(guó)工廠的4#機(jī)組是哈曼殊汽車廠生產(chǎn)的600mw機(jī)組。在多閥調(diào)節(jié)（噴嘴調(diào)整）的高壓下，機(jī)組2#瓦的瓦溫顯著增加，振動(dòng)也顯著增加，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，由于它長(zhǎng)期不采用多閥調(diào)節(jié)方式，只能采用單閥調(diào)節(jié)（開口調(diào)節(jié)），導(dǎo)致開口損失大，影響經(jīng)濟(jì)性。因此我廠與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作對(duì)4#機(jī)配汽方式進(jìn)行了改造,由原來的順序閥方案“3#+4#→1#→2#”,改造成新的順序閥方案“1#+4#→2#→3#”,運(yùn)行結(jié)果表明,改進(jìn)后的配汽方案在保持了順序閥方案調(diào)節(jié)級(jí)效率高的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,減小甚至消除調(diào)節(jié)級(jí)在部分進(jìn)汽時(shí)產(chǎn)生的水平方向汽流分力,排除2#瓦瓦溫高的故障。2分配方式的改良方案2.1橫向汽流力引起的熱重哈三600MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)的配汽方式示意圖如圖1所示,機(jī)組的原設(shè)計(jì)順序閥方案的進(jìn)汽順序?yàn)?#+4#→1#→2#。閥門在這種配汽方案下,汽流力除產(chǎn)生推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩外,在部分負(fù)荷下還將產(chǎn)生很大的附加橫向汽流力,這個(gè)力在3#、4#閥接近全開而其它兩閥尚未開啟時(shí)達(dá)到最大,因此高壓轉(zhuǎn)子上所受到的力除轉(zhuǎn)子自身的重力外,還增加了由于部分進(jìn)汽引起的橫向力,轉(zhuǎn)子在這一合力作用下,軸心位置必然發(fā)生偏移,經(jīng)過對(duì)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)行詳細(xì)的熱力計(jì)算,發(fā)現(xiàn)這一偏移使軸在軸承中的側(cè)隙發(fā)生了很大變化,如圖2所示,進(jìn)油油楔面積大大減小,軸承供油量不足,從而導(dǎo)致2#瓦瓦溫升高。另外,隨著機(jī)組的增大,配汽剩余汽流力產(chǎn)生的傾覆力矩使得推力瓦的各個(gè)瓦塊受力不均勻程度變得突顯起來,從而導(dǎo)致受力大的瓦塊進(jìn)油油楔面積小,因此推力瓦的瓦溫也會(huì)升高。所以要從根本上解決上述故障就應(yīng)該尋求新的配汽方案以消除或降低調(diào)節(jié)級(jí)部分進(jìn)汽時(shí)引起的汽流力。2.2進(jìn)汽順序的確定針對(duì)以上存在的問題,我們提出對(duì)4#機(jī)的配汽進(jìn)行方式改造,以減小甚至消除調(diào)節(jié)級(jí)在部分進(jìn)汽時(shí)產(chǎn)生的水平方向汽流分力,排除2#瓦瓦溫高的故障。從機(jī)理分析可知,非對(duì)稱進(jìn)汽導(dǎo)致了配汽剩余汽流力的產(chǎn)生,因此為了消除此力可以采用完全對(duì)角進(jìn)汽的方式,這有單閥與雙閥兩種選擇方案。目前機(jī)組運(yùn)行于單閥方式,該方式雖然消除了剩余汽流力,但是節(jié)流損失太大,經(jīng)濟(jì)性很差。所以我們采用的首選方案是雙閥對(duì)稱進(jìn)汽的方案(以下稱為方案A),方案A雖然在高負(fù)荷區(qū)域調(diào)節(jié)級(jí)效率比順序閥方案會(huì)略有下降(圖3),但是方案A可以使汽流力互相抵消為零。由于原設(shè)計(jì)的順序閥方案無法投入實(shí)際運(yùn)行,所以方案A與目前運(yùn)行中實(shí)際采用的單閥方案相比,在各種負(fù)荷下的調(diào)節(jié)級(jí)的平均效率是提高的,大約會(huì)從30%提高到45%,經(jīng)濟(jì)性可觀。所以兼顧機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性,從而確定方案A的進(jìn)汽順序?yàn)?1#+4#→2#+3#。除此之外,為了進(jìn)一步降低節(jié)流損失,提高調(diào)節(jié)級(jí)的效率,我們也提出了另外一種順序閥方案(以下稱為方案B)。方案B的進(jìn)汽順序?yàn)?1#、4#→2#→3#。由于方案B最先開的兩閥處于對(duì)角位置,所以剩余汽流力會(huì)比原設(shè)計(jì)的順序閥方案降低很多,同時(shí)也保持了順序閥方案調(diào)節(jié)級(jí)效率高的優(yōu)勢(shì)。2.3改造后對(duì)機(jī)組性能的影響分析(1)轉(zhuǎn)子負(fù)荷變化不大,轉(zhuǎn)子振不大采用方案A改造后轉(zhuǎn)子在變負(fù)荷過程中所受的剩余橫向汽流力幾乎不存在,因此軸心位置在變負(fù)荷過程中變化不大,轉(zhuǎn)子對(duì)中不會(huì)因?yàn)樨?fù)荷的變化而改變,軸振和瓦振都將比改造前有明顯的降低。采用方案B改造后轉(zhuǎn)子在變負(fù)荷過程中雖然仍會(huì)有剩余橫向汽流力存在,但是與原設(shè)計(jì)順序閥方案相比,已經(jīng)大大減少了(最大值從10000kg降到了3000kg),因此軸振和瓦振都將比改造前有所降低。(2)配汽順序的調(diào)整1#瓦與2#瓦一樣支撐著高壓轉(zhuǎn)子,調(diào)節(jié)級(jí)部分進(jìn)汽產(chǎn)生的問題在1#瓦上有同樣的影響,因此用方案A或者方案B改造配汽順序以后,1#瓦溫度和軸振的變化與2#瓦相同,都會(huì)降低。(3)機(jī)組動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的確定采用方案A改造后機(jī)組在變負(fù)荷過程中1#瓦和2#瓦處軸心位置幾乎不會(huì)發(fā)生變化,因此機(jī)組在動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中軸系對(duì)中狀況能保持良好的狀態(tài)。采用方案B改造以后,機(jī)組在變負(fù)荷過程中1#瓦和2#瓦處軸心位置雖然會(huì)發(fā)生變化,但與原設(shè)計(jì)順序閥方案相比,由于橫向剩余汽流力的減少,軸心位置的偏移量也會(huì)減小。(4)軸承能工作對(duì)軸承能穩(wěn)定性的影響采用方案A改造后,1#、2#號(hào)軸承所承擔(dān)的載荷基本為轉(zhuǎn)子自重,軸承能工作在設(shè)計(jì)工況下,這樣在保證其承載能力的前提下,穩(wěn)定性不會(huì)受到影響。采用方案B改造后,由于剩余汽流力的存在,1#、2#號(hào)軸承所承擔(dān)的載荷會(huì)有所增加,但小于原設(shè)計(jì)順序閥方案。(5)傾覆力力學(xué)采用方案A改造以后,進(jìn)汽完全對(duì)稱,幾乎不存在傾覆力矩,所以推力瓦的溫度會(huì)恢復(fù)到正常值。采用方案B改造以后,雖仍然會(huì)存在傾覆力矩,但比原設(shè)計(jì)順序閥狀態(tài)下的值小,因此瓦溫也會(huì)降低。(6)激振力頻率的影響方案A和方案B將順序進(jìn)汽方式改為對(duì)角進(jìn)汽方式后,由于部分進(jìn)汽引起的調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片所受的激振力頻率會(huì)發(fā)生變化,一般情況下激振力頻率增加一倍,此頻率最高為110Hz,而由于調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片比較短,其固有頻率一般都在500Hz以上,因此不會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)葉片造成不良影響。多臺(tái)同類機(jī)組的改造運(yùn)行實(shí)踐證明了其安全性。(7)方案b:減少節(jié)流損失,提高效率改造前,機(jī)組處于單閥運(yùn)行狀態(tài),節(jié)流損失很大,機(jī)組效率很低。采用方案A改造以后,減少了節(jié)流損失,機(jī)組效率會(huì)大大提高。采用方案B改造以后,進(jìn)一步降低了節(jié)流損失,因此機(jī)組效率比方案A還會(huì)有所提高,特別是在最常工作的負(fù)荷區(qū)段,可以提高近10%。(8)影響高壓罐上下溫差的影響方案A和方案B由于采用對(duì)角進(jìn)汽方式,這樣高壓缸上下半缸同時(shí)進(jìn)汽,溫差減小,變負(fù)荷特性好。2.4現(xiàn)場(chǎng)采用方案b進(jìn)行改造方案A、B相比較,A具有更高的安全性,而B具有更高的經(jīng)濟(jì)性,為得到更高的經(jīng)濟(jì)性,最后在現(xiàn)場(chǎng)采用方案B進(jìn)行改造。由于我廠4#機(jī)組采用的是新華公司DEHⅢ系統(tǒng),因此只需修改DEH中的程序即可完成改造,實(shí)施非常容易,甚至可以不停機(jī)直接在線進(jìn)行修改。3原順序閥實(shí)驗(yàn)為了比較閥門改造前后的機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性,共進(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn),分別為:改造前:2003年1月21日大修完成后進(jìn)行的從單閥切換到原順序閥的實(shí)驗(yàn);改造后:2003年8月16日進(jìn)行了改造后的順序閥實(shí)驗(yàn)。3.1多閥運(yùn)行性能圖5和圖6分別給出了改造前和改造后的2#瓦瓦溫的趨勢(shì)圖。由圖中可見在改造前:2#瓦2-1測(cè)點(diǎn)在多閥運(yùn)行時(shí)的平均溫度約為80℃左右,最高溫近90℃;2#瓦2-2測(cè)點(diǎn)在該時(shí)段的平均溫度約為60℃左右,最高溫近80℃;在15:09對(duì)應(yīng)的500MW負(fù)荷點(diǎn)處:2#瓦2-1測(cè)點(diǎn)在該時(shí)段的溫度約為82℃。在實(shí)驗(yàn)過程中,1#瓦瓦振在15:30左右已經(jīng)達(dá)到了近150um;2#瓦瓦振在15:30左右已經(jīng)達(dá)到了近115um。改造前機(jī)組原設(shè)計(jì)多閥運(yùn)行的閥門管理方案的安全性較差,難以滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求,這也正是改造前機(jī)組難以投入多閥運(yùn)行的原因。改造后的機(jī)組安全性能:2#瓦2-1測(cè)點(diǎn)在多閥運(yùn)行時(shí)的平均溫度約為62℃左右,最高溫68℃;2#瓦2-2測(cè)點(diǎn)在該時(shí)段的平均溫度約為69℃左右,最高溫76℃;在14:23對(duì)應(yīng)的500MW負(fù)荷點(diǎn)處:2#瓦2-1測(cè)點(diǎn)在該時(shí)段的溫度約為58℃,2#瓦2-2測(cè)點(diǎn)在該時(shí)段的溫度約為75℃;與改造前的順序閥機(jī)組瓦溫比較,改造后的順序閥方案的瓦溫明顯降低,符合機(jī)組運(yùn)行的安全性指標(biāo)。3.2經(jīng)濟(jì)分析(1)順序閥的汽耗率圖7是改造后試驗(yàn)之單多閥汽耗率的比較圖,從圖中數(shù)據(jù)比較可知,在390～540MW的負(fù)荷變化范圍內(nèi),單閥運(yùn)行的汽耗率變化范圍在3.27～3.61kg/kWh,改造后的順序閥方案的汽耗率的變化范圍在2.86～3.2kg/kWh,所以改造后的順序閥方案的汽耗率明顯低于單閥運(yùn)行時(shí)的汽耗率,在同負(fù)荷段單多閥汽耗率相差最大值為0.7kg/kWh。這是由于運(yùn)行過程中,1#、4#閥門保持在比較大的開度上,節(jié)流損失較小,3#閥門基本上保持全關(guān)狀態(tài),只有2#閥門參與負(fù)荷調(diào)節(jié),因此只有2#閥門存在節(jié)流損失,從而使調(diào)節(jié)級(jí)效率高于單閥方式運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)級(jí)效率。隨著負(fù)荷的增大,單閥運(yùn)行方式的汽耗率是降低的,這是由單閥運(yùn)行方式的特點(diǎn)決定的:調(diào)節(jié)開度越大,節(jié)流損失越小。在560MW以上時(shí),單、多閥運(yùn)行方式的汽耗率趨于相等。總的來說,改造后的多閥運(yùn)行方式的汽耗率仍然低于單閥運(yùn)行方式,改造后的經(jīng)濟(jì)性有了較大提高。(2)多閥方式運(yùn)行時(shí)汽耗率降低國(guó)產(chǎn)600MW的額定主汽流量約為1800t/h,標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電煤耗率約335g/kWh。在550MW負(fù)荷點(diǎn),采用多閥方式運(yùn)行時(shí)汽耗率降低約0.06kg/kWh,經(jīng)壓力修正,汽耗率降低約0.008kg/kWh,折合煤耗降低約0.09g/kWh。在550MW負(fù)荷點(diǎn),采用多閥方式運(yùn)行時(shí)汽耗率降低約0.06kg/kWh,經(jīng)壓力修正,采用多閥方式運(yùn)行時(shí)汽耗率降低約0.03kg/kWh,折合煤耗降低約0.234g/kWh。在450MW負(fù)荷點(diǎn),汽耗率降低0.46kg/kWh,經(jīng)壓力修正,采用多閥方式運(yùn)行時(shí)汽耗率降低約0.08kg/kWh,折合煤耗降低約0.514g/kWh。按500MW的平均功率計(jì)算3000小時(shí)/年的年運(yùn)行節(jié)煤量約為標(biāo)煤3510t標(biāo)準(zhǔn)煤,經(jīng)濟(jì)效益顯著。4順序閥的改進(jìn)方案經(jīng)過