国产引进型300MW汽轮机高压缸存在问题的研究.pdf

Z 电 力安全技术 第1 4 卷(2 0 1 2 年 第8 期) 对汽轮机试验结果的统计表明，高压缸效率 比设计 值低 61 0 个百分点，使发电煤耗平均增加约 4 9 g k Wh。 高压缸效率下降速度快。机组检修后高压缸效 率均能得到一定程度的提高 ，但仅运行几个月后， 经过几次启停 ，缸效率又很快下降，甚至降低到大 修前的水平。 2 2 监视段参数偏高 运行 中不 同程度地存在调节级及各段抽 汽压 力、温度偏高，其中在高压缸尤为突出，部分机组 甚至超过设计最大值。 这不仅影响到汽轮机的安全、 经济运行 ，也给加热器 、锅炉等其他设备的运行埋 下了安全 隐患。例如 ：高压缸排汽温度 明显偏高 ， 最大高出设计值 1 53 0， 对锅炉再热器的安全、 经济运行造成不利影响 ；部分机组监视段超压严 重 ，迫使 电厂在高负荷运行时不得不降低主蒸汽压 力 ，造成经济性下降。 2 3 检修 中发现的主要问题 同类型机组大修中还发现以下一些比较普遍的 问题。 ( 1 )汽缸变形较大。汽缸 中分面的间隙普遍偏 大 ，部分汽缸结合面漏汽冲刷痕迹明显。 ( 2 )螺栓松弛与断裂。主要是高压 内缸与持环 螺栓，尤其是内缸定位销螺栓断裂较频繁 。 ( 3 )径 向汽封磨损。各部分通流汽封与轴封均 有较大磨损， 大修揭缸检查常达到 1 21 5 mm( 设 计间隙为 0 7 5 mm) 。 ( 4 )通流部分结垢 。 3 影响因素综合诊断分析 该类型汽轮机引进初期表现最突出的问题是出 力不足 ，后来通过增大通流面积得以解决 ，但也由 此掩盖了机组存在的真实问题。实践中对汽轮机进 行的改进结果表明，该型机组在不增加通流面积的 情况下完全可以达到设计出力，是机组各方面存在 问题导致热损失，造成了出力降低。 造成高压缸 问题的因素比较复杂 ，涉及机组的 设计、制造 、安装、运行与维护等多方面，各 因素 之间又相互作用。下面就对各因素进行综合分析。 3 1 通流效率校核 根据汽轮机厂给出的通流部分设计数据 ，对高 一 一 压缸的通流效率进行了校核 ，计算结果见表 1 。 表 1 高压缸通流部分校核计算结果 表 l中：“ 设计额定值 ”为机组额定工况的设 计数据 ，“ 计算额定值”为校核计算的结果，“ 计算 汽封磨损”数据为考虑通流部分动静叶径 向间隙增 大至 1 I I l iT I ( 设计间隙的 1 3 倍 ) 时的计算结果 。 从计算结果可见 ，计算校核的高压缸效率仅略 低于制造厂的设计值 0 2 8个百分点。可见高压缸 通流部分的效率基本上是能够达到设计要求的，这 一 结论也得到了试验数据的证实。 3 2 汽缸变形 大修检查发现，高压缸普遍存在汽缸变形 ，以 高压内缸和高压缸静叶持环较为严重。汽缸变形是 引起螺栓松弛或断裂、汽缸结合面漏汽、动静碰磨 造成汽封磨损等问题的主要原因。 由汽缸变形造成对螺栓的附加应力 ，随着机组 工况变动形成交变应力 ，是促使螺栓断裂或松弛的 主要因素。大修 中发现定位销螺栓表面与汽缸接触 部位有 明显的移位造成的摩擦痕迹。螺栓安装时紧 力不均，部分螺栓受力偏大，更容易断裂。 汽缸变形的主要原因是运行中存在较大的上下 缸负温差。增加一段抽汽 口，造成汽缸水平结合面 薄弱 ，刚度偏低 ，加剧了变形。 3 2 i 汽缸温差的影响 高压 内外缸与持环均存在上、下缸负温差大， 即下缸温度高于上缸温度。主要原因是由于高压 内 外缸夹层结构设计的问题使夹层蒸汽流向与设计思 想不符 ，上 、下缸汽流温差大。其次 ，调门进汽顺 序的设置加剧了低负荷时的汽缸温差。此外，原汽 缸壁温测点位置不合适 ，不能真实反映汽缸温差水 平 ，使机组经常在较大的温差下运行 。根据汽缸结 构和夹层蒸汽流向分析，温差最大部位发生在高压 缸前部。经加装壁温测点证实 ，正常运行 中下缸温 度高于上缸 ，最高可达 7 0以上。缸温差每增加 1，通流径 向间隙减小 0 0 1 IY l IY l 左右。 3 2 2 增加一段抽汽的影响 本机组在技术引进时，为提高回热效率 ，在未 第 l 4 卷 ( 2 0 1 2 年第 8 期 ) 电力 安 全 技 术 改变高压缸的整体结构尺寸的情况下 ，在高压静叶 持环上增加 了一个抽汽 口。造成汽缸水平结合面薄 弱 ，刚度偏低 ， 持环水平结合面有效密封面积减少 ， 螺栓布置困难 ， 且螺栓直径较细 ， 紧力与强度不足 ， 加剧了汽缸变形。 3 3 径 向汽封磨损 径 向汽封包括通流部分的动、静叶汽封 ，高 、 中压缸各平衡盘汽封以及汽缸两端的轴封。机组大 修时检查发现，各部分的径向汽封普遍磨损 ，间隙 增大 。 造成汽封磨损的主要原因有 ：由于汽缸变形引 起汽封径向间隙变小 ，启 、停过程 中汽轮机振动增 大 ，发生动 、静碰磨等。有 的机组还出现过高压缸 排汽管道支 吊架不 良，造成汽缸左右位移 ，致使汽 封磨损严重。 由于结构上的一些特点 ，如反动式、合缸、高 压缸夹层等 ，使得该型汽轮机汽封漏汽增大。 3 3 1 中压平衡盘汽封 中压平衡盘汽封位于高压缸与 中压缸之间，是 最易发生动静碰磨的部位。 大量机组试验结果表明， 中压平衡盘漏汽量达到设计值 的 23倍 ，会使发 电煤耗增加 1 2 g k Wh 。 造成 中压平衡盘漏汽量大的主要原因有 ：对于 高中压合缸机组 ，该部位处于转子中部挠度最大的 位置 ，更容易磨损 ；该部位转子的直径最大 ，在同 样的汽封间隙时漏汽面积较大 ；冷却蒸汽管将高压 缸夹层汽流引入中压平衡盘两道汽封之间，对机组 产生不利影响。 3 3 2 通流部分汽封 国产引进型 3 0 0 MW 汽轮机属 于反动式 汽轮 机 ， 其结构和热力过程与冲动式汽轮机有较大差异。 通流部分汽封间隙增加对通流效率的影响较大 ，也 是高压缸效率下降速度快的原因之一 。由于动叶存 在较大压差 ，其汽封的漏汽量较大 ；结构上采用鼓 形转子 ，静叶汽封处转子的直径较大 ，在同样的间 隙下漏汽面积较大 。可 以计算出，各压力级汽封间 隙 由设 计 的 0 7 5 mm 增大 至 1 0 mm 后 ，高压缸 效率降低了 0 8 3个百分点 ， 影响发电煤耗约 0 5 g kW h。 3 3 3 轴封 很多机组运行中的轴封供汽母管压力很高，甚 至不得不额外增加溢流管道来降低压力 ，表明轴封 Z 磨损情况较为严重 ，造成工质大量流失。 3 4 调节级效率低 本文所述的调节级效率按试验测量的主汽门前 与调节级后参数计算 ，包含主汽门和调门的节流影 响。机组 引进后 ，对调节级作了优化 ，级设计效率 从 6 4逐渐增加到 7 2。但在实 际运行 中调节级 效率普遍偏 低，约为 5 0 左右。调节级效率若 降 低 l 0个 百分点 ，影响发 电煤 耗率约 1 2g k Wh 。 引起调节级效率低 的因素较多 ，其中影响较大的主 要有 以下几个因素。 ( 1 )调 门节流损失大。机组低负荷运行 时，若 运行方式不当， 很容易造成调门节流损失大幅增加。 ( 2 )调节级动叶汽封径向问隙大 ，结构不合理。 经计算和实践证明，调节级动叶叶顶及叶根的 3道 汽封 间隙可大幅度减小 ，不会影响运行安全性 ，还 可显著提高调节级效率 。调节级汽封为单齿、镶嵌 式固定结构 ，阻汽效果差且难以调整间隙。调节级 压差较大 ，汽封薄弱 ，部分机组调节级叶顶汽封 吹 损 ，发生卷曲，使漏汽面积大幅增加。 ( 3 )喷嘴叶片损伤。调节级叶片处在汽轮机的 第一级，工作条件恶劣。由于固体粒子的侵蚀、高 频蒸汽激振等原因，易导致调节级喷嘴叶片损伤。 当损伤达到一定程度时，对级效率影响较大。较严 重的机组调节级效率仅为 3 3 。 ( 4 )喷嘴组 中分面漏汽损失。 ( 5 )反流式结构损失。 ( 6 )工况偏差大。调节级经常工作在较大的变 工况状态下，流动效率降低。 3 5 其他 因素 3 5 1 运行 、检修因素 由于对机组特 生了解不够透彻，运行检修中普 遍存在一些影响机组安全 眭、经济 陛的问题。如 ： 不重视汽封间隙的调整或调整工艺不当，调整时未 考虑汽缸变形的影