刘正强——国内座缸式600-1000MW超超临界汽轮机低压缸五、六级抽汽温度高分析

1、国内座缸式6001000MW超超临界汽轮机低压缸五、六级抽汽温度高分析中电投河南电力有限公司：刘正强 2010年11月1 1 概述概述 中电投平顶山鲁阳发电有限公司与国电泰州电厂、大唐潮州中电投平顶山鲁阳发电有限公司与国电泰州电厂、大唐潮州电厂的汽轮机型号均为电厂的汽轮机型号均为CCLN1000-25.0/600/600CCLN1000-25.0/600/600，系哈尔滨汽轮，系哈尔滨汽轮机厂与日本东芝公司合作设计、联合制造的一次中间再热、单轴、机厂与日本东芝公司合作设计、联合制造的一次中间再热、单轴、四缸、四排汽四缸、四排汽1000MW1000MW超超临界冲动凝汽式汽轮机。汽轮机低压缸超超临

2、界冲动凝汽式汽轮机。汽轮机低压缸采用双层缸结构，低压转子的四个轴承座与低压外缸下半缸焊接采用双层缸结构，低压转子的四个轴承座与低压外缸下半缸焊接成一体并一起坐落在底部台板上（简称座缸式）。目前已投产运成一体并一起坐落在底部台板上（简称座缸式）。目前已投产运行的四台机组均发现汽轮机五、六段抽汽温度高于设计值约行的四台机组均发现汽轮机五、六段抽汽温度高于设计值约25253030的现象（见表的现象（见表1 1），影响机组的经济性和安全性。因此，有），影响机组的经济性和安全性。因此，有必要深入分析原因，找出可能存在的设计、制造、安装工艺等问必要深入分析原因，找出可能存在的设计、制造、安装工艺等问题，以

3、便平顶山鲁阳发电有限公司题，以便平顶山鲁阳发电有限公司#1#1、2 2汽轮机在基建期加以改汽轮机在基建期加以改进。进。 表1 国内1000MW超超临界汽轮机五、六级抽汽温度设计值与实测值对比机组负荷MW五抽设计温度五抽实际温度五抽温度偏差六抽设计温度六抽实际温度六抽温度偏差某厂#3机组500216.223316.8137.516022.5750211.5233.221.7134159.325.31000207230.323.3130.5156.325.8某厂#4机组500216.224225.8137.515416.5750211.5249.938.4134156.722.7100020725

4、043130.516635.5某厂#1机组1000205.3232.527.2134.2158.824.6某厂#2机组1000205.3234.329134.2161.727.5 由表由表1 1可见，某厂可见，某厂#3#3、#4#4机组五、六级抽汽温度在负荷升高过程机组五、六级抽汽温度在负荷升高过程中，实测蒸汽温度与设计温度偏差逐渐增大，最大温差发生在机组中，实测蒸汽温度与设计温度偏差逐渐增大，最大温差发生在机组100%100%负荷条件下，其中负荷条件下，其中#3#3机组为机组为4343，#4#4机组为机组为35.535.5。 2 2 低压缸五抽、六抽温度偏高的试验分析低压缸五抽、六抽温度偏高

5、的试验分析2.1 2.1 初步判断初步判断 （1 1）考虑是否存在参数测量问题。通过对抽汽参数分析，）考虑是否存在参数测量问题。通过对抽汽参数分析，发现抽汽点与加热器进汽点参数相吻合，可以排除。发现抽汽点与加热器进汽点参数相吻合，可以排除。 （2 2）考虑低压缸进汽级效率偏低。低压进汽室内流道不光）考虑低压缸进汽级效率偏低。低压进汽室内流道不光滑，多处布有连接和加固构件，使汽流进入低压缸时出现较大的滑，多处布有连接和加固构件，使汽流进入低压缸时出现较大的压损，还会使低压缸进汽汽流的分配不均匀。这些通流结构问题压损，还会使低压缸进汽汽流的分配不均匀。这些通流结构问题会导致低压缸前面几个级段的效率

6、降低，造成五抽、六抽温度偏会导致低压缸前面几个级段的效率降低，造成五抽、六抽温度偏高。高。 （3 3）考虑是否存在低压缸内漏汽导致抽汽温度偏高。汽轮）考虑是否存在低压缸内漏汽导致抽汽温度偏高。汽轮机低压缸五抽、六抽的抽汽口分别位于低压缸进汽室两侧机低压缸五抽、六抽的抽汽口分别位于低压缸进汽室两侧, ,若出若出现低压进汽室隔板密封不严密或汽缸中分面存在间隙等原因而形现低压进汽室隔板密封不严密或汽缸中分面存在间隙等原因而形成漏汽，会使温度和压力较高的蒸汽进入五抽、六抽的抽汽腔室，成漏汽，会使温度和压力较高的蒸汽进入五抽、六抽的抽汽腔室，抬高这两级抽汽的温度。抬高这两级抽汽的温度。 2 2 低压缸五

7、抽、六抽温度偏高的试验分析低压缸五抽、六抽温度偏高的试验分析2.1 2.1 初步判断初步判断 例如：国内某例如：国内某600MW600MW超超临界汽轮机（超超临界汽轮机（25MPa/600/60025MPa/600/600一次中间再热、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、凝汽式）五抽温度设计值为单轴、两缸两排汽、凝汽式）五抽温度设计值为307.3,307.3,试验值为试验值为324324326,326,高于设计值高于设计值171719;19;六抽温度设计值为六抽温度设计值为224.8,224.8,试验值为试验值为253253254,254,高于设高于设计值计值29293030。在机组检修中，发现低

8、压内汽缸进汽与五抽间隔密封面有漏汽。在机组检修中，发现低压内汽缸进汽与五抽间隔密封面有漏汽痕迹痕迹, , 低压缸的内缸变形比较严重，见下图低压缸的内缸变形比较严重，见下图1 1。 图图1 1 汽轮机低压进汽室汽轮机在真空下变形隔板密封不严密汽轮机低压进汽室汽轮机在真空下变形隔板密封不严密 经过初步分析判断，低压缸内存在着异常漏汽导致五抽、六经过初步分析判断，低压缸内存在着异常漏汽导致五抽、六抽温度偏高。对照低压缸的结构，分析可能原因：抽温度偏高。对照低压缸的结构，分析可能原因：汽轮机汽封汽轮机汽封间隙变化；间隙变化；进汽室隔板密封不严密；进汽室隔板密封不严密；低缸结合面或喷嘴室中低缸结合面或喷

9、嘴室中分面漏汽或汽封左右间隙变化，分面漏汽或汽封左右间隙变化，低压内缸疏水管断裂。低压内缸疏水管断裂。2.2 2.2 试验情况试验情况 根据泰州电厂根据泰州电厂#1#1机组机组1000MW1000MW的试验数据，可以发现其机组的的试验数据，可以发现其机组的低压缸进汽温度、七抽温度与设计值基本吻合，但是五抽、六抽低压缸进汽温度、七抽温度与设计值基本吻合，但是五抽、六抽温度偏高约温度偏高约252530(30(见表见表2)2)，通过调研发现其它机组存在同样的，通过调研发现其它机组存在同样的问题问题, ,并且国内许多并且国内许多600MW600MW机组普遍存在低压缸第五、六级抽汽温机组普遍存在低压缸第

10、五、六级抽汽温度比设计值高度比设计值高25256060的问题。的问题。 为了分析抽汽温度偏高与低缸效率的关系，低压缸通流效率为了分析抽汽温度偏高与低缸效率的关系，低压缸通流效率取设计值进行计算，即已知级段前的进汽压力、温度和级段后压取设计值进行计算，即已知级段前的进汽压力、温度和级段后压力、温度，可求得级段的等熵焓降和通流效率，汽轮机组的性能力、温度，可求得级段的等熵焓降和通流效率，汽轮机组的性能试验数据及计算结果见表试验数据及计算结果见表2 2。 表2 泰州电厂#1汽轮机五、六抽温度设计和试验数据汇参数名称参数名称低压缸进汽低压缸进汽五级抽汽口五级抽汽口六级抽汽口六级抽汽口七级抽口七级抽口五

11、五/ /六级抽六级抽汽口效率汽口效率五五/ /六六/ /七级七级抽汽口效率抽汽口效率设计压力设计压力MPaMPa0.8420.8420.2470.2470.11980.11980.05470.0547设计温度设计温度348.7348.7205.3205.3134.2134.283.683.6设计效率设计效率% %92.9892.9893.893.892.4592.4595.9895.9894.1394.13焓焓kJ/kgkJ/kg3160.23160.22879.32879.32743.32743.326192619熵熵kJ/(kgkJ/(kgK K) )7.38177.38177.42877

12、.42877.45127.45127.487.48试验压力试验压力MPaMPa0.86450.86450.35820.35820.22820.22820.4770.477试验温度试验温度350.38350.38232.01232.01158.57158.5787.2587.25试验效率试验效率/%/%102.7102.7148.06148.0648.0348.03115.9115.988.8488.84焓焓kJ/kgkJ/kg3161.683161.682929.142929.142784.742784.742657.452657.45熵熵kJ/(kgkJ/(kgK K) )7.37457.3

13、7457.36187.36187.25777.25777.64887.64882.3 2.3 造成五抽、六抽温度偏高原因的简要分析造成五抽、六抽温度偏高原因的简要分析2.3.1 2.3.1 低压缸膨胀过程曲线分析低压缸膨胀过程曲线分析 多台机组的五、六级抽汽温度存在异常，其规律具有共性。多台机组的五、六级抽汽温度存在异常，其规律具有共性。现以泰州电厂现以泰州电厂#1#1汽轮机组汽轮机组A A级检修前后试验数据为例进行分析。级检修前后试验数据为例进行分析。 下图下图2 2给出了泰州电厂给出了泰州电厂#1#1机组低压缸的设计和试验膨胀过程机组低压缸的设计和试验膨胀过程线。蒸汽在低压缸膨胀做功过程中

14、，焓值降低，熵值增加，但曲线线。蒸汽在低压缸膨胀做功过程中，焓值降低，熵值增加，但曲线显示在五、六、七段抽汽数据显示点即拐点处，在五、六段抽汽却显示在五、六、七段抽汽数据显示点即拐点处，在五、六段抽汽却出现熵值减小的趋势（见上表出现熵值减小的趋势（见上表2 2），使得试验膨胀过程线在抽汽点），使得试验膨胀过程线在抽汽点处发生了较大的畸变，在低压缸进汽和五、六段抽汽及七段抽汽与处发生了较大的畸变，在低压缸进汽和五、六段抽汽及七段抽汽与设计曲线偏差较大。设计曲线偏差较大。 2.3 2.3 造成五抽、六抽温度偏高原因的简要分析造成五抽、六抽温度偏高原因的简要分析 众所周知，蒸汽在汽缸中的膨胀过程，可

15、近似地看成众所周知，蒸汽在汽缸中的膨胀过程，可近似地看成是绝热过程，而实际的绝热过程必定是熵增过程而非熵值减是绝热过程，而实际的绝热过程必定是熵增过程而非熵值减少。第五级抽汽点的熵小于低压缸进汽的熵，第六级抽汽点少。第五级抽汽点的熵小于低压缸进汽的熵，第六级抽汽点的熵小于第五级抽汽点的熵，显然缺乏理论依据。由于各抽的熵小于第五级抽汽点的熵，显然缺乏理论依据。由于各抽汽点之间的膨胀过程线斜率代表了各级的效率状况，从表汽点之间的膨胀过程线斜率代表了各级的效率状况，从表2 2可可见，低压缸七抽处的缸效率约见，低压缸七抽处的缸效率约48%48%，明显偏低；低压缸进汽至，明显偏低；低压缸进汽至五、六抽的

16、缸效率分别为五、六抽的缸效率分别为104%104%和和149%149%，此两段抽汽的级段效，此两段抽汽的级段效率超出率超出100%100%，显然违背了汽轮机通流部分的工作特性，但是，显然违背了汽轮机通流部分的工作特性，但是低压缸前三级效率为低压缸前三级效率为88.84%88.84%。由此可以推论：试验时测得的。由此可以推论：试验时测得的五抽、六抽温度大幅度偏高的情况，并不能代表汽轮机通流五抽、六抽温度大幅度偏高的情况，并不能代表汽轮机通流内部主汽流的参数状况，将抽汽温度偏高现象归因于漏汽和内部主汽流的参数状况，将抽汽温度偏高现象归因于漏汽和测量数据没有代表性更为合理。当然，汽轮机通流效率偏低测

17、量数据没有代表性更为合理。当然，汽轮机通流效率偏低也会引起抽汽温度的升高，所以并不能排除两者同时存在的也会引起抽汽温度的升高，所以并不能排除两者同时存在的可能性。可能性。2.3 2.3 造成五抽、六抽温度偏高原因的简要分析造成五抽、六抽温度偏高原因的简要分析 因此，低压缸膨胀曲线异常，说明在五、六级抽汽处因此，低压缸膨胀曲线异常，说明在五、六级抽汽处存在不明热源进入，使得抽汽参数严重偏离设计值。通过深存在不明热源进入，使得抽汽参数严重偏离设计值。通过深入分析，认为在内缸挠度最大的进汽区存在低压缸变形入分析，认为在内缸挠度最大的进汽区存在低压缸变形( (水平水平) )造成高温蒸汽短路，是第五级、

18、第六级抽汽温度均偏高的直造成高温蒸汽短路，是第五级、第六级抽汽温度均偏高的直接原因。接原因。 汽轮机通流效率偏低也会引起抽汽温度的升高，一般汽轮机通流效率偏低也会引起抽汽温度的升高，一般意义上讲，由于汽缸漏汽而抬升抽汽温度，由此造成的机组意义上讲，由于汽缸漏汽而抬升抽汽温度，由此造成的机组效率损失相对较小。若是通流部分效率下降，则将对机组效效率损失相对较小。若是通流部分效率下降，则将对机组效率产生严重的影响。实际测量的低压缸效率虽较设计值略偏率产生严重的影响。实际测量的低压缸效率虽较设计值略偏低，但没有较大变化，可以排除缸效率偏低引起五、六级抽低，但没有较大变化，可以排除缸效率偏低引起五、六级

19、抽汽温度偏高的可能。表汽温度偏高的可能。表2 2显示，五、六级抽汽段低缸效率反常显示，五、六级抽汽段低缸效率反常地大于地大于100%100%，七抽级间效率明显较设计值偏低，所以将抽汽，七抽级间效率明显较设计值偏低，所以将抽汽温度偏高现象归因于漏汽加热影响更为合理。温度偏高现象归因于漏汽加热影响更为合理。 3 3 低压缸内漏原因分析低压缸内漏原因分析3.1 3.1 焊接应力释放导致低压内缸变形焊接应力释放导致低压内缸变形 制造厂去除焊接式低压内缸的焊接应力不彻底，机组运行中制造厂去除焊接式低压内缸的焊接应力不彻底，机组运行中应力继续释放，造成缸体变形。如果低压内缸出现热变形，可直接应力继续释放，

20、造成缸体变形。如果低压内缸出现热变形，可直接导致级间短路；同时引起径向动静间隙变化，通流间隙增大造成蒸导致级间短路；同时引起径向动静间隙变化，通流间隙增大造成蒸汽短路，抽汽温度偏高，也可导致局部动静消失碰磨，机组振动超汽短路，抽汽温度偏高，也可导致局部动静消失碰磨，机组振动超标。标。3.2 3.2 温差大引起低压内缸变形温差大引起低压内缸变形 低压内缸中间部位与低压缸各级抽汽室温差较大，造成内缸低压内缸中间部位与低压缸各级抽汽室温差较大，造成内缸变形值超过设计值。低压缸水平面螺栓紧力不足，导致低压内缸变变形值超过设计值。低压缸水平面螺栓紧力不足，导致低压内缸变形引起内漏。形引起内漏。3.3 3

21、.3 低压外缸变形低压外缸变形 哈汽哈汽- -东芝东芝1000MW1000MW汽轮机低压外缸的结构特点是汽缸和轴承汽轮机低压外缸的结构特点是汽缸和轴承座一体化，低压外缸在高度真空状态下出现变形，引起转子中心变座一体化，低压外缸在高度真空状态下出现变形，引起转子中心变化影响径向动静间隙。经了解，上海汽轮机厂化影响径向动静间隙。经了解，上海汽轮机厂1000MW1000MW机组低压转子机组低压转子轴承座与汽缸分开，未出现五、六级抽温度偏高现象。轴承座与汽缸分开，未出现五、六级抽温度偏高现象。4 4 五段、六段抽汽温度高现象对机组影响五段、六段抽汽温度高现象对机组影响4.1 4.1 机组安全性降低机组

22、安全性降低 低压缸存在变形，是动静径向摩擦的重要原因。哈汽低压缸存在变形，是动静径向摩擦的重要原因。哈汽- -东芝东芝1000MW1000MW汽轮汽轮机低压缸在低压缸真空度和温度提高、跨距加长、质量增加的情况下，表现出机低压缸在低压缸真空度和温度提高、跨距加长、质量增加的情况下，表现出刚性不足问题，通过对五刚性不足问题，通过对五/ /六段抽汽温度高及试验数据分析，发现低压内缸存在六段抽汽温度高及试验数据分析，发现低压内缸存在变形，特别是在凝汽器真空度较高时，在大气压的作用下，低压缸的变形呈现变形，特别是在凝汽器真空度较高时，在大气压的作用下，低压缸的变形呈现如下趋势：如下趋势：（1 1）整体（

23、汽缸中心）会有所下沉；）整体（汽缸中心）会有所下沉；（2 2）低压缸沿轴线向下弯曲；）低压缸沿轴线向下弯曲；（3 3）低压外缸的横截面由圆形变成椭圆形，椭圆长轴在水平方向，短轴在）低压外缸的横截面由圆形变成椭圆形，椭圆长轴在水平方向，短轴在垂直方向。垂直方向。 低压缸变形后，上间隙减小造成动静碰磨，且通流径向磨损程度从低压低压缸变形后，上间隙减小造成动静碰磨，且通流径向磨损程度从低压( (两侧两侧) )到高压到高压( (中间中间) )逐渐加剧，机组振动易超标，威胁安全运行；下间隙增大逐渐加剧，机组振动易超标，威胁安全运行；下间隙增大造成蒸汽短路造成蒸汽短路, ,抽汽温度超设计值。抽汽温度超设计

24、值。 4.2 4.2 机组经济性降低机组经济性降低 当低压缸变形导致部分汽封间隙增大、隔板密封不严密或汽缸中分面存当低压缸变形导致部分汽封间隙增大、隔板密封不严密或汽缸中分面存在间隙时形成漏汽时，会使温度较高的蒸汽进入五、六段抽汽腔室。根据表在间隙时形成漏汽时，会使温度较高的蒸汽进入五、六段抽汽腔室。根据表2 2计计算得出，低压缸进汽漏到五抽的漏汽流量约算得出，低压缸进汽漏到五抽的漏汽流量约17.391t/h17.391t/h，机组功率损失约，机组功率损失约800kW800kW；低压缸进汽漏到六抽这股漏汽流量约为低压缸进汽漏到六抽这股漏汽流量约为7.75t/h7.75t/h，机组功率损失约为，

25、机组功率损失约为356kW356kW。合。合计功率损失约为计功率损失约为1156kW1156kW。5 座缸式6001000MW机组抽汽温度偏高问题的尝试解决方法及效果5.1 5.1 低压内缸中分面增设密封结构低压内缸中分面增设密封结构 鉴于机组实际运行中鉴于机组实际运行中 5#5#、6#6#抽汽管抽汽参数偏高，以及低压内缸中抽汽管抽汽参数偏高，以及低压内缸中分面存在张口的状况，在低压内缸中分面增设密封结构。兰溪电厂分面存在张口的状况，在低压内缸中分面增设密封结构。兰溪电厂 4#4#机机低压内缸中分面增设密封结构，低压部分的低压内缸中分面增设密封结构，低压部分的 5#5#、6#6#抽汽温度有一定

26、程度抽汽温度有一定程度下降，就目前的运行情况看，此优化方案还是取得了成功。下降，就目前的运行情况看，此优化方案还是取得了成功。 5.2 5.2 汽封改造汽封改造 通过对蜂窝汽封、侧齿汽封和接触汽封进行研究，其中侧齿汽封通过对蜂窝汽封、侧齿汽封和接触汽封进行研究，其中侧齿汽封效果明显。某厂在效果明显。某厂在#2#2机组（机组（600MW600MW）B B级检修中，通过对低压通流部分级检修中，通过对低压通流部分采用侧齿迷宫汽封进行了验证，采用侧齿迷宫汽封进行了验证，20102010年年3 3月进行修后性能试验，机组热月进行修后性能试验，机组热耗为耗为7780.35 kJ/kWh7780.35 kJ

27、/kWh，比修前下降，比修前下降91.29kJ/kWh91.29kJ/kWh；高压缸效率提高了；高压缸效率提高了1.041.04个百分点，达到个百分点，达到85.92%85.92%；中压缸效率提高了；中压缸效率提高了0.90.9个百分点，达到个百分点，达到91.29%91.29%；低压缸效率提高了；低压缸效率提高了1.621.62个百分点，达到个百分点，达到88.54%88.54%；五、六段抽；五、六段抽汽温度均较修前有明显下降。其中，五段抽汽温度由汽温度均较修前有明显下降。其中，五段抽汽温度由283283下降至下降至273273；六段抽汽温度由；六段抽汽温度由183183下降至下降至1651

28、65。 表3 某1000MW机组优化后的低压部分通流间隙项目单位L（左）B（下）R（右）T（上）第19-21级隔板汽封（STQ19-21T/Q）mm1.001.401.401.90第19-23级隔板汽封（STQ22-23T/Q）mm1.401.801.802.00第18级动叶部汽封（STQ18T/Q）mm1.581.781.981.98第19级动叶部汽封（STQ19T/Q）mm1.832.032.232.23第20级动叶部汽封（STQ20T/Q）mm1.832.032.232.23第21级动叶部汽封（STQ21T/Q）mm3.303.503.703.70第22级动叶部汽封（STQ22T/Q）mm3.403.603.803.