哈尔滨300mw汽轮机变负荷运行工况分析

哈尔滨300mw汽轮机变负荷运行工况分析

1阀调节方式单一,影响经济性我国工厂的4#机组是哈曼殊汽车厂生产的600mw机组。在多阀调节（喷嘴调整）的高压下，机组2#瓦的瓦温显著增加，振动也显著增加，严重影响了机组的安全运行。因此，由于它长期不采用多阀调节方式，只能采用单阀调节（开口调节），导致开口损失大，影响经济性。因此我厂与哈尔滨工业大学合作对4#机配汽方式进行了改造,由原来的顺序阀方案“3#+4#→1#→2#”,改造成新的顺序阀方案“1#+4#→2#→3#”,运行结果表明,改进后的配汽方案在保持了顺序阀方案调节级效率高的优势的基础上,减小甚至消除调节级在部分进汽时产生的水平方向汽流分力,排除2#瓦瓦温高的故障。2分配方式的改良方案2.1横向汽流力引起的热重哈三600MW汽轮机调节级的配汽方式示意图如图1所示,机组的原设计顺序阀方案的进汽顺序为3#+4#→1#→2#。阀门在这种配汽方案下,汽流力除产生推动转子旋转的扭矩外,在部分负荷下还将产生很大的附加横向汽流力,这个力在3#、4#阀接近全开而其它两阀尚未开启时达到最大,因此高压转子上所受到的力除转子自身的重力外,还增加了由于部分进汽引起的横向力,转子在这一合力作用下,轴心位置必然发生偏移,经过对高压缸调节级进行详细的热力计算,发现这一偏移使轴在轴承中的侧隙发生了很大变化,如图2所示,进油油楔面积大大减小,轴承供油量不足,从而导致2#瓦瓦温升高。另外,随着机组的增大,配汽剩余汽流力产生的倾覆力矩使得推力瓦的各个瓦块受力不均匀程度变得突显起来,从而导致受力大的瓦块进油油楔面积小,因此推力瓦的瓦温也会升高。所以要从根本上解决上述故障就应该寻求新的配汽方案以消除或降低调节级部分进汽时引起的汽流力。2.2进汽顺序的确定针对以上存在的问题,我们提出对4#机的配汽进行方式改造,以减小甚至消除调节级在部分进汽时产生的水平方向汽流分力,排除2#瓦瓦温高的故障。从机理分析可知,非对称进汽导致了配汽剩余汽流力的产生,因此为了消除此力可以采用完全对角进汽的方式,这有单阀与双阀两种选择方案。目前机组运行于单阀方式,该方式虽然消除了剩余汽流力,但是节流损失太大,经济性很差。所以我们采用的首选方案是双阀对称进汽的方案(以下称为方案A),方案A虽然在高负荷区域调节级效率比顺序阀方案会略有下降(图3),但是方案A可以使汽流力互相抵消为零。由于原设计的顺序阀方案无法投入实际运行,所以方案A与目前运行中实际采用的单阀方案相比,在各种负荷下的调节级的平均效率是提高的,大约会从30%提高到45%,经济性可观。所以兼顾机组安全性和经济性,从而确定方案A的进汽顺序为:1#+4#→2#+3#。除此之外,为了进一步降低节流损失,提高调节级的效率,我们也提出了另外一种顺序阀方案(以下称为方案B)。方案B的进汽顺序为:1#、4#→2#→3#。由于方案B最先开的两阀处于对角位置,所以剩余汽流力会比原设计的顺序阀方案降低很多,同时也保持了顺序阀方案调节级效率高的优势。2.3改造后对机组性能的影响分析(1)转子负荷变化不大,转子振不大采用方案A改造后转子在变负荷过程中所受的剩余横向汽流力几乎不存在,因此轴心位置在变负荷过程中变化不大,转子对中不会因为负荷的变化而改变,轴振和瓦振都将比改造前有明显的降低。采用方案B改造后转子在变负荷过程中虽然仍会有剩余横向汽流力存在,但是与原设计顺序阀方案相比,已经大大减少了(最大值从10000kg降到了3000kg),因此轴振和瓦振都将比改造前有所降低。(2)配汽顺序的调整1#瓦与2#瓦一样支撑着高压转子,调节级部分进汽产生的问题在1#瓦上有同样的影响,因此用方案A或者方案B改造配汽顺序以后,1#瓦温度和轴振的变化与2#瓦相同,都会降低。(3)机组动态运行状态的确定采用方案A改造后机组在变负荷过程中1#瓦和2#瓦处轴心位置几乎不会发生变化,因此机组在动态运行过程中轴系对中状况能保持良好的状态。采用方案B改造以后,机组在变负荷过程中1#瓦和2#瓦处轴心位置虽然会发生变化,但与原设计顺序阀方案相比,由于横向剩余汽流力的减少,轴心位置的偏移量也会减小。(4)轴承能工作对轴承能稳定性的影响采用方案A改造后,1#、2#号轴承所承担的载荷基本为转子自重,轴承能工作在设计工况下,这样在保证其承载能力的前提下,稳定性不会受到影响。采用方案B改造后,由于剩余汽流力的存在,1#、2#号轴承所承担的载荷会有所增加,但小于原设计顺序阀方案。(5)倾覆力力学采用方案A改造以后,进汽完全对称,几乎不存在倾覆力矩,所以推力瓦的温度会恢复到正常值。采用方案B改造以后,虽仍然会存在倾覆力矩,但比原设计顺序阀状态下的值小,因此瓦温也会降低。(6)激振力频率的影响方案A和方案B将顺序进汽方式改为对角进汽方式后,由于部分进汽引起的调节级动叶片所受的激振力频率会发生变化,一般情况下激振力频率增加一倍,此频率最高为110Hz,而由于调节级动叶片比较短,其固有频率一般都在500Hz以上,因此不会对调节级叶片造成不良影响。多台同类机组的改造运行实践证明了其安全性。(7)方案b:减少节流损失,提高效率改造前,机组处于单阀运行状态,节流损失很大,机组效率很低。采用方案A改造以后,减少了节流损失,机组效率会大大提高。采用方案B改造以后,进一步降低了节流损失,因此机组效率比方案A还会有所提高,特别是在最常工作的负荷区段,可以提高近10%。(8)影响高压罐上下温差的影响方案A和方案B由于采用对角进汽方式,这样高压缸上下半缸同时进汽,温差减小,变负荷特性好。2.4现场采用方案b进行改造方案A、B相比较,A具有更高的安全性,而B具有更高的经济性,为得到更高的经济性,最后在现场采用方案B进行改造。由于我厂4#机组采用的是新华公司DEHⅢ系统,因此只需修改DEH中的程序即可完成改造,实施非常容易,甚至可以不停机直接在线进行修改。3原顺序阀实验为了比较阀门改造前后的机组的经济性和安全性,共进行了两次实验,分别为:改造前:2003年1月21日大修完成后进行的从单阀切换到原顺序阀的实验;改造后:2003年8月16日进行了改造后的顺序阀实验。3.1多阀运行性能图5和图6分别给出了改造前和改造后的2#瓦瓦温的趋势图。由图中可见在改造前:2#瓦2-1测点在多阀运行时的平均温度约为80℃左右,最高温近90℃;2#瓦2-2测点在该时段的平均温度约为60℃左右,最高温近80℃;在15:09对应的500MW负荷点处:2#瓦2-1测点在该时段的温度约为82℃。在实验过程中,1#瓦瓦振在15:30左右已经达到了近150um;2#瓦瓦振在15:30左右已经达到了近115um。改造前机组原设计多阀运行的阀门管理方案的安全性较差,难以满足机组安全运行的要求,这也正是改造前机组难以投入多阀运行的原因。改造后的机组安全性能:2#瓦2-1测点在多阀运行时的平均温度约为62℃左右,最高温68℃;2#瓦2-2测点在该时段的平均温度约为69℃左右,最高温76℃;在14:23对应的500MW负荷点处:2#瓦2-1测点在该时段的温度约为58℃,2#瓦2-2测点在该时段的温度约为75℃;与改造前的顺序阀机组瓦温比较,改造后的顺序阀方案的瓦温明显降低,符合机组运行的安全性指标。3.2经济分析(1)顺序阀的汽耗率图7是改造后试验之单多阀汽耗率的比较图,从图中数据比较可知,在390～540MW的负荷变化范围内,单阀运行的汽耗率变化范围在3.27～3.61kg/kWh,改造后的顺序阀方案的汽耗率的变化范围在2.86～3.2kg/kWh,所以改造后的顺序阀方案的汽耗率明显低于单阀运行时的汽耗率,在同负荷段单多阀汽耗率相差最大值为0.7kg/kWh。这是由于运行过程中,1#、4#阀门保持在比较大的开度上,节流损失较小,3#阀门基本上保持全关状态,只有2#阀门参与负荷调节,因此只有2#阀门存在节流损失,从而使调节级效率高于单阀方式运行时的调节级效率。随着负荷的增大,单阀运行方式的汽耗率是降低的,这是由单阀运行方式的特点决定的:调节开度越大,节流损失越小。在560MW以上时,单、多阀运行方式的汽耗率趋于相等。总的来说,改造后的多阀运行方式的汽耗率仍然低于单阀运行方式,改造后的经济性有了较大提高。(2)多阀方式运行时汽耗率降低国产600MW的额定主汽流量约为1800t/h,标准发电煤耗率约335g/kWh。在550MW负荷点,采用多阀方式运行时汽耗率降低约0.06kg/kWh,经压力修正,汽耗率降低约0.008kg/kWh,折合煤耗降低约0.09g/kWh。在550MW负荷点,采用多阀方式运行时汽耗率降低约0.06kg/kWh,经压力修正,采用多阀方式运行时汽耗率降低约0.03kg/kWh,折合煤耗降低约0.234g/kWh。在450MW负荷点,汽耗率降低0.46kg/kWh,经压力修正,采用多阀方式运行时汽耗率降低约0.08kg/kWh,折合煤耗降低约0.514g/kWh。按500MW的平均功率计算3000小时/年的年运行节煤量约为标煤3510t标准煤,经济效益显著。4顺序阀的改进方案经过