调峰运行对汽轮机辅助设备的影响

中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0045-01

大机组参与调峰运行，由于起动频繁或大幅度负荷变动，要承受剧烈的温度变化和交变应力，从而缩短使用寿命。参与调峰还要求机组在一些特殊工况下长时间运行，对机组的安全和经济运行带来不利的影响。根据火电机组调峰运行方式，分析调峰运行对汽轮机辅助设备的影响。

一、给水泵

机组经常降负荷运行或频繁启、停，运行条件非常苛刻，要求给水泵不仅能在负荷大幅度变化的条件下稳定运行，而且能长期承受频繁启停过程中因压力和温度急剧变化而产生的热冲击，要求给水泵不仅具有良好的性能，而且具有更高的可靠性。机组频繁起停和长时间低负荷运行，对给水泵的不利影响主要表现在以下方面。

1、热应力的变化导致寿命损耗

当机组停运后，因给水泵的质量很大，其热容量比管道大得多，在未完全冷却之前，泵体的 温度高于管道；热态起动时，管道内温度较低的水流入给水泵将产生热冲击，使泵体产生热应力。叶轮表面和泵壳内壁产生拉应力。在机组升负荷过程中，除氧器中的压力和温度随之升高，高温的水流入低温的泵体内，将产生热冲击，在叶轮表面和泵壳内壁产生压应力，因此，在热态起停过程中，水泵承受的是交变应力，必将导致水泵的寿命损耗。

2、汽蚀损伤加快

在机组低负荷运行时，通常需要停运一台给水泵，此时因除氧器中压力下降，温度也降至较 低的水平，管道中积存的温度较高的水将有一部分蒸发，使汽水混合物流入泵内、叶轮中发生两相流，将会引起汽蚀和水锤现象，同时还会引起水泵振动，甚至发生动静部分摩擦。

3、热挠曲

在正常运行工况下，给水泵的水温约在130～220 ℃之间，当机组因调峰停运后，泵内的存水冷水沉到泵的底部，导致泵体上下产生温差，上部温度较高，下部较低，使泵体和转子向上拱曲变形。这种热挠曲现象，一般要在停运6 h后才会逐渐消除。

为了消除给水泵的热变形，对于由汽轮机驱动的给水泵，汽轮机通常具有盘车设备，应进行连续盘车，在不具备盘车条件时，可在起动前对水泵进行预热，以减小对水泵的热冲击。

4、给水泵可靠性

负荷频繁大幅度变化对给水泵可靠性的影响主要表现在以下四个方面。

一是给水泵的壳体。大容量给水泵在启、停或工况突然变动时，压力和温度将发生剧烈变化，因而泵体也会产生很大的温度应力和不均匀热变形，甚至使转子与壳体之间同心度受到破坏。

二是转子振动。随着机组容量的不断增大，锅炉给水泵也在向大容量和高转速方向发展。与此同时，振动在给水泵的各种事故中占有的比例越来越大。导致振动的原因非常复杂，有设计制造方面的原因，也有安装运行方面的原因。

另外，降负荷运行的机组给水泵经常需要在低流量工况下运行，这时容易产生汽蚀和压力脉动，并且往往会因此而引起泵体和管路振动。

三是轴封型式。锅炉给水泵的轴封型式大致分为接触式和非接触式两类，前者包括压盖 填料密封和机械密封，后者包括节流衬套迷宫密封和浮动环密封。

节流衬套迷宫密封以凝结水作为密封水，密封水量的控制有温度控制和压力控制两种方式。温度控制方式是调整密封水量以控制泄漏水温度在60 ℃左右，这时密封水不进入泵内；压力控制方式是控制密封水的注入压力，使它比泵的吸入压力高0.1 MPa左右，这时密封水进入泵内。负荷频繁大幅度变动的机组，给水泵暖泵次数较多，宜采用温度控制方式以提高暖泵效率。

四是压力脉动。当泵的流量降低到某一程度时，泵内流动就开始紊乱，主要是在泵叶轮的进出口处出现二次回流。当这些回流混合时将产生很强的喘流，往往引起泵体和吸入管路振动，甚至会在吸入侧引起强烈的液柱喘振。

二、除氧器

滑压运行的除氧器，两班制运行和大幅度改变负荷都会使壳体产生内外壁温差和热应力，在起停和负荷波动过程中，除氧器壳体和水箱都将承受交变应力，这种交变应力在腐蚀介质的作用下将会产生腐蚀疲劳，从而造成除氧器和水箱的寿命损耗。

近年来，国内外除氧器腐蚀裂纹问题都普遍存在。造成除氧器裂纹的原因，除材质和焊接因素外，腐蚀疲劳也是一个重要的因素。

为加强除氧器水箱的刚度，在水箱内部设置的三角支撑架，在工况变动时约束了水箱的变形，将会增加水箱的内应力，因此，国外已用加大箱体壁的办法提高水箱的刚度，而尽量避免采用内撑结构。

为了减少除氧器的疲劳损伤，提高使用寿命，可采用如下的一些技术措施：一是注意停用保护，控制水温变化。二是控制水箱中水的pH值，并保持在8.5～9.6的范围内。三是控制补给水的离子电导率，使其保持在规定的范围内。四是控制机组负荷变化率，尤其是降负荷过程，一般情况下要求机组的负荷变化率不超过3%/ min。五是注意加强无损探伤检验。六是选用合适的材料和工艺进行内壁涂镀，并防止在运行中脱落。七是选用可焊性较好的材质，改进除氧器的结构设计，减小水箱的内应力。

三、高压加热器

高压加热器在起停和负荷变化时产生的热应力主要发生在管板上。正常运行中管板上的热应力，主要是由于给水温度在加热器中的升高在进出口侧形成的温差所引起的。管板上应力的大小取决于该项温差的大小。满负荷运行时，给水温度升高约25～40 ℃，当汽机旁路投入运行时，因加热器与再热汽联通，给水温升可达到60～120 ℃。此外由于高压加热器蒸汽和凝结水之间温度和放热系数的不同，可在管板汽侧引起附加应力。

在高压加热器投运的过程中，由于加热器入口温度突出升高，将会在管板上产生热冲击。在冷态起动时加热器水室与给水箱水温之差可达80～100 ℃，在起动时同样会产生热冲击。

当高压加热器满负荷运行时，如遇给水泵掉闸，备用给水泵自动投运，给水泵和管道中的低 温水进入加热器水室将会造成严重的热冲击。

在机组的起动和停机、大幅度负荷波动等过渡工况下，高压加热器管板的进水侧是温度突变 的剧烈部位，并产生瞬态热应力。因此投运与解列或增负荷与降负荷时的热应力符号相反，所以管板承受的交变应力，从而导致管板的寿命损耗，疲劳裂纹将首先在应力最大部位的出水侧管板直径通道两端管孔边缘和入水侧邻近管孔中心的管孔边缘处产生。

为了保证高压加热器热应力及疲劳寿命损耗限定在允许的范围之内，可采取如下的一些技术措施。

1、适当控制温度变化率

冷态起动或工况变化时，温度变化率一般应限制在38 ℃/h，特殊情况下温度变化率可达到93 ℃，不宜再高。当温度突变50 ℃时，管板上的最大集中应力约为300 MPa，已接近管板材料的屈服极限。

在加热器启动时，温度尚未达到给水温度之前，可打开给水出口旁路阀，按选定的温升速率监视加热器的温升，当达到给水温度并且稳定后，再打开给水出口阀以免发生水击。

2、保持加热器排汽畅通

在加热器启动时，要保证排气畅通，将加热器内非凝结气体排出，是保证加热器正常工作的重要条件。加热器内如有非凝结气体聚集，不但会降低加热器效率、而且还会加快部件的腐蚀。

监视加热器终端温差，可以判断排气是否畅通。但是当加热器超负荷、管束泄漏或结垢时也会引起终端温差增大，应予具体分析对待。

3、避免加热器超负荷运行

加热器在超负荷工况运行时，蒸汽和给水都会加大加热器的工作压力，缩短加热器的使用寿命。如两台并联的加热器一台停运时，另一台将会严重的超负荷，这种工况应当避免。

4、注意加热器停用保护

当加热器短时间停运时，应使汽侧充满蒸汽，水室内的给水应保持适当的pH值。

当加热器长时间停运时，应在完全干燥后在汽侧充入干燥的氮气，以防止停运后的腐蚀，延长加热器的使用寿命。

作者简介

王海琴，供职于汇流河发电厂，纪委书记、工会主席。