调峰运行对汽轮机辅助设备的影响总结

摘要：目前由于电网峰谷差的存在，所以有很多联合循环机组用于调峰，采取的方式是早启晚停。这种运行方式对联合循环电厂的设备，尤其是汽轮机的寿命造成了很大的影响。因此，研究调峰运行对汽轮机辅助设备的影响是一个很重要的问题。本文首先分析了汽轮机调峰运行的三种方式，然后分别阐述了调峰运行对汽轮机给水泵、除氧器、高压加热器的不利影响，最后针对性的提出了对汽轮机辅助设备的安全调整策略。

关键词：调峰运行；汽轮机；辅助设备；给水泵；安全调整

Pick to: currently, as a result of the existence of power grid peak valley is poor, so there are a lot of combined cycle unit used for peak shaving, way is to stop sooner and later. This kind of operation mode of combined cycle power plant equipment, especially the life of the steam turbine caused great impact. Therefore, study the effect of peak shaving operation of steam turbine auxiliary equipment is a very important problem. This paper first analyzes the three methods of peak load regulating operation for steam turbine, and then respectively expounds peak shaving operation of steam turbine feed water pump, deaerator, the negative impact of the high pressure heater's finally put forward the safety of the steam turbine auxiliary equipment adjustment strategy.

Key words: peak shaving operation; Steam turbine; Auxiliary equipment; Feed water pump; Security adjustment

中图分类号：TK26文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

汽轮机的调峰运行方式

（一）变负荷调峰运行方式

通过改变机组的负荷来适应电网负荷变化的方式称为变负荷调峰。变负荷调峰就是在电网高峰负荷时间，机组在铭牌出力或可能达到的最高负荷下运行；在电网的低谷时间，机组在较低的负荷下运行；当电网负荷变化时，还要以较快的速度来升降负荷。这种以改变机组负荷来满足系统需要的运行方式，它主要是通过改变主蒸汽压力(滑压运行) 或改变调节阀门的开度（定压运行）来实现。这种运行方式，其调峰能力受到锅炉低负荷燃烧稳定性的限制。

（二）两班制调峰运行方式

所谓两班制调峰运行方式，就是通过启、停部分机组进行电网的调峰，即在电网低谷期间将部分机组停运，在次日电网高峰负荷到来之前再投入运行，通常这些机组每天停运6～8小时。另有一些机组在每星期低峰负荷时间（星期六、日）停运，其他时间运行。这是一种全负荷调峰方式，调峰幅度大，夜间停机后机组维护简单，在西欧被广泛应用。

国外用于两班制调峰运行的机组，在设计中对主、辅机和热力系统都从结构和启停性能方面做了特殊的考虑，可以适应频繁的启停，而且操作简便可靠。但对于大部分原设计带基本负荷的国产机组来说，实行两班制调峰运行方式时，安全性是最突出、最严峻的问题。

（三）发动机工况运行调峰方式

在利用低负荷运行与两班制运行方式承担调峰任务时，不同程度地出现了启停寿命损耗大、升速慢、安全性差、低负荷经济性差等问题。为了更好地发挥这些机组在电网中的作用和延长其使用寿命，对于这些机组采用发动机工况运行方式进行调峰不失为一种好方法。发动机工况运行方式停炉不停机，发电机不解列、不脱网，主汽阀及调节阀关闭，而发电机依然转动，并带着汽轮机以额定转速转动。此时，发电机从电网中汲取必要的电能以克服汽轮机的机械损失和摩擦鼓风损失，因而发电机实质上已经成为电动机在运行，故名为发动机工况运行方式。

在发动机工况下的汽轮机组通流部分和主要部件具有合理的温度和应力分布，处于良好的高速旋转热备状态，寿命消耗低。在汽轮机再次启动加载时，就不必将它加速到额定转速并使之与电网同步，这样，就可简化并加速启动过程。另外，这种方式都是在全容量范围内进行调峰的。

调峰运行对汽轮机辅助设备的影响

（一）对给水泵的影响

1、汽蚀损伤加快

在机组低负荷运行时，需要两台给水泵均带较低负荷运行（如果在低负荷期间不停给水泵），水泵在低流量下运行会造成汽蚀损伤，并且还会发生水力不平衡引起的扰动和噪声。低流量下的汽蚀多发生在叶轮叶片入口的背面损伤，特别是具有大直径进口管道的叶轮，在低流量时，叶片背面的汽蚀损伤更为严重。当水泵的流量降低到一定程度时，叶轮入口将产生涡流，这时将会产生给水压力的波动和脉动现象，造成叶轮入口区金属的汽蚀。

2、热应力的变化导致寿命损耗

因给水泵的质量很大，其热容量也相对较大，泵体金属温度的变化滞后于介质及管道温度的变化。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；在机组降负荷过程中，除氧器中的压力和温度随之降低，低温的水流入相对高温的泵体内，同样将产生热冲击，在叶轮表面和泵壳内壁产生拉应力。因此，机组调峰运行必将导致水泵的疲劳寿命损耗。

3、热挠曲

在机组调峰运行过程中，汽泵内的水温交替变化，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。严重的热挠曲期将会产生异常振动，甚至引起动静摩擦。

4、给水泵的振动

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。

（二）对除氧器的影响

除氧器在70%至100%负荷范围内设计为定压运行，在机组启停及深度调峰时为滑压运行方式。大幅度改变负荷时会使除氧器壳体产生内外壁温差和热应力，在负荷频繁波动过程中，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。

（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 50～70 ℃，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然升高，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温度（除氧器温度）之差可达 80～100 ℃，在起动时同样会产生热冲击。

如果一台高压加热器单独解列一定时间，温度下降后再投运，给水与水室的温差可能高达 200 ℃，将会引起很大的瞬态热应力。

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。

改善调峰运行对汽轮机辅助设备不利影响的措施

（一）对给水泵的安全调整

1、汽蚀损伤的预防措施

（1）为了减缓水泵吸入压力瞬间下降危害水泵安全运行，可在水泵的入口短时注入凝结水进行调整水温。

（2）采用自动快开再循环阀进行控制（前置泵流量差压阀信号去控制再循环电动门），在汽机降负荷时及时地开启再循环阀。

（3）为了防止吸入管压力下降过快造成汽蚀，应适当控制降负荷速度符合要求。

2、热挠曲的预防措施

（1）这种热挠曲现象，一般要在停运6h后才会逐渐消除。在存在热挠曲期间，如再起动，将会产生异常振动，甚至引起动静摩擦。最大热挠曲一般发生在停运后2h左右，在此期间，尽量避免再起动。

（2）对于汽动给水泵，通常具有盘车设备，应进行连续盘车。

（3）对于不具备盘车条件时，可在起动前对水泵进行预暖（或倒暖），使水泵温度均匀分布，并尽可能使吸入管道中的水温接近除氧器中的水温，以减小对水泵的热冲击。

3、给水泵振动的预防措施

（1）对于对于汽动给水泵，应采用高速盘车。

（2）对于汽动给水泵，不具有盘车设备或只有低速盘车，建议不要使用低速盘车。

（3）要注意调节流量，尽量采用再循环门的开度来调整，避免运行中流量过低。

（4）注意检查给水管路的支吊架的可靠完好性，保证管路系统刚性，防止管路振动。

（5）及时避开电动调速给水泵的勺管开度脉动特性与给水管路的脉动特性相一致时，振动特大的问题。

（6）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0.1MPa 左右，这时密封水进入泵内。建议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。

（二）对除氧器的安全调整

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：

1、控制水箱中水的pH在规程规定的范围内。

2、控制补给水的离子电导率，使其保持在规定的范围内。

3、控制机组负荷变化率，尤其是降负荷过程中，一般情况下要求机组的负荷变化率不超过3 MW/min。在启动过程中也要适当地控制水箱的温升速度。

4、注意加强无损探伤检验。

5、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。

6、选用可焊性较好的材质(通常选用20g钢)，改进除氧器的结构设计，减小水箱的内应力。

（三）对高压加热器的安全调整

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 0.93 ℃/min，特殊情况下温度变化率可达到1.85 ℃，不宜再高。现代大功率汽轮机，高压加热器投运通常都设有程序控制系统，按照给定的温升速度控制进汽门开启的速度，或间断开启，可以有效地控制温升速度，使正常投入运行。

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。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。特别是高加电动旁路误动而高加抽汽还在运行时，将会严重的超负荷，而发现时又急忙关闭高加旁路，这种工况应当避免，因此很可能造成汽机水冲击事故。

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。

结语

综上，机组调峰运行不可避免会对汽轮机辅助设备造不利影响。要减少调峰对辅机的负面影响，有一条基本共性的措施就是控制调峰速度不超限。这就要求运行人员在机组调峰运行中严格执行规程规定，控制调峰速率，在保证主机安全运行的同时，也确保辅机的安全运行。

参考文献

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