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        汽輪機啟動暖管時間長的影響因素分析及處理

        發布時間:2020-03-26 14:59:09來源:

        本文詳細介紹了某聯合循環發電機組的汽輪機蒸汽管道系統,并對汽輪機啟動時暖管時間過長的主要情況進行了說明。針對存在的問題進行研究,對潛在的影響因素進行分析并提出改進措施和應對方案。通過具體實施驗證,取得了良好的效果,具有明顯的節能與環保效益。

        北京某電廠建設1套300MW級燃氣-蒸汽聯合循環抽汽供熱發電機組,機組配置1臺燃氣輪機+1臺余熱鍋爐+1臺蒸汽輪機+2臺發電機,布置類型為多軸布置。汽輪機是由上海電氣集團生產的LZC(B)81-7.8/0.65/0.3型81MW汽輪發電機組,額定功率:(純凝)81.550MW,冬季供熱工況功率:(性能保證)57.354MW。

        機組默認啟動方式為高壓缸啟動。從燃機點火到汽機沖車時間為131分鐘,對電廠汽機并網時間有一定影響。通過采取針對性措施,在滿足啟動前蒸汽管道升溫升壓的要求的同時,縮短汽輪機暖管時間以及在達到啟動過程中汽輪機金屬溫升、溫差、缸脹及脹差等暖機參數要求的同時,縮短汽輪機暖機的沖轉時間能夠同時滿足降低啟機能耗和電網快速并網的要求(黃小軍.600MW汽輪機的優化啟動[J].華電技術,2016,38(7):20-24)。

        1 汽輪機蒸汽管道系統概況
        來自鍋爐的高壓主蒸汽分成兩路,一路通過高壓旁路閥減溫減壓后進入凝汽器,另一路一分為二,從位于高中壓缸兩側的主汽閥和調節汽閥通過導汽管道從下部兩個蒸汽入口進入到高中壓缸內。來自鍋爐的低壓補汽分為兩路,一路通過低壓旁路閥減溫減壓后進入凝汽器,另一路則通過補汽閥和相應的導汽管進入高中壓缸第10級后。高壓蒸汽在高中壓缸內做功后從中壓排汽口處排出,中壓排汽口有上、下兩個排汽口,當汽輪機以凝汽方式運行時,蒸汽由上排汽口排出經過中低壓聯通管進入低壓缸。當汽輪機以純背壓方式運行時,低壓缸解列,中壓排汽由下排汽口排出以供熱。

        2 問題研究分析
        汽輪機在沖轉前暖管過程中,主汽閥體蒸汽溫度和高壓過熱器出口蒸汽溫度偏差逐漸增大,最大相差97℃,機組沖轉至3000r/min后溫度偏差逐漸減少至10℃以內。

        主汽閥體蒸汽溫度與高壓過熱器出口位置處的蒸汽溫度在暖管時偏差太大,自2017年5月開始分析查找原因。

        在機組啟動過程中用點溫槍測量高壓主汽閥溫度數值,通過實測數據與遠傳數據比較發現,遠傳主汽閥蒸汽溫度測量數值與閥體外壁溫度接近,閥前管道外壁溫度與高壓過熱器出口位置處的蒸汽溫度接近。由此可確定問題發生在主汽閥體區域。
        對此從以下幾方面著手進行分析:
        (1)主汽閥疏水
        主蒸汽管道末端疏水主要為主汽閥體疏水。主汽閥體疏水系統原設計為:兩臺主汽閥的疏水(接管φ48X5mm)通過一個等徑三通匯合后依次連接DN40的手動疏水閥、電動疏水閥、氣動疏水閥,在氣動閥后連接一個DN40/DN50的異徑管后,通過φ60X5.5mm的管道接至凝汽器的疏水擴容器。

        兩主汽閥的疏水管(φ48X5mm)合并后進入疏水擴容器,可能會導致疏水不暢。分析如下:

        疏水管的蒸汽流量=管道截面積×流速×蒸汽密度×3600=3.14×0.0192×30×0.12795×3600=15.66Kg/h(q-質量流量Kg/h d-管道內徑38mm w-蒸汽流速(30m/s)ρ-工作狀態下的密度(壓力2.037MPa,溫度318.57℃,密度0.12795m3/Kg)合并至φ60X5.5mm蒸汽管路后流量=管道截面積×流速×蒸汽密度×3600=3.14×0.02452×30×0.12795×3600=26.05Kg/h

        兩根疏水管單獨接入疏水擴容器的流量為15.66×2=31.32Kg/h因此兩臺主汽閥底部疏水流量單獨接入疏水擴容器比合并后的流量增大31.32-26.05=5.27Kg/h對疏水閥門進行檢查發現閥門的通流直徑為12mm,疏水管道內徑為38mm,疏水閥門有節流效應。因此閥門通流孔徑是疏水不暢的影響因素。

        (2)主汽閥蒸汽溫度測量問題
        主汽閥蒸汽溫度測量熱電偶設計型號WRN2-621 L=450 I=100。
         固定螺紋錐形保護管熱電偶參數如下:
        (1)熱電偶測溫部分采用的是陶瓷絕緣保護管,陶瓷絕緣保護管
        一般用在真空爐,冶煉爐,玻璃,煉鋼爐及陶瓷及工業鹽浴爐等高溫場合(王魁漢,黃明旭.真空爐專用熱電偶及其選擇[J].真空,2014,51(6):43-48),雖有溫度遲滯情況,但時長很短,即使通過調研更換為金屬鎧裝熱電偶,上述問題并未得到改善。
        (2)對補償導線通過加載信號與DCS顯示數據進行比對,顯示正常。
        (3)熱電偶測溫元件測量保護套檢查,檢查發現,熱電偶保護套管插入深度不足以滿足測量蒸汽溫度需求。

        3 解決方案
        3.1 對主汽閥疏水管道改造
        通過比對分析,為增大暖管過程中疏水流量,對疏水系統進行了改造:將原設計的等徑三通去除,變更為直管道連接,其中一臺主汽閥的疏水(接管φ48X5mm)沿原管道(依次連接手動疏水閥、電動疏水閥、氣動疏水閥,在氣動閥后連接一個DN40/DN50的異徑管后,通過φ60X5.5mm的管道,疏水至凝汽器的疏水擴容器進行疏水。另一臺主汽閥閥體的疏水(φ48X5mm)依次連接三個新增的DN40 的手動疏水閥、電動疏水閥、氣動疏水閥,在氣動閥后連接一個DN40/DN60的異徑管后,通過φ76X7mm的管道及等徑三通連接至該主汽門前的主蒸汽管道疏水系統氣動閥后管道,疏水至凝汽器的疏水擴容器。

        同時將原通流直徑12mm的疏水閥門,更換為通流直徑為25mm的疏水閥;流量增大8.68倍。

        3.2 對主汽閥蒸汽溫度熱電偶保護套管進行更換
        利用機組檢修時間,拆解了原熱電偶保護套管,實測主汽閥壁厚108mm,套管長度100mm,實際未漏出管壁,嚴重影響測量準確性。實測套管螺紋上端面距閥內濾網距離235mm,決定增加套管插入深度由原設計100mm增加至200mm,富余量為35mm,滿足安全運行需求。

        更換新熱電偶型號為:WRN2-621 L=550 I=200,安裝后對端面進行了密封焊。

        4 取得的效果
        2018年4月3日機組啟動情況,6:58燃機點火,燃機并網后升負荷至30MW,汽機暖管。9:09高壓過熱蒸汽溫度360.9℃,高壓過熱蒸汽壓力2.55Mpa,主汽閥前蒸汽溫度268.8℃,汽機開始沖車。從燃機點火到汽機沖車時間為131分鐘。

        2018年5月5日機組啟動情況,4:15燃機點火,燃機并網后升負荷至30MW,汽機暖管。5:17高壓過熱蒸汽溫度361.4℃,高壓過熱蒸汽壓力2.61Mpa,主汽閥前蒸汽溫度313.3℃,汽機開始沖車。從燃機點火到汽機沖車時間為62分鐘,本次機組啟動比2018年4月3日啟機節約時間69分鐘。

        5 結論
        通過對汽輪機啟動暖管時間長的影響因素進行分析,并逐步進行排查,最終找到癥結點,問題得以解決,有效的縮短了汽輪機的啟動時間,節約了能耗,提高了機組的經濟效益。

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