國產引進型600mw超臨界汽輪機組的閥序分析

國產引進型600mw超臨界汽輪機組的閥序分析

0部分進汽系統(tǒng)600毫米國內生產的大型自動汽輪箱是由美國西屋技術制造的單軸、三缸、四排汽油、一次中間加熱和冷凝汽輪車的單軸、三柱、四排。尺寸。n6-24。2,566,566。主蒸汽通過汽輪機兩側的高壓主汽閥—調節(jié)閥組件進入汽輪機,其配汽方式分為全周進汽(單閥調節(jié))和部分進汽(順序閥調節(jié))兩種。所謂單閥,即蒸汽通過所有調節(jié)閥和噴嘴室,在全周進入調節(jié)級葉片,所有調節(jié)閥同時開啟或關閉,調門以節(jié)流調節(jié)的方式控制汽輪機的轉速或負荷。順序閥則是所有調節(jié)閥按照一定的次序逐個開啟或關閉,在一個或兩個調節(jié)閥完全開啟之前,另外的調節(jié)閥保持關閉狀態(tài)(調門間有一定的重疊度),蒸汽以部分進汽的方式通過調節(jié)閥和噴嘴室。機組冷態(tài)啟動或低參數(shù)下變負荷運行期間,采用單閥方式運行能夠加快機組熱膨脹,減小熱應力,縮短機組啟動時間,延長機組壽命;額定參數(shù)下變負荷運行時,機組的熱經濟性是電廠運行水平的考核目標,采用順序閥方式能有效地減小節(jié)流損失,提高汽輪機熱效率。新建機組在試運期間一般采取全周進汽的單閥(節(jié)流調節(jié))運行方式,使得轉子和定子的溫差較小,有利于機組初期的磨合。另外,在機組啟動過程或調峰方式運行時,也同樣采用單閥控制方式。但單閥運行時高壓調節(jié)閥都參與開度調節(jié),且一般高壓調門開度不大,蒸汽通過調節(jié)閥門時有較大的節(jié)流損失。機組運行要求盡量減少調節(jié)閥門的節(jié)流損失,以提高汽輪機的效率。一般機組在累計運行6個月以后由單閥運行切換為順序閥(噴嘴調節(jié))方式運行。4個高壓調節(jié)閥布置如圖1所示,其中GV3和GV4高調門控制調節(jié)級上部噴嘴的進汽量,GV1和GV2高調門控制調節(jié)級下部噴嘴的進汽量。該機型順序閥設計閥序為GV3+GV4→GV1→GV2,即在順序閥方式運行時,GV3高調門和GV4高調門同時開啟至全開,GV1高調門隨著負荷的增加而逐步開啟,GV2高調門最后開啟。在額定壓力和負荷下,GV3、GV4和GV2的開度為100%,而GV1的開度只有25%,在較低負荷時,GV1基本上沒有開度。國內只有少數(shù)幾個廠家是按原先設計的順序閥成功投運的。很多同類機組在順序閥投運后,出現(xiàn)了一系列故障。故障多發(fā)生在高中壓轉子處,以調節(jié)級附近最為嚴重,故障表現(xiàn)為軸心偏移、瓦溫升高、軸振不穩(wěn)定、出現(xiàn)低頻振動等,有時瓦溫高達100℃以上,多次引起燒瓦事故,嚴重影響機組的安全運行。實際運行中無法進行正常的噴嘴調節(jié),只能采用節(jié)流調節(jié),從而導致調節(jié)閥節(jié)流損失大,嚴重影響經濟性。1門活動試驗結果某廠3號機組為國產引進型600MW超臨界汽輪機組,運行投產累計時間已經達到6個月以上,由于在300MW~540MW負荷之間運行時仍采用單閥方式,機組熱經濟性較差,遂決定進行閥切換試驗。在450MW負荷時首先進行閥門活動試驗。閥門活動試驗的目的是檢驗各閥門試驗的控制功能組是否滿足合同規(guī)定,以及檢驗汽輪機在連續(xù)運行時作此試驗時對各參數(shù)的影響,這些影響同時也能夠反映出閥切換過程中的參數(shù)變化規(guī)律,為閥切換試驗提供非常重要的參考信息。由于機組在450MW負荷運行時,1X和1Y方向振動偏大(高中壓轉子的第一個軸承),2瓦瓦溫偏高(高中壓轉子的第二個軸承),所以將此3個參數(shù)作為關鍵參數(shù)加以監(jiān)控。閥門活動試驗前負荷為450MW,主汽壓力為19MPa,1X方向振動為107μm,1Y方向振動為136μm,2瓦瓦溫為92℃,各高調門開度為28.7%。表1為該廠3號機組進行高調門活動試驗時影響機組關鍵參數(shù)的變化情況。從閥門活動試驗的結果分析,GV2和GV4在分別進行活動試驗時對機組的關鍵參數(shù)影響較大,同時也存在一個較為明顯的現(xiàn)象,即下部進汽減少時,2瓦的瓦溫增大,上部進汽減少時,1X和1Y方向的振動增加。閥門活動試驗后,各參數(shù)逐步穩(wěn)定在閥門活動試驗前的參數(shù)水平,準備進行單閥切換為順序閥試驗。鑒于閥門活動試驗的結果,決定瓦振增大15μm,軸振增大50μm,瓦溫達到100℃時(107℃報警,113℃跳機,因為溫度反應有延時性,所以決定采用100℃作為評判標準),為保證機組安全停止試驗。單閥切換為順序閥試驗之前的機組關鍵參數(shù)為:負荷為450MW,主汽壓力為19MPa,1X方向振動為107μm,1Y方向振動為136μm,2瓦瓦溫為92℃,各高調門開度為28.7%。表2為單閥切換為順序閥過程中關鍵參數(shù)的變化情況。從表2數(shù)據(jù)分析,在單閥切換為順序閥的過程中,GV1和GV2從28.7%逐步關小,GV3和GV4逐步開大,在GV1和GV2逐步關小至19.7%、GV3和GV4逐步開大至40%左右,1X和1Y方向的振動增大,特別是1Y方向振動增大到180μm左右,并仍有持續(xù)快速增大的趨勢。2瓦的瓦溫在2min23s內增加了將近10℃,并且仍有快速增大的趨勢。鑒于此情況和試驗前制定的評判標準,果斷停止閥切換試驗。當各高調門開度恢復到同一開度時,軸振和瓦溫逐步恢復到閥切換前的參數(shù),閥切換試驗不成功。2瓦溫的影響從閥門活動試驗和閥切換試驗分析,造成閥切換試驗不能進行的關鍵因素為1X和1Y方向振動大,2瓦的溫度高。從進汽方式進行分析,由于GV3和GV4高調門對應調節(jié)級上部噴嘴組,GV1和GV2高調門對應調節(jié)級下部噴嘴組,在閥切換過程中,對應于調節(jié)級下部噴嘴組的GV1和GV2高調門逐步關小,對應于調節(jié)級上部噴嘴組的GV3和GV4高調門逐步開大,由于配汽剩余汽流力和汽流激振力的共同作用,造成轉子上方汽流力大于下方汽流力,雖然有助于轉子的穩(wěn)定性,但是卻加重了2瓦的負擔,導致2瓦溫度進一步升高。同時由于機組安裝質量和轉子揚度等問題,2瓦的負荷較重,1瓦的負荷較輕(從運行參數(shù)分析,1瓦的瓦溫明顯低于2瓦的瓦溫,1瓦由于負荷較輕,軸承支撐剛度不足,導致1瓦的振動偏大),并且主蒸汽進入位置位于高中壓轉子的中部并靠近2號瓦,導致2瓦的負擔相比1瓦而言更加加重,所以在閥切換過程中2瓦的瓦溫增大,同時1X和1Y方向振動增大。而1Y方向的振動比1X方向大的原因為1Y方向的油膜厚度較大,油膜剛度較小,所以1Y方向的振動要遠大于1X方向。3閥序改變后的特性通過以上分析,要保證閥切換試驗的成功進行,必須要減小轉子上下方配汽剩余汽流力和汽流力的作用力差值,同時又要保證上部汽流力適當大于下部汽流力,增加轉子運行過程中的穩(wěn)定性。結合閥門活動試驗和閥切換過程中的關鍵參數(shù)變化情況決定采用對稱進汽方式,將閥序由GV3+GV4→GV1→GV2改為GV2+GV3→GV4→GV1,即通過上部GV3高調門和下部GV2高調門同時開啟,抵消轉子上下部的部分汽流力,同時GV4高調門開啟順序在GV1高調門之前,保證上部汽流力大于下部,以增加轉子的穩(wěn)定性。為了減小閥切換過程中的汽流擾動,決定將閥切換負荷放在360MW進行。表3為閥序改變后單閥切換為順序閥后的試驗結果。在整個單閥切換為順序閥過程中,各關鍵參數(shù)變化平穩(wěn),沒有出現(xiàn)大的波動,負荷變化也相當平穩(wěn),閥切換后帶高負荷過程中,各參數(shù)也相當平穩(wěn)。從表3數(shù)據(jù)分析可知,閥切換后,1X和1Y方向振動有所減小,特別是1Y方向振動降低了20μm左右,同時2瓦的瓦溫僅升高了2℃,閥切換試驗非常成功。表4為順序閥切換為單閥時的試驗結果,切換過程中各參數(shù)變化平穩(wěn)。4基于閥序的對比,根據(jù)機組不同本文對某廠國產引進型600MW超臨界3號汽輪機組的閥切換試驗進行了詳細的分析。結合機組運行狀況和原設計閥序進行閥切換試驗時存在的問題進行了分析,并提出更改閥序的依據(jù)。通過改變閥序后,閥切換試驗得以成功進行,各參數(shù)變化平穩(wěn),能夠滿足機組在更改后的順序閥方式下的長期節(jié)能運行。不過本文還要特別指出,由于