机组深度调峰对汽轮机运行的影响

机组深度调峰对汽轮机运行的影响
摘要：众所周知，大型燃煤机组深度调峰已成为不争的事实，大多数汽轮机在
深度调峰期间机器辅助设备实际运行时状况与设计工况不符，因此对机组运行安
全产生一定的影响。

作者结合部分机组在深度调峰期间运行情况，阐述了机组深
度调峰对汽轮机运行、汽轮机本体及其辅助设备寿命的影响，总结了普遍存在的
问题以及相应的处理措施。

关键词：机组；汽轮机；深度调峰；
1 机组深度调峰对汽轮机运行的影响
1.1 给水泵再循环阀投运方式
机组负荷降低，给水流量也随之降低，当给水流量降低至接近再循环阀保护
开启值时，需提前开启给水泵再循环电动门和最小流量阀。

部分机组发生过再循
环阀突开启，造成给水流量降低引起机组跳闸的事故。

调峰降负荷过程手动控制
给水泵再循环阀开度。

深度调峰负荷较低，辅汽压力较低时，需要将一台给水泵
退出带给水，并开启再循环阀，另一台给水泵遥控投入手动调整给水，或者启动
电动给水泵，这种运行方式能够有效提高机组在深度调峰时给水调整的稳定性，
但会导致机组经济性降低。

1.2停运1台汽动泵的影响
机组深度调峰时，若停运1台汽泵，则给水控制品质提高，但可能导致停运
泵出现转子热弯曲现象。

泵停运时，泵内积存的水逐渐冷却降温，其中的冷水会
下沉到泵底部，在泵体内部产生一定的温差，使转子产生热弯曲。

这种热弯曲一
般在停运2 h左右达到最大，停运6 h后才会逐渐消除。

在此期间启动，可能会
产生异常振动，引起动静碰磨。

如果有条件进行连续盘车的，应投入连续盘车；
如不具备连续盘车条件，则应在启动前对给水泵进行充分的预暖，使水泵内各部
位温度分布均匀，并尽量接近除氧器内给水温度。

如果深度调峰持续时间不超过
6 h，建议给水泵采用最低转速旋转备用；如果深度调峰持续时间超过6 h，应停
运小机汽泵至盘车状态。

1.3小汽轮机汽源的切换
小汽轮机的汽源一般选择四级抽汽，同时设置冷段再热蒸汽和辅助蒸汽为备
用汽源。

在深度调峰时，四级抽汽的压力较低，可能无法满足锅炉给水的需要，
需要投入冷再或辅汽汽源。

因此，机组深度调峰时，需要提前进行小汽轮机的汽
源切换工作，否则可能造成小汽轮机进汽管路暖管不充分，进汽温度突降，甚至
进冷气水，导致小汽轮机做功能力下降，给水流量降低等事故。

某机组在降负荷过程中，小汽轮机进汽温度在4 min内由270 ℃骤降至160 ℃，
导致小汽轮机喷嘴压条脱落变形，平衡块被脱落压条撞击移位。

造成该事故的原
因是，辅汽至小汽轮机管道在机组正常运行中逆止阀保持关闭状态，且未设计自
动疏水系统，大量的冷水、冷汽积聚在辅汽至小汽轮机管道的疏水盲段中。

降负
荷过程中，四级抽汽压力逐渐下降，一旦四级抽汽压力低于辅汽压力时，辅汽至
小汽轮机管道逆止阀就会瞬时打开，导致疏水盲段中的冷汽、冷水进入小汽轮机。

1.4末级叶片出汽侧的回流冲蚀
汽轮机低压缸末级叶片在极高的离心力和湿蒸汽腐蚀的环境中工作，承受了
很大的蒸汽作用力。

部分服役年限较长的机组原先设计为承担基本负荷，并没有
考虑机组长期深度调峰对末级叶片安全运行的影响。

因此，这部分机组在长期深
度调峰运行时，末级叶片在出汽侧出现了大范围的冲蚀损伤，严重的甚至造成叶
片断裂、飞脱，这通常是受到回流的湿蒸汽中水滴的冲刷及化学物质的腐蚀共同
作用所致。

机组排汽容积流量随机组负荷降低而降低，当其降低至某个数值，导
致机组乏汽不能充满整个流动汽道时，湿蒸汽在叶片根部就会逆向流动，形成回流，对叶片的出汽侧形成冲蚀。

机组排汽容积流量越小，回流发生的范围越大，
在叶片出汽侧的回流冲蚀就越严重，回流范围甚至会扩大到机组的次末级叶片。

1.5机组振动及真空调整
部分机组在低负荷运行时会出现低压转子振动大的问题。

该振动频谱以1倍
频为主，具有动静碰磨的特征，且都发生在机组真空过高的时候。

通过初步分析，基本排除转子动不平衡、轴系中心不正、末级叶片颤振等原因。

进一步分析认为
其主要原因是，机组的真空过高，引起低压缸发生弹性形变，形变量过大所致。

该类型机组低压缸模块采用座缸式结构，低压缸轴承座与低压缸整体焊接，刚度
较差，在负荷过低、真空过高的情况下，汽缸内外压力差增加，同时低压缸几何
尺寸较大、设计强度偏低。

文献[9]表明，机组真空对低压缸各个轴承标高会产生
明显的影响，进而影响到各个轴承的载荷分配，在低压缸强度较低的情况下，可
能导致汽封与转子间隙逐渐变小，直至发生动静碰磨。

表1为某600 MW机组凝汽器抽真空过程中低压缸各个轴承标高的变化量，该机
组的2个低压缸坐落在3号至6号轴承上。

由表1可见，在凝汽器抽真空过程中，低压缸各个轴承标高均存在不同程度的变化，其中5号轴承标高改变量最大，标高变化量接近400 μm 。

表1 抽真空过程中低压缸轴承标高变化量
针对低压缸轴承标高变化导致动静碰磨的问题，可以采用以下措施：将低压
转子轴封间隙适当放宽；在低压缸增加辅助支撑及筋板，提高汽缸局部的刚度；
在机组冲转及低负荷运行时停运一台真空泵，降低凝汽器真空度。

通过上述措施，可以有效减小低压缸的形变量，避免汽封动静碰磨的发生，改善机组振动情况。

某机组利用大修的机会，对低压缸进行了加固处理，增加辅助支撑和筋板，
收到了良好的效果。

低压缸加固方案结构示意如图1所示，加固前后形变量对比
见表2。

低压缸在加固前，各个负荷下振动最高值超过了100 mm[10]；加固后，
形变量得到了明显的抑制，机组运行声音更加平稳，各个负荷下振动最高值不超
过80 mm。

2 对机组寿命的影响
2.1汽轮机本体寿命分配
汽轮机寿命一般是指从首次投运至转子出现第1条宏观裂纹期间的总工作时间。

影响汽轮机寿命的因素主要可以分为2大类：一是转子材料受到高温和工作
应力作用产生的蠕变损耗；二是转子材料受到交变应力引起的低周疲劳损耗，由
启动、停机、变负荷等不稳定变工况引起。

转子总的寿命损耗为这两类损耗之和。

汽轮机转子在启停及变负荷工况下运行，内部温度场处于非稳定状态，使转子内
部承受热应力。

负荷波动越频繁，这种热应力冲击次数就越多，对转子寿命损耗
就越大，这就是低周疲劳损伤。

低周疲劳损伤约占转子总寿命损伤的80%，是研
究汽轮机转子寿命损伤的主要考虑对象。

目前认为汽轮机服役年限是30年，为
获得最大的经济和社会效益，必须合理分配并充分利用汽轮机寿命。

2.2辅助设备寿命
机组调峰运行，给水泵内介质温度、压力也会随机组负荷的变化而变化，在
机组升负荷的过程中，除氧器压力和温度提高，高温水流入低温泵体内，将产生
一定的热冲击。

降负荷时，泵体和介质的温度变化相反，也同样会产生热冲击。

泵体需承受这样的交变应力，必然导致给水泵的寿命损耗，这就对泵的可靠性提
出了较高的要求。

回热加热器温度、压力等参数均随机组负荷变化而变化，因而在机组负荷大幅度
变动时，回热加热器都将承受相应的交变应力。

这种交变应力会对金属部件产生
不利影响，降低使用寿命。

因此，在机组变负荷过程中，应严格控制负荷的变化率。

回热加热器解列后重新投入时，应严格按照规定的温升速率控制进汽阀开启度。

各个回热加热器的连续排汽需保持通畅，保证加热器内的不凝结气体及时排出，既提高了换热效率，也延缓了金属部件的腐蚀。

3 结论
1）大型燃煤机组深度调峰是目前各发电企业面临的实际问题。

综合考虑汽轮机设备在深度调峰时的运行特点，在大多数情况下，汽轮机及辅助系统不存在限
制机组降负荷的制约因素，但汽轮机设备在深度调峰时的状态监测应该引起重视。

机组深度调峰期间，机组实际运行工况偏离设计工况较大，机组运行的安全性和
经济性会受影响，同时也会导致机组寿命损耗加快，影响机组寿命分配方式，降
低机组实际寿命。

需要加强深度调峰技术研究，积极开展相关试验，保证机组深
度调峰期间运行安全。

［参考文献］
［1］梁金丽, 张玉军. 350 MW机组降负荷期间风险控制及措施优化[J]. 冶金动力, 2016(11): 11-13.
［2］袁尧, 李光彩. 给水泵汽轮机进汽温度异常下降原因分析[J]. 湖南电力, 2015,
35(6): 56-57.
［3］李录平, 晋风华, 张世海, 等. 大功率汽轮发电机组转子与支撑系统振动[M]. 北京: 中国电力出版社, 2017: 137-152.。