如何控制汽轮机启停中胀差的变化

如何控制汽轮机启停中胀差的变化

初明辉*

(华电能源牡丹江第二发电厂,黑龙江牡丹江157015)

摘要:汽轮机在稳定工况下运行时,胀差的数值也趋于稳定。但在变工况时由于汽轮机温度场的变化转子与汽缸的膨胀量将出现新的差值,有时甚至可能是极限值,从而影响机组的安全运行。因此,在机组启停及变工况运行时,控制好汽轮机胀差的变化尤为重要。

关键词:汽轮机;胀差;变化;控制

为了摸清胀差的变化规律,并采取有效的调整手段。汽轮机启动分为冷态启动和热态启动两种状态,先谈谈冷态启动胀差的变化与控制。

一、冷态启动对胀差的控制分几个阶段

11汽封供汽:从汽封供汽至冲动前,胀差往正方向变化。高压胀差约增014~015mm;中压胀差015~016mm;低压胀差018~110mm。汽封供汽后汽封洼窝的汽封套和相应的主轴段首先被加热,汽封套受热后向两侧膨胀,对整个汽缸的膨胀并无影响。主轴段受热后则使转子伸长,除了轴段汽封外,汽缸的通流部分也被加热,但因进入汽缸的汽量很少,汽封供汽不会使汽缸产生明显的膨胀。汽封供汽对转子伸长值的影响是由供气温度决定的,但是供气时间越长,汽封段主轴被加热越充分,正胀差增加的就越多。因此,缩短汽封供汽的时间,对减少胀差的正值有一定的作用。另外,投入汽封供汽前应充分对轴封供汽管道进行暖管,防止由于疏水不畅,暖管时间短,造成轴封段转子先冷却后加热,影响机组启动。

21暖机升速:在冲转到定速期间,高压托差基本上是上升的,约增018~112mm。这一阶段蒸汽流量较少,在高压缸中,蒸汽主要在调节级内作功,金属的加热主要在该阶段范围内,所以整个高压转子平均温度上升是有限的。但中低压胀差在整个升速过程中则是另一种情况,在低还暖机时,中低压胀差均增加。这时中压部分转子膨胀量不大,中压缸也基本上没有变化,而低压部分转子有明显伸长,所以低压胀差就较大。自低速暖机后至中速暖机结束,中低压转子的膨胀速度有所增加,因为冲动时,再热汽温往往低于主汽,转速升高,中压缸进汽量增加,再热温度上升也较快,中压转子的膨胀值大于汽缸,故中压胀差增加。低压转子保持原有的膨胀速度,而相应的低压缸变化较少,所以低压胀差增加较多。当中速暖机后再升速时,中低压胀差都有减小趋势,低压胀差大幅度下降,减少约为110~112mm,这主要是泊桑效应对低压转子的缩短作用造成的。

31定速和并列带负荷:由于升速到定速的时间较短,汽温和流量的变化对胀差的影响,定速后才能反映出来。定速后,高压胀差增加的幅度较大,持续的时间也较长,这时中低压胀差也逐渐增加,特别是并网后,在低负荷暖机阶段,蒸汽对转子和汽缸的加热比较剧烈。并网后随着调速汽门的开大,调节级温度上升较快,高压转子的温度也上升较快。由于转子被加热伸长,高压胀差明显增加,因此并网后要缓慢地将高速汽门逐渐全开,并注意调节级温度的变化。

在加负荷过程中,随着主汽温度的升高,高压胀差呈正值增加,反之则减小。假如汽温升速过快,高压胀差就难于控制,这时采取临时降温的应急办法,但这样做对汽轮机不利。设法提高高压外缸金属温度,使其提前膨胀出来,是控制高压胀差的有效手段:

第一,投入夹层汽联箱装置。因为夹层汽箱的汽源取于主蒸汽管道,未经喷嘴和叶片,其温度高于作用在转子表面上的蒸汽温度。在投入联箱加热前一定要充分疏水,并略微开启上下层分门,这样可避免投入时上下层供汽管道内存水进入夹层,引起上下缸温度差增大。

投入夹层装置时,一定要注意保持联箱压力。因为如果压力低,则进入夹层的蒸汽量减少,起不到加热外缸的作用。

夹层供汽分门的开度取决于外缸温度。随着内缸温度的逐渐升高,开度的逐渐增大,外缸温度不应超过内缸30~40e,并保持这一温度(外缸略高于内缸20~30e)。这样可以使冲转时内缸进汽量增加,温升速度较快时不至于使内外壁温差超限。

第二,法兰螺栓加热的使用,对改善高压胀差也有重要作用。因为法兰内外壁温差的减小,有助于汽缸的膨胀。如果厚重的法兰膨胀不出来,必然限制汽缸的膨胀。此外,汽缸加热对加速外缸的膨胀作用也是不可忽视的。总之,使高压外缸及时膨胀可控制高压胀差,使其不致过大,从而改善了轴向动静间隙的变化。

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中国电力教育2008年研究综述与技术论坛专刊*作者简介:初明辉,男,华电能源牡丹江二发电厂发电分厂,助理工程师。

根据以上论述,在带负荷阶段减少高压胀差的主要方法有:(1)并网后要缓慢开大高速汽门;(2)按滑启曲线的要求,控制温升速度,避免过大的波动;(3)调整法兰和汽缸加热的进汽量;(4)必要时可关小调速汽门或降低汽温,延长暖机时间。调速汽门节流后进汽量减少,可降低调节级温度及以后各级温度,使转子的膨胀速度得到缓和;(5)由于排汽逆止门不严,便有蒸汽漏入高压缸,使高压缸在盘车状态下预先加热,对转子寿命有益。

在带负荷阶段,中低压胀差受再热汽温和排汽温度影响。中压胀差有所增加但幅度不大,而中压胀差受排汽温度影响较敏感,排汽温度升高,中压胀差减小,反之增加。低压胀差与扣压汽温度的关系也是如此。

由上述可知,调整中低压胀差的主要手段是改变排汽温度,即通过改变排汽缸喷水门的开度和改变真空值来实现。特别是低压胀差正值较大时,降低真空值可获得较好效果。

二、热态启动胀差的变化和控制

热态启动胀差的变化,主要受主再热汽温的影响。为了减少热应力和胀差的负值,要求汽温高于汽缸50~ 100e。因此要求锅炉点火后升压时,要将旁路进汽门全开,以便将主再热温度提到所需的数值。

热态启动时,一般汽压较高,相同工况下,调速汽门开度较冷态为小,节流后汽温仍是降低。所以初始时,汽缸和转子均要受到不同程度的冷却,其中又以转子冷却较快,因此,出现胀差的负值不可避免,但同属热态启动,汽缸温差水平却不一样。对于不同的汽缸温度,胀差的变化规律也不同,当汽缸温度较高时,汽封供汽后,高中低压胀差均减少,当汽缸温度较低时,汽封供汽后胀差基本不变。

冲转到定速,各胀差仍为减小趋势。汽缸温度高时,减小的幅度大些;汽缸温度低时,减小的幅度小些。中速以后升速过程中,中低压胀差减小的情况与冷态相同。

热态启动时,定速后尽快并网,如空转时间拖长,胀差将继续减小。并网后,胀差的变化情况取决于带负荷的速度。当缸温较高时,带负荷速度更应快些,不然转子要进一步冷却收缩,使高中压胀差负值过大,甚至造成前几级动叶入口间隙消失;如果缸温较低,低负荷暖机以后,高压胀差增加较快,应提前投入法加。

总之,热态启动时,为防止胀差负值过大,要尽快升速、并网和接带负荷,并使之达到与缸温对应的负荷水平。

三、滑停胀差的变化与控制

在滑停过程中,高压胀差的变化规律与冷态启动时相反,只是在调速汽门全开的一段时间里,因为调节级温度接近主汽温度,所以高压胀差有一定的增加,而后随主汽温度的逐渐降低,高压转子的收缩快于汽缸,高压胀差是减小的。解决的办法就是控制降温速度,法加要用高、低温混合蒸汽。

中低压胀差,随再热汽温的降低而减小,当排汽温度升高,中低压胀差减小的幅度更大。所以,中压法加也使用高低温混合蒸汽,并可调整排汽缸喷水,降低排汽温度。

在滑停过程中,真空保持高点,对改善中压胀差负值过大有好处,打闸前再适当降低真空。

四、打闸停机胀差的变化与控制

打闸后,在转子惰走阶段,各胀差均有不同程度的突增,高压胀差014~016mm,中压胀差约018~110mm,低压胀差可增215~218mm,如打闸前低压胀差较大,会使低压胀差超限,可能造成通流部分磨损,对于正常停机,打闸前要注意胀差的大小,务必把突增值考虑进去,以防打闸后动静部分轴向间隙消失。

所谓胀差突增,就是短时间内转子相对伸长较多,产生这个现象的主要原因是转子旋转时离心力的影响。发生了径向和轴向变形的结果,因为离心力和转速的平方成正比,转速升高时,叶片和叶轮产生巨大的离心力并作用在大轴上,使轴产生径向拉力,直径变粗,长度减小,反之轴长度增大,即表现为胀差的突增。

为了防止打闸后低压胀差超限,在运行操作中,打闸前要设法降低低压胀差。为此,可关闭排汽缸喷水门或降低真空,使排汽温度维持允许的较高数值运行,由于排汽室受热膨胀,便可将低压胀差减小。

参考文献:

[1]汽机运行规程.

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如何控制汽轮机启停中胀差的变化