300MW汽轮机低压缸少汽运行方案研究及应用 任振国 1 杨宇 2 白山吉电能源开发有限公司 吉林省 134300 摘要：为提高 300MW汽轮机供热季节的深度调峰能力，通过深入的技术研究，选择了改造范围最小、投资最省的中低压联通管截止阀型调节阀阀碟部分堵孔的改造方案。通过技术改造，在保持采暖供热能力不变化的前提下，直接控制调节阀的行程，保证汽轮机低压缸安全进入“少汽”运行工况， 提升了机组深度调峰的能力。技术改造方案和应用情况为同类型汽轮机的提供了改造和运行经验。 关键词：汽轮机；低压缸；少汽运行；调节阀；深度调峰
随着我国电源侧改革和新能源装机比例的快速增长，对大型核电机组参与灵活性调峰提出了越来越强烈的要求。这就需要大型火电汽轮发电机组深度调峰的能力。尤其是需要北方参与热电联产机组具备热电解耦深度调峰的能力，即是在满足居民采暖需要的前提下，最大程度地降低发电功率。近年来，利用降低进入低压缸的蒸汽流量，仅通入满足低压缸安全运行的最小流量，从而使得汽轮机低压缸进入“少汽”运行非常规工况。达到机组深度调峰的目的。 现役的汽轮机中排供热流量调节大部分都采用联通管蝶阀和采暖供汽管路调节阀双阀调节模式。 1 联通管及调节阀结构简介 某电厂中低压缸联通管连接方式如图 1 所示。 注：右侧为中压缸，箭头指示气流方向． 图 1 中低压缸联通管连接方式 该管路为“单双单”双截止阀型中低压缸联通管， 低压缸进汽调节阀主要用途是调节进入低压缸的蒸汽流量。调节阀保留有 6个通流孔，通流孔直径约 100mm。 2 调节阀预留孔数量选择 2.1 调节阀预留孔通流能力计算 低压缸进入“少汽”运行工况，通常联通管上的调节阀的阀位关到底，绝大部分的中排蒸汽将通过采暖供汽管道送往厂内热网首站，少量的蒸汽则通过调节阀阀碟上预留孔进入低压缸。 由于调节阀阀碟前后的压差比较大，从预留孔通过的蒸汽的流速很可能会达到音速。因而，计算调节阀预留孔通流能力时，需要先计算阀后临界压力 ，以便与阀后实际压力 进行比较确定是否达到临界流速。 2.1.1 阀碟后临界压力计算 (1) 式中： k为蒸汽的绝热指数； 为阀碟前蒸汽止滞压力 (由于阀碟前蒸汽流速较低，可以直接取为阀碟前蒸汽压力 )，单位 Pa。 2.1.2 预留孔理想临界流量计算 (2) 式中： 为阀碟前蒸汽止滞比容 (由于阀碟前蒸汽流速较低，可以直接取为阀碟前蒸汽比容 )，单位 m3/kg； 为孔的截面积，单位 m2； 2.1.3 预留孔理想非临界流量计算 (3) (4) 式中： 为孔的出口压力 /进口压力； 2.1.4 预留孔理想流量计算 如果阀后实际压力 >阀后临界压力 ，则孔中流速未达到临界流速。 (5) 如果阀后实际压力 ≤阀后临界压力 ，则孔中流速达到临界流速。 (6) 2.1.5 预留孔实际流量计算 (7) 式中： 为孔的流出系数，通常取为 0.75～ 0.82左右。 2.2 低压缸首列静叶前压力计算 低压缸进入“少汽”运行工况，低压缸首列静叶前压力与进入低压缸蒸汽流量的关系满足特征通流面积公式。 (8) 式中： 为特征通流面积，单位 m2； 为蒸汽质量流量单位 kg/s； 为静叶前压力，单位 Pa； 为静叶前比容，单位 m3/kg。 2.3 预留孔通流能力计算逻辑 先假设孔中流速达到临界流速，依次按公式 (1)、 (2)、 (6)、 (7)计算孔中流量，然后利用公式 (8)并考虑阀碟前后等焓计算获得静叶前压力。如果阀后实际压力 ≤阀后临界压力 ，则孔中流速达到临界流速，计算结束。如果阀后实际压力 >阀后临界压力 ，则孔中流速未达到临界流速，然后依次按公式 (3)、 (4)、 (5)、 (7)再迭代计算。 2.4 预留孔通流能力计算结果 确定 保留 3个孔方案的计算。 不同中排压力下单阀完全关闭的通流能力 (3孔 ) 保留３个孔，当中排压力在 0.65MPa时，则单个联通管调节阀的通汽流量将在 50~55t/h之间。当中排压力在 0.379MPa时，则单个联通管调节阀的通汽流量将在 30~35t/h之间。当中排压力在 0.20MPa时，则单个联通管调节阀的通汽流量将在 17.3~19.5t/h之间，低压缸进汽 34~39t/h。 3 低压缸进汽调节阀封堵方案 选择位于阀碟中间隔位置的 3个通汽孔，加装堵板。焊接采用 INCONEL 182焊条，形成的焊缝具有很高的高温强度和抗氧化能力。焊前用火焰加热预热到 100℃，逐层逐道焊接，控制层间温度不超过 150℃。不需要做焊后热处理。焊后进行焊缝打磨并进行着色探伤。 4 “少汽”运行情况 检修结束后 进行了保持主汽流量不变的低压缸“少汽”工况运行试验，试验过程如下： (1)切除协调，左右联通管调节阀反馈开度分别为 11.32%和 11.20%，机组负荷 147MW，中排压力 0.246MPa，低压进汽压力 0.116MPa，采暖供热疏水量 221t/h，达到低压缸“少汽”工况。 (2)在 DEH操作员站将采暖抽汽压力变化率设定为 0.002/分钟，在 DEH操作员站将联通管调节阀最小开度设定值逐渐减小，联通管调节阀开关操作灵活，未发生卡涩现象，对低压缸听音正常。 (3)当左右联通管调节阀开度关至 4.78%和 4.52%后，停止继续关小联通管调节阀。负荷最低降至 132MW。低压缸进汽压力 0.031MPa。采暖供热疏水量 280t/h。 (4)试验中机组胀差、热膨胀、轴向位移、推力轴承及回油温度、各支持轴承及回油温度均在正常范围内。 (5)稳定运行３小时后试验结束，恢复机组正常运行方式。 5 结 论 (1)通过封堵联通管调节阀的预留孔，保留足够冷却蒸汽量，可保证汽轮机在“少汽”运行工况下的安全性。 (2)目前堵孔方案可以保证的在中排压力 0.2MPa下的最小冷却流量的需求。 (3)相对于其他更换联通管蝶阀、增设冷却蒸汽旁路的低压缸“少汽”运行技改方案，本方案改造范围最小、投资最省。技术改造方案和应用情况可为同类型汽轮机的提供了改造和运行经验 参考文献： [1]王骐 , 刘亚南 , 刘网扣 . 某 600 MW机组汽轮机低压缸切除改造 [J]. 发电设备 , 2019, 33(5): 366-370. [2][3]殷宏业 . 300MW汽轮机中低压缸连通管的改造与节能分析 [J]. 上海电力学院学报 , 2016, 32(6): 529-533.
