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。
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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.