崔燕君
国家电投集团河南电力有限公司平顶山发电分公司 河南平顶山 467312
摘要：近年来，各行各业的发展迅速，我国的火电机组的发展也有了创新。按照国家能源局及发改委对国内北方电力市场的最新要求，提高火电机组深度调峰能力，实现机组热电解耦，是关系到北方很多尤其是“三北”地区电厂生存及发展的重要考核指标之一。对于供热机组来说，实现热电解耦的方法很多，如增加自动同步离合器、低压更换光轴转子、对机组进行高背压改造，以及对低压缸进行零出力改造等。不同的供热改造方案，其改造的成本，改造的难易程度及改造后机组的经济性均存在一定程度的差异。
关键词：1000MW；火电机组；汽轮机；低压缸变形问题
引言
目前电力市场形势电力产能严重过剩，电网调峰问题突出，而“三北”地区热电厂冬季通常采用以热定电的方式运行，调峰能力受到热负荷的制约，热电厂冬季运行供热经济效益大于发电经济效益，需要进行热电解耦来破解此难题，灵活性改造成为“三北”地区热电厂的迫切需求。国内火电机组灵活性改造采取的主要技术有:储热罐技术、电锅炉技术、汽轮机旁路供热技术、切除低压缸运行技术等等。切除低压缸技术是通过在运行过程中切除低压缸全部进汽，仅通入少量冷却蒸汽，实现低压缸零出力。切缸工况中高品质蒸汽通过高、中压缸出力发电，中排蒸汽进入热网供暖，消除了冷源损失，达到能量的阶梯利用，经济性好，在保障供热面积的同时降低机组发电量，实现了电厂热电负荷灵活调节，提高了机组的供热、调峰能力。切除低压缸技术相比其它技术，具有切换灵活，汽轮机本体改造范围小，改造费用低，运行维护成本低，热电联产具有良好的经济性等优势。但是这种极端工况运行对机组的提出了更高要求。机组设计之初主要考虑较高负荷发电情况，而低压缸切缸是只有冷却蒸汽进入，零负荷工况，在这种工况下会产生新问题，给机组带来未知的安全隐患，在改造之初就需要对可能产生的风险进行详细分析，并在机组改造过程中采取相应措施，保障机组的安全性。
1常规汽轮机布置方式低负荷基本情况
（1）因低压缸进汽无调节手段，无论是机组高中负荷，还是低负荷，进入汽轮机蒸汽流程不改变，仅是蒸汽流量随着机组负荷变化。（2）根据汽轮机低压缸效率曲线看到，汽轮机在50%额定负荷时，汽轮机总进汽流量1340t/h，对应低压缸总进汽流量约为1028t/h，低压缸效率为89.7%；在36%额定负荷时，汽轮机总进汽流量1120t/h，低压缸效率为87.0%，在30%额定负荷时，汽轮机总进汽流量1020t/h，对应低压缸总进汽流量约为803t/h，低压缸效率为85.0%，由50%额定负荷降到30%额定负荷，低压缸效率显著下降了4.7%，汽轮机组低负荷切除低压缸，改善经济性，利用TPIS热力计算平台和流量调节数学模型计算结果，考虑低压缸进汽流量变化和中压缸排汽压力提升，在40%额定负荷时，切除单个低压缸进汽，汽轮机热耗率上升63kJ/kWh，在30%额定负荷时，切除单个低压缸进汽，汽轮机热耗率下降139.9kJ/kWh，用内插法确定临界点为35.9%额定负荷，在此负荷以下时，关闭一个低压缸能提高机组的运行经济性。实现汽轮机组低负荷提升的汽轮机布置方式有3种。
2优化措施分析研究
2.1鼓风风险
(1)轴承标高发生变化，容易引起汽缸变形、动静碰磨。(2)末级叶片许用值发生变化，存在静应力超标的风险。(3)末级叶片整圈动频率下降，存在共振点落入避开区的风险。叶片经过筛选之后，静应力有足够的安全裕量，频率也有一定的避开率，只要采取有效的降温措施，就不会引起次末级、末级叶片因升温产生的风险。主要采取以下两种降温措施对次末级、末级叶片进行降温:(1)优化低压缸喷水系统低压缸喷水系统全部采用不锈钢产品，防止管道锈蚀和阀门卡涩，保证系统稳定运行。采用性能优良的雾化喷头，保证喷水减温效果。采用双路喷水系统，设置合理的喷水逻辑，分阶段投入，既保证减温效果，又避免喷水过量。优化喷水角度，减少减温水回流导致叶片水蚀。(2)引入旁路进汽更换中压连通管阀门，可以实现快开功能，关闭时达到零泄漏，中压排汽大部分通过采暖抽汽口进入热网，通过旁路将小部分蒸汽作为冷却蒸汽引入低压缸，这部分进入低压缸的蒸汽会将鼓风产生的热量带走。
2.2合理设置低压缸冷却小旁路
结合已投运机组运行经验，通过精确计算，合理评估低压最小冷却流量，设置低压冷却旁路大小，实现低压温度场处于可控状态。在冷却旁路管道上，设置疏水点、电动调节蝶阀、孔板流量计及管道支架，通过合理选择调节蝶阀大小，调整进入低压缸蒸汽流量；在蝶阀选型时，适当增加电动执行机构转矩，在旁路管道设计时，考虑增加多级节流减压措施，以减小管道前后压差，确保机组切缸后运行平稳，管道无振动、噪声等情况产生。根据低压通流结构特点，在低压末级、次末级叶顶、末级叶轮位置，增加相关温度监测测点，纳入机组DCS系统，在切缸后进行温度监测，通过有限元等分析手段计算转子及叶片许用应力，合理设置温度保护，提升机组在切缸后运行的可靠性；与此同时，机组投运后，在低压末级动叶位置增加相关叶片振动监测设备，对叶片运行时的动应力进行测试，为今后机组安全运行提供可靠的数据支持。切缸后，需要对原蝶阀进行改造，取消其最小开度，且由于低压叶片在某一小流量区间有颤振风险，故机组在切缸过程中，连通管蝶阀从最小开度至0位过程需实现快关。
2.3水蚀风险
在纯凝工况下，汽轮机次末级、末级叶片叶型进汽边顶部背弧侧会产生水蚀现象，在设计时会考虑水蚀的发生，采取防护措施，所以，纯凝工况下水蚀问题得到了有效解决。而在切缸工况下，叶片根部的脱流和叶片顶部的涡流汽流中夹带的水滴随蒸汽倒流冲刷叶片，特别是叶片型线根部出汽边部分，会有很大风险。叶型根部静应力大于叶型顶部静应力，并且出汽边厚度远远小于进汽边，如果采取相应的防护措施，其水蚀速度会大于顶部，严重者产生断裂。
结语
低压缸切缸运行是近年来提出的一种全新运行模式，对于改造机组，在设计之初，往往没有考虑到这种工况，没有进行相关安全校核，所以，在改造时需要采取以下措施保障机组运行安全性:(1)选取合适的次末级、末级叶片是切缸运行的基础。核算末两级动叶的气动性能、静应力，再根据实测频率，挑选气动性能好、静应力水平低、共振避开率高的叶片用于切缸工况运行。(2)将低压缸喷水系统进行优化，采用性能优良的雾化喷头，并且做到喷水量可以调节，在喷水降温的同时不增加叶片水蚀。(3)引入旁路进汽系统，将鼓风产生的热量通过冷却蒸汽带出低压缸，防止温度上升。(4)末级、次末级动叶在叶型顶部、根部采取防水蚀措施，防止水蚀带来安全隐患。
参考文献
[1]刘治国，李东峰．大型汽轮机转子泊松效应对胀差影响浅析[J]．机械工程师，2010（4）：151-152．
[2]王洪鹏，韩丽丽，吕智强．哈汽—东芝型超超临界1000MW汽轮机[J]．热力透平，2008（1）：6-11．