汽輪機(jī)高壓旁路閥門(mén)內(nèi)漏的熱經(jīng)濟(jì)性分析

2013-08-20 楊小琨 鄭州電力高等專科學(xué)校

　　以等效熱降法為基礎(chǔ)，給出了高壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥及減溫水閥門(mén)內(nèi)漏時(shí)汽輪機(jī)裝置效率變化的計(jì)算公式。結(jié)合300MW亞臨界和600MW超臨界機(jī)組的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明高壓旁路系統(tǒng)閥門(mén)內(nèi)漏對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響甚大，且減溫水小泄漏的影響程度高于新蒸汽小泄漏。

　　高低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)300MW及以上機(jī)組中普遍采用的汽輪機(jī)旁路方式。利用旁路系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)改善機(jī)組啟動(dòng)性能，保護(hù)再熱器，配合機(jī)組控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)及超壓安全保護(hù)等諸多功能。但在實(shí)際運(yùn)行中，高壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥由于閥前后壓差、溫差大，加之閥內(nèi)噴水減溫，閥門(mén)工作條件惡劣，諸多因素會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)出現(xiàn)內(nèi)漏：如熱變形致使密封面不嚴(yán)密;啟閉力矩小導(dǎo)致密封面緊力不足;爐側(cè)金屬雜質(zhì)滯留損傷密封面等。噴水隔離閥和噴水調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行中也可能由于沖刷或閃蒸空化效應(yīng)而產(chǎn)生泄漏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年河南省在運(yùn)的300MW及600MW機(jī)組中，13%的機(jī)組存在不同程度的高壓旁路泄漏的情況，甚至個(gè)別600MW機(jī)組高旁閥后溫度達(dá)到438℃，比高缸排汽溫度高110℃。

　　目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)高壓旁路閥門(mén)泄漏的影響分析主要集中在安全性方面：如新蒸汽泄漏導(dǎo)致閥后管道超溫蠕變損壞;減溫水嚴(yán)重泄漏導(dǎo)致機(jī)組啟停階段冷再熱蒸汽管道積水，引發(fā)水錘甚至產(chǎn)生汽輪機(jī)進(jìn)水的嚴(yán)重事故。而對(duì)高壓旁路系統(tǒng)更易出現(xiàn)的閥門(mén)小泄漏時(shí)對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響缺少定量分析和計(jì)算。本文以等效熱降法為基礎(chǔ)，給出了高壓旁路系統(tǒng)閥門(mén)3種內(nèi)漏情況下汽輪機(jī)裝置效率變化的計(jì)算公式，可以方便地進(jìn)行機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性變化的局部定量分析，為機(jī)組的節(jié)能降耗監(jiān)督提供科學(xué)依據(jù)。

1、高旁壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏的熱經(jīng)濟(jì)性影響

1.1、高旁壓力調(diào)節(jié)閥小泄漏的定量分析

　　根據(jù)等效熱降的概念，當(dāng)機(jī)組高壓旁路系統(tǒng)無(wú)泄漏時(shí)，1kg新蒸汽凈等效熱降為

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　　單位工質(zhì)的循環(huán)吸熱量為

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　　汽輪機(jī)裝置效率

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　　(3) 式中，h0為新蒸汽焓，kJ/kg;σ為1kg蒸汽的再熱吸熱量，kJ/kg;hc為汽輪機(jī)排汽焓，kJ/kg;τr為第r級(jí)加熱器的給水焓升，kJ/kg;η0為汽輪機(jī)第r級(jí)抽汽的效率;z為汽輪機(jī)回?zé)岢槠?jí)數(shù);
　　為附加成分做功損失，kJ/kg;hfw為鍋爐給水焓，kJ/kg;αrh為再熱蒸汽份額。

　　如圖1所示的高壓旁路系統(tǒng)，當(dāng)高旁壓力調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)新蒸汽小泄漏但尚未導(dǎo)致噴水減溫時(shí)，由于給水和凝結(jié)水量均未發(fā)生變化，汽輪機(jī)各級(jí)抽汽份額不受影響。泄漏的新蒸汽節(jié)流后匯入再熱冷段，再熱蒸汽份額也不變。因此αLkg的新蒸汽泄漏導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓缸做功的減少為

高壓旁路系統(tǒng)

圖1 高壓旁路系統(tǒng)

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　　式中，hrhc為再熱冷段蒸汽焓，kJ/kg。

　　此時(shí)，鍋爐蒸發(fā)吸熱量不變，而再熱吸熱量變化為αLkg節(jié)流后新蒸汽的再熱吸熱量與(αrh-αL)kg的高缸排汽的再熱吸熱量之和，機(jī)組循環(huán)吸熱量減少了

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　　相對(duì)于高旁壓力調(diào)節(jié)閥無(wú)泄漏時(shí)，汽輪機(jī)裝置效率的相對(duì)變化為

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1.2、高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏導(dǎo)致噴水減溫動(dòng)作時(shí)的定量分析

　　當(dāng)高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏較為嚴(yán)重，閥后溫度超出高壓噴水調(diào)節(jié)閥設(shè)定值時(shí)，噴水隔離閥全開(kāi)，噴水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)減溫水流量將閥后溫度控制在設(shè)定值。如圖2所示，αLkg新蒸汽泄漏時(shí)所需要的減溫水量可利用式(7)的熱平衡方法確定：

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　　(7) 式中，hv為經(jīng)過(guò)高旁閥降壓減溫后的蒸汽焓，kJ/kg;
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　　為減溫水焓，kJ/kg。
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圖2 高壓旁路系統(tǒng)減溫水系統(tǒng)

　　在圖1所示的系統(tǒng)中，通過(guò)高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏了αLkg新蒸汽，同時(shí)有αJkg減溫水從閥后噴入，機(jī)組少做功

汽輪機(jī)高壓旁路閥門(mén)內(nèi)漏的熱經(jīng)濟(jì)性分析(8)
　　式中，αL(h0-hrhc)為泄漏的新蒸汽沒(méi)有進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸而少做的功量，kJ/kg;αJ(h0-hrhc)為原來(lái)吸熱后變化為新蒸汽并進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸做功的減溫水份額直接進(jìn)入了再熱冷段，導(dǎo)致其做功的減少量，kJ/kg;
汽輪機(jī)高壓旁路閥門(mén)內(nèi)漏的熱經(jīng)濟(jì)性分析
　　為給水流量減少1kg時(shí)導(dǎo)致各級(jí)高壓加熱器回?zé)岢槠麥p少，被排擠的抽汽在汽輪機(jī)中多做的功量，kJ/kg。

　　機(jī)組循環(huán)吸熱量減少了

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　　式中，αL(h0-hrhc)為新蒸汽泄漏導(dǎo)致循環(huán)吸熱量的減少，kJ/kg;αJ(h0-hrhc)為減溫水由給水焓加熱到再熱冷段蒸汽焓所減少的吸熱量，kJ/kg; 汽輪機(jī)高壓旁路閥門(mén)內(nèi)漏的熱經(jīng)濟(jì)性分析是減溫水份額不流經(jīng)高壓加熱器而使循環(huán)吸熱量增加的部分kJ/kg; 汽輪機(jī)高壓旁路閥門(mén)內(nèi)漏的熱經(jīng)濟(jì)性分析為高壓缸回?zé)岢槠麥p少，使再熱蒸汽流量增大而增加的再熱器吸熱量部分，kJ/kg，其中Δαr為給水流量減少后導(dǎo)致第r級(jí)高壓缸抽汽份額的變化。

　　高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏導(dǎo)致噴水減溫動(dòng)作時(shí)，汽輪機(jī)裝置效率的相對(duì)變化可用式(6)計(jì)算。

2、高旁減溫水閥門(mén)內(nèi)漏的熱經(jīng)濟(jì)性影響

　　高旁減溫水通常來(lái)自于給水泵出口的高壓給水母管，經(jīng)過(guò)串聯(lián)的噴水隔離閥和噴水調(diào)節(jié)閥，從高旁壓力調(diào)節(jié)閥閥后噴入。若減溫水閥門(mén)產(chǎn)生少量泄漏時(shí)，漏入的減溫水在高旁管路出口將被高速向上流動(dòng)的再熱冷段蒸汽帶到再熱器內(nèi)，此時(shí)減溫水的泄漏導(dǎo)致機(jī)組少做功

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　　循環(huán)吸熱量降低了

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　　上兩式中各項(xiàng)的含義同式(8)、式(9)所述。

3、實(shí)例計(jì)算

　　利用以上推導(dǎo)的理論公式，對(duì)300MW亞臨界機(jī)組和600MW超臨界機(jī)組進(jìn)行了計(jì)算。兩類(lèi)機(jī)組及其高壓旁路系統(tǒng)的主要參數(shù)如表1、表2所示。

表1 機(jī)組的主要參數(shù)

機(jī)組的主要參數(shù)

表2 高壓旁路的主要參數(shù)

高壓旁路的主要參數(shù)

　　當(dāng)高旁壓力調(diào)節(jié)閥蒸汽泄漏量為主汽流量的1%時(shí)，高壓噴水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作前后對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響如表3、表4所示。

表3 高旁壓力調(diào)節(jié)閥小泄漏的熱經(jīng)濟(jì)性影響

高旁壓力調(diào)節(jié)閥小泄漏的熱經(jīng)濟(jì)性影響

表4 高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏導(dǎo)致噴水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后的熱經(jīng)濟(jì)性影響

高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏導(dǎo)致噴水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后的熱經(jīng)濟(jì)性影響

　　若高旁壓力調(diào)節(jié)閥密封面完好，噴水隔離閥和噴水調(diào)節(jié)閥發(fā)生輕微泄漏，以泄漏量為給水流量的1%計(jì)算，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性變化如表5所示。

表5 高旁減溫水閥門(mén)小泄漏的熱經(jīng)濟(jì)性影響

高旁減溫水閥門(mén)小泄漏的熱經(jīng)濟(jì)性影響

　　從計(jì)算結(jié)果可以看出，高壓旁路系統(tǒng)泄漏時(shí)兩類(lèi)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性變化相差不大。高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏1%時(shí)，兩類(lèi)機(jī)組的汽輪機(jī)裝置效率相對(duì)降低約0.16%和0.15%，且高旁噴水減溫動(dòng)作時(shí)其內(nèi)效率降低幅度更大。而高旁減溫水泄漏1%時(shí)，導(dǎo)致兩類(lèi)機(jī)組的汽輪機(jī)裝置效率降低約0.19%。

4、結(jié)論

　　(1)對(duì)高壓旁路系統(tǒng)閥門(mén)內(nèi)漏，以等效熱降法為基礎(chǔ)，給出新蒸汽泄漏和減溫水泄漏時(shí)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性定量分析的計(jì)算公式。

　　(2)以300MW亞臨界和600MW超臨界機(jī)組為例，計(jì)算了新蒸汽和減溫水泄漏1%時(shí)對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響。計(jì)算結(jié)果表明高壓旁路系統(tǒng)閥門(mén)內(nèi)漏對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)的影響甚大，需要在機(jī)組運(yùn)行中高度重視，及時(shí)對(duì)內(nèi)漏閥門(mén)進(jìn)行檢修或更換。

　　(3)在同樣的泄漏份額情況下，減溫水閥門(mén)內(nèi)漏相對(duì)于壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響程度更大，其主要原因在于減溫水的泄漏不僅導(dǎo)致汽輪機(jī)做功減少，而且機(jī)組循環(huán)吸熱量也有所增加。