燃煤机组深度调峰对汽轮机的影响及应对措施

燃煤机组深度调峰对汽轮机的影响及应对措施

樊万喜

山西大唐国际临汾热电有限责任公司    041000

摘要：新能源机组装机容量不断扩大，当前电力储能技术仍不完善，燃煤发电机组深度调峰已经成为常态化的运行工况。然而大部分已经投产的机组都没有设计深度调峰能力，只有在后期摸着石头过河。本文总结了实际运行中300MW亚临界机组深度调峰工况对汽轮机的影响及采取的措施，为当下深度调峰机组提供经验以供参考。

关键词：深度调峰 汽轮机 措施

引言

在“碳中和，碳达峰”的能源发展背景下，新能源发电机组装机容量持续不断扩大，由于新能源的不稳定性特点，电网对新能源的消纳能力仍然压在了燃煤机组身上，这就倒逼燃煤发电机组向调节性能源转型，甚至原来承担基础发电任务的大型机组也向调节性能源转变。山西大唐国际临汾热电公司2*300MW机组汽轮机为上海汽轮机厂生产的CZK300-16.7/0.4/538/538亚临界、单轴、中间再热、双缸双排汽、空冷、抽汽凝汽式汽轮机，高中压部分采用合缸反流结构，低压部分采用双流反向结构，高中压及低压部分均为内外双层缸结构。深度调峰能力能够长期持续35%负荷运行，深度调峰工况下汽轮机主要存在以下几方面影响。

1、深度调峰工况对汽轮机缸温的影响。

我厂汽轮机采用高压平衡活塞汽封的漏汽为内、外缸夹层进行冷却，经过夹层后，一部分汇合高压缸排汽，另一部分通过外缸上部的连通弯管进入中压平衡活塞汽封中段，用以降低再热蒸汽包围的中压缸进汽口处叶片根部和转子的温度。在深度调峰的过程中，由于中压第3段抽汽口对蒸汽的抽吸和中压5级后下排汽对上排汽的排挤共同作用，导致在深度调峰工况运行时下汽缸的冷却速度快于上汽缸，中压缸抽汽口处的上下缸温差增大。上下缸温差大过大会导致汽缸变形，为了确保汽轮机安全运行，在深度调峰时要严密监视汽轮机上下缸温变化趋势，当汽轮机上下缸温差趋势变大时要逐渐退出深度调峰工况，如果汽轮机内缸上下温差大于35℃或者汽轮机外缸上下温差大于50℃时要立即打闸停机。

同时由于我厂锅炉出口主再热蒸汽参数温度长期不达标，机组35%额定负荷与50%额定负荷时主再热蒸汽温度偏差约20℃，导致深度调峰工况下进入汽轮机的高中压蒸汽温度偏低。长期频繁深度调峰会导致汽轮机缸温会有很大的变化幅度，频繁的温度变化会产生交变应力，汽轮机的寿命损耗增加。在机组运行工况将进入深度调峰模式时将机组的负荷变化率由10MW/min降为3MW/min，以缓解主再热蒸汽温度下降速度，同时也会减少汽轮机缸温变化速率，减少汽轮机热应力的产生，同样也应降低汽轮机升负荷速率，防止汽缸和转子的温度梯度快速变化。

2、深度调峰工况对汽轮机末级叶片安全运行的影响。

机组深度调峰时，随着再热蒸汽温度降低，汽轮机排汽湿度增大。当汽轮机末级叶片长时间在湿度较大的蒸汽环境中运行时，蒸汽中的微小水滴直接撞击汽轮机叶片，造成叶片水蚀。汽轮机末级叶片水蚀的部位一般位于叶顶进气端及叶顶环。随着调峰深度增加，机组排汽容积流量随着负荷降低而降低，当蒸汽流量低至某一临界流量时，蒸汽将无法充满末级叶片流道，此时乏汽会在末级叶片根部出现回流，造成叶片根部排汽端水蚀。低于临界蒸汽流量运行时，回流乏汽量随着蒸汽流量的降低而增加。在负荷较低或蒸汽流量过小时，为降低排汽温度会投运低压缸喷水系统，该运行工况下，叶片根部水蚀更加严重。叶片水蚀轻则影响低压缸效率，重则导致叶片断裂，威胁机组安全。运行中应密切监视汽轮机低压缸排汽温度及低压缸转子轴振，及时调整再热蒸汽温度，关注再热蒸汽减温水阀门状态，及时消除减温水内漏阀门，当低压缸转子振动增加时及时退出深度调峰工况。

3、深度调峰工况对高压加热器水位调整的影响。

机组正常运行中，高低压加热器疏水通过各段抽汽压差逐级自流至下一级加热器利用余热。当机组进入深度调峰模式时，汽轮机各段抽汽压差减小，各加热器的汽侧压差也相应减小，导致加热器的疏水不畅。在降低负荷过程中3号高压加热器的疏水波动大，当正常疏水调门全开时，3号加热器的水位仍不能调节至正常值，负荷下降速率过快时水位调节问题凸显。为了保证高低压加热器水位在正常范围内，应加强深度调峰工况下加热器水位的调整，同时也要监视给水、凝结水流量，尽量维持给水、凝结水流量稳定，防止给水、凝结水流量波动导致加热器虚假水位加剧，防止事故发生。降低负荷速率一定要缓慢，防止调节系统失调。

4、深度调峰工况对给水流量的影响。

机组负荷降低，给水流量也随之降低，当汽动给水泵流量降低至接近再循环调门保护开启值时，汽动给水泵再循环调门会自动开启，如果汽动给水泵流量波动过大，轻则会导致再循环调门超驰全开，重则会导致汽动给水泵低于最低保护值跳闸，会造成给水流量大幅波动，如果处置不当，锅炉会因为汽包水位保护动作MFT，甚至是汽轮机跳闸。进入深度调峰模式时应监视给水流量，当给水流量降低至再循环保护动作值时手动开启再循环调门，汽轮机深度调峰时保持汽动给水泵再循环有一定开度，但是这样也增加了一定的风险，由于运行人员的技术水平不一，操作过程中容易引发给水自动调节失调问题。也可以采取对给水泵再循环阀控制系统进行优化，采用PID闭环调节系统，改善给水控制系统的调节品质，提高系统安全性和经济性。汽动给水泵的最低汽蚀余量是与给水泵的转速成线性的，当给水泵转速低时对应再循环保护低值，当给水泵转速高时对应再循环保护高值，这种运行方式能够有效提高机组在深度调峰时的稳定性，保证给水泵安全运行，同时也会减少再循环调门的冲刷内漏风险，降低汽动给水泵的能耗。

5、深度调峰工况对给水泵汽源压力的影响。

给水泵汽轮机的汽源一般选择四段抽汽汽源，同时设置冷段再热蒸汽和辅助蒸汽为备用汽源。在深度调峰工况四段抽汽的压力较低,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,甚至进水等恶性事故。经过反复试验论证，我厂采取深度调峰工况前将四抽工业用汽及公用汽源用户倒换至冷再接带，深度调峰工况时保持四抽接带给水泵汽轮机起源与轴封汽源的措施，给水泵汽轮机也有良好的调节性能，给水泵汽轮机也不需要切换汽源，缸温不会有大幅变动，保证了给水泵汽轮机的安全运行，但是要调整汽包压力不能过高，曾经发生过因汽包压力过高导致给水泵汽轮机转速失调事件。

6、供热期切缸调峰工况对汽轮机的影响。

供热机组深度调峰灵活性改造方案中提出了低压缸切除运行技术改造路线。切缸运行技术是指低压缸高真空条件下，仅维持低压缸最小冷却蒸汽进汽量，低压缸不做功或少做功，相当于切除低压缸运行。原进入低压缸的蒸汽去供热进而提升供热能力；为保证低压缸安全，在原进汽管道上增加旁路，向低压缸通入少量蒸汽以带走低压缸转子转动过程中产生的鼓风热量。切缸运行会产生低压缸鼓风过热、末级叶片动应力增大等安全问题。由于低压缸发生鼓风现象，蒸汽温度升高。为避免超温，低压缸需进行喷水减温，喷水只是降低了排汽部分温度，汽缸温度梯度仍然很大，易引起低压缸变形、动静部件碰磨等问题。汽轮机切缸运行时应加强汽轮机低压缸各级温度的监视，提高温度报警设置可靠性，加强监视机组振动、胀差、中排温度、推力瓦温度等重要参数的监视，重点要保证汽轮机有足够的真空度，低压缸喷水减温环的设置应合理，防止低压缸减温水喷嘴脱落等故障，机组检修时加强金属监督，缩短检验周期频次，对于重点设备开展专项隐患排查和消缺工作，应用相控阵等高精度缺陷检测手段，及时消除安全隐患，保证设备安全运行。

综上所述，深度调峰工况对汽轮机的安全运行有很大的影响，并且有很多影响不能在现有工况中体现出来，应当加强运行监视调整，同时利用机组检修时期加强机组的金属检查，确保汽轮机能够安全稳定运行。

参考文献：

【1】陈宇，应光耀，包劲松，等，浙江省燃煤机组深度调峰汽轮机设备影响分析，浙江电力，2019,38（10）；100-105.