李银江

摘  要：凝汽式汽轮机组的运行中，对机组发电效率及安全运行的影响因素较多，在实际生产中蒸汽温度、蒸汽压力的变化、凝汽器真空是最为常见的影响因素，蒸汽參数及真空变化直接关系到汽轮机组运行的经济效率，同时对汽轮机组的安全、稳定运行也有很大影响，实际生产中应对其进行监测，及时调整。

关键词：汽轮机组运行  凝汽器真空度 蒸汽温度、蒸汽压力

引言：

汽轮机组的运行与蒸汽品质、附属设备、机组自身的制造、安装质量等因素有关，当汽轮机组安装完成后，影响汽轮机运行的因素主要集中在外部的蒸汽品质、附属设备运行情况等因素上。本文就凝汽器真空下降及蒸汽压力、蒸汽温度的变化对汽轮机运行的影响进行简要论述。

我厂汽轮机组为再热凝汽式汽轮机，蒸汽来自前段冶炼工艺的锅炉，自2013年年底运行以来，设备运行各项参数基本正常，在运行近一年后，至2014年下半年，机组真空出现下降。近期由于冶炼锅炉生产原因，蒸汽温度有所升高，汽轮机组进汽温度、压力等发生变化，通过对比机组运行各参数，机组运行正常，发电效率变化不大。以下就我厂汽机运行中所遇到的真空变化、蒸汽温度、蒸汽压力变化对机组运行的影响进行分析。

一、凝汽器换热下降导致真空降低对汽轮机的影响

汽轮机真空度下降的原因有很多，但不论是什么原因导致的真空下降，对汽机运行的经济效率及安全运行都有很大影响，真空下降过多或真空报警后就必须视情况采取降负荷查找是否漏汽或停机处理等。

真空过低的危害主要有以下几方面：

1、低压缸排汽温度升高，尾部叶片易过负荷。

2、凝结水温度升高，凝结水泵入口工况会恶化。

3、低压缸排汽压力高，轴封容易冒汽，低压缸安全门有动作的危险。

4、轴向推力加大，轴向平衡破坏，轴瓦振动，轴瓦温度，润滑油温度都会有升高的可能性。

我厂汽轮机组自2013年年底运行以来，至2014年下半年，各项参数正常，机组运行良好。但自2014年下半年后，凝汽器真空出现下降，在相同负荷及蒸汽温度、蒸汽压力基本稳定的情况下，真空值下降约-3kpa左右，并随着机组的运行还处于不断劣化的趋势，至2014年底甚至出现真空低，不得不控制负荷的现象。排汽温度也逐步上升，多次出现排汽温度高报警的现象。由此带来的后果便是发电效率显著下降，根据统计数据表明：平均吨汽发电量从2014年初的155kwh/吨汽，下降至149kwh/吨汽，最小时甚至到147kwh/吨汽。发电总量也出现下降，在蒸汽参数基本不变的情况下，因排汽温度高等原因，最大负荷下降约5%。经过分析认为：真空下降的原因主要是凝汽器冷却管道内部长时间运行后出现结垢，影响换热效果，射水箱温升快。因处于公司计划生产期间，为保持生产，在运行中通过各种方式进行调整，努力保持正常生产。

1、通过开大射水箱进出口阀门，增加循环冷却水量，降低射水温度。

2、增加循环水冷却塔的风扇转速，通过变频器，提高循环水冷却塔的风扇转速，以降低循环水温度，但此方法会增加水耗及电耗，同时在低负荷或负荷变化较大时会出现凝结水过冷现象，需根据工况及时进行调整。

3、增加循环水量，我厂发电站部分循环水泵采用了变频器启动，利用变频器进行水泵调速，增加凝汽器循环水量，增加换热量。

4、在2014年下半年，通过以上措施基本能满足余热锅炉的送汽量生产，不会出现蒸汽外排现象。但也处于机组能处理的上限，锅炉蒸发量大时就可能出现外排情况。为此在2015年度检修中，对凝汽器进行了全面的清洗，利用高压水冲洗凝汽器换热管道内部，将大部分附着物清洗出凝汽器;同时加大了射水箱容积。通过以上维护、改造处理，提高了凝汽器的冷却效果，降低射水箱温度。2015年检修复产后，吨汽发电量达到了160kwh/吨汽左右。发电机组能带到额定负荷，而不会出现真空下降、排汽温度高报警等现象。

二、蒸汽温度及压力变化对机组运行效率的影响

我公司余热锅炉参数为：蒸发量31.6t/h 压力3.7MPa 温度360℃。设置有一次减温、减压装置，二次减压装置。但在前期使用过程中，因余热发电系统未运行，一次减温及减压装置均未投入使用，在余热发电系统投入运行之初，因长期闲置，减温、减压装置不能使用。至发电站的蒸汽温度及压力难以调节。

我公司汽轮机组额定进汽压力3.5MPa、额定进汽温度310℃。在汽轮机运行中，蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽流量等参数都等于设计参数时，这种运行工况称为设计工况，此时的效率最高，对设备运行最有利，所以又称为经济工况。运行中如果各种参数都等于额定值，则这种工况称为额定工况。但在实际运行中，很难使参数严格地保持在设计值，这种与设计工况不符合的运行工况，称为汽轮机的变工况。这时进入汽轮机的蒸汽温度、压力、流量和凝结器真空的变化，将引起各级的压力、温度、焓降、效率、反动度及轴向推力等发生变化。这不仅影响汽轮机运行的经济性，还将影响汽轮机的安全性。

我公司在汽轮机试运行的前期试验中，当汽轮机组进汽压力达到3.5MPa时，锅炉汽包压力偏高，容易出现安全阀起跳等情况。为保证锅炉的正常生产，必须对汽轮机进汽压力进行适当的控制，导致进汽压力偏离额定压力。所以在日常运行中，需认真监督汽轮机初、终参数的变化。

2015年以来，尤其是2015年5月份以来，由于冶炼物料等的变化，锅炉过热蒸汽温度不稳定，过热蒸汽温度偏高，汽轮机组进汽压力及温度均处于波动状态，大部分时间为温度高，同时为降低锅炉排汽阻力，蒸汽管道压力控制较低。集中体现为进汽压力偏低而温度偏高，两者共同作用，通过观察汽轮机振动、胀差、轴位移等均无明显变化，吨汽发电量轻微减少。以下就蒸汽温度及蒸汽压力两项的变化对汽轮机组运行的影响进行分析。

1、主蒸汽压力升高

当主蒸汽温度和凝结器真空不变，而主蒸汽压力升高时，蒸汽在汽轮机内的焓降增大，末级排汽湿度增加。

主蒸汽压力升高时，即使机组调速汽阀的总开度不变，主蒸汽流量也将增加，机组负荷则增大，这对运行的经济性有利。但如果主蒸汽压力升高超出规定范围时，将会直接威胁机组的安全运行。因此在机组运行规程中有明确规定，不允许在主蒸汽压力超过极限数值时运行。

主蒸汽压力过高有如下危害：

（1）末级叶片可能过负荷。主蒸汽压力升高后，由于蒸汽比容减小，即使调速汽阀开度不变，主蒸汽流量也要增加，再加上蒸汽的总焓降增大，将使末级叶片过负荷，所以，这时要注意控制机组负荷。

（2）主蒸汽温度不变，只是主蒸汽压力升高，将使末几级的蒸汽湿度变大，机组末几级的动叶片被水滴冲刷加重，腐蚀加剧。

（3）承压部件和紧固部件的内应力会加大，甚至造成这些部件受到损伤。

如果蒸汽压力在允许范围内，主蒸汽压力升高可使汽轮机的焓降增加，在保持原来负荷的工况下，主蒸汽的流量减少，即汽轮机的汽耗率降低，机组运行的经济性好。如果超过汽机额定工作压力以上，主蒸汽压力升高，会导致主蒸汽管路、导汽管、汽室、汽门等承压部件及紧固件金属材料的应力增加。汽轮机末几级的蒸汽湿度要增大，叶片可能遭受冲蚀。所以主蒸汽压力超过规定值，应及时联系锅炉调节蒸汽压力，使它尽快恢复到正常范围;当锅炉调整无效时，应利用放空等方式进行降压。

2、主蒸汽压力下降

当主蒸汽温度和凝结器真空不变，主蒸汽压力降低时，蒸汽在汽轮机内的焓降要减少，蒸汽比容将增大。此时，即使调速汽阀总开度不变，主蒸汽流量也要减少，正常情况下，压力下降的同时，适当降低负荷以保持压力;若汽压降低过多时，机组带不到满负荷，运行经济性降低;这时调节级焓降仍接近于设计值，而其它各级焓降均低于设计值，所以对机组运行的安全性没有不利影响。如果主蒸汽压力降低后，机组仍要维持额定负荷不变，就要开大调速汽阀增加主蒸汽流量，这将会使汽轮机末几级特别是最末级叶片过负荷，影响机组安全运行。

当主蒸汽压力下降时，操作人员降低汽轮机组负荷，以达到提高机组进汽压力的目的;并尽快联系锅炉恢复汽压;当蒸汽压力持续下降超过允许值，且短时间难以恢复时应采用停机方式，以保护设备安全。

3、主蒸汽温度升高

根据我公司近期锅炉运行的实际情况，主蒸汽温度变化的可能性较大，主蒸汽温度变化对机组安全性、经济性的影响比主蒸汽压力变化时的影响更為严重。当主蒸汽温度升高时，主蒸汽在汽轮机内的总焓降、汽轮机相对的内效率和热力系统的循环热效率都有所提高，热耗降低，使运行经济效益提高，但是主蒸汽温度升高超过允许值时，对设备的安全十分有害。主要危害体现如下：

（1）调节级叶片可能过负荷。主蒸汽温度升高时，首先调节级的焓降增加;在负荷不变的情况下，调节级叶片将发生过负荷。

（2）金属材料的机械强度降低，蠕变速度加快。主蒸汽温度过高时，主蒸汽管道、自动主汽阀、调速汽阀、汽缸和调节级进汽室等高温金属部件的机械强度将会降低，蠕变速度加快。汽缸、汽阀、轴封坚固件等易发生松弛，将导致设备损坏或使用寿命缩短。若温度的变化幅度大、次数频繁，这些高温部件会因交变热应力而疲劳损伤，产生裂纹损坏。这些现象随着高温下工作时间的增长，损坏速度加快。

（3）机组可能发生振动。汽温过高，会引起各受热金属部件的热变形和热膨胀加大，若膨胀受阻，中心不一致等，则机组可能发生振动。

当主蒸汽温度过高时，可采用适当放空的方式，但综合发电效率及其它因素，该方式效果有限。因此在蒸汽管道上增设减温减压装置，并在减温减压装置处加设了温度检测装置，减温喷水阀门可根据蒸汽温度自动打开或关闭;温度较高时，喷水减温。蒸汽温度下降至合理值时，自动关闭喷水阀门，使进入汽轮机组的蒸汽温度控制在合理范围。

4、主蒸汽温度降低

当主蒸汽压力和凝结器真空不变，主蒸汽温度降低时，主蒸汽在汽轮机内的总焓降减少，若要维持额定负荷，必须开大调速汽阀的开度，增加主蒸汽的进汽量。一般机组主蒸汽温度每降低10℃，汽耗量要增加1.3%～1.5%。

主蒸汽温度降低时，不但影响机组的经济性，也威胁着机组的运行安全。其主要危害是：

（1）末级叶片可能过负荷。因为主蒸汽温度降低后，为维持额定负荷不变，则主蒸汽流量要增加，末级焓降增大，末级叶片可能过负荷状态。

（2）末几级叶片的蒸汽湿度增大。主蒸汽压力不变，温度降低时，末几级叶片的蒸汽湿度将要增加，这样除了会增大末几级动叶的湿汽损失外，同时还将加剧水滴冲蚀，缩短叶片的使用寿命。

（3）高温部件将产生很大的热应力和热变形。若主蒸汽温度快速下降较多时，自动主汽阀外壳、调节级、汽缸等高温部件的内壁温度会急剧下降而产生很大的热应力和热变形，严重时可能使金属部件产生裂纹或使汽轮机内动、静部分造成磨损事故;当主蒸汽温度降至极限值时，应打闸停机。

（5）有水击的可能。当主蒸汽温度急剧下降50℃以上时，往往可判断为蒸汽含水或汽包漫水进入管道，是发生水冲击事故的先兆，必须密切注意，当主蒸汽温度还继续下降时，为确保机组安全，应立即打闸停机。

当温度降低时，应联系锅炉系统，弄清楚温度下降的原因，视情况进行操作，若温度下降过快、时间过长时需采取停机操作。

总结：

本文所述的内容是根据2013年至2015年本厂余热发电机组运行中所遇见的真空变化、蒸汽参数变化所引起的效率变化情况。真空在允许范围内的下降对汽机效率影响较大，一旦超出允许范围，将对机组安全运行构成威胁，必须进行处理。本厂所遇见温度高、压力偏低情况，时间较短，对机组运行影响情况不明显，若出现温度、压力两项参数均过低或过高时必须采取措施进行处理，防止损伤设备。

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