汽轮机高压旁路阀门内漏的热经济性分析

作者：杨小琨许星李建刚 2013年08月20日来源：浏览量：

字号：T | T

0前言高低压两级串联旁路系统是目前国内300MW及以上机组中普遍采用的汽轮机旁路方式。利用旁路系统可以实现改善机组启动性能，保护再热器，配合机组控制系统实现负荷调节及超压安全保护等诸多功能。但在实际运行中，

0 前言

高低压两级串联旁路系统是目前国内300MW及以上机组中普遍采用的汽轮机旁路方式。利用旁路系统可以实现改善机组启动性能，保护再热器，配合机组控制系统实现负荷调节及超压安全保护等诸多功能。但在实际运行中，高压旁路压力调节阀由于阀前后压差、温差大，加之阀内喷水减温，阀门工作条件恶劣，诸多因素会导致阀门出现内漏：如热变形致使密封面不严密；启闭力矩小导致密封面紧力不足；炉侧金属杂质滞留损伤密封面等。喷水隔离阀和喷水调节阀在运行中也可能由于冲刷或闪蒸空化效应而产生泄漏。据统计，2010年河南省在运的300MW及600MW机组中，13%的机组存在不同程度的高压旁路泄漏的情况，甚至个别600MW机组高旁阀后温度达到438℃，比高缸排汽温度高110℃。

目前国内学者对高压旁路阀门泄漏的影响分析主要集中在安全性方面：如新蒸汽泄漏导致阀后管道超温蠕变损坏；减温水严重泄漏导致机组启停阶段冷再热蒸汽管道积水，引发水锤甚至产生汽轮机进水的严重事故。而对高压旁路系统更易出现的阀门小泄漏时对机组热经济性的影响缺少定量分析和计算。本文以等效热降法为基础，给出了高压旁路系统阀门3种内漏情况下汽轮机装置效率变化的计算公式，可以方便地进行机组热经济性变化的局部定量分析，为机组的节能降耗监督提供科学依据。

1 高旁压力调节阀内漏的热经济性影响

1.1 高旁压力调节阀小泄漏的定量分析

根据等效热降的概念，当机组高压旁路系统无泄漏时，1kg新蒸汽净等效热降为

（1）

单位工质的循环吸热量为

（2）

汽轮机装置效率

（3）

式中，h₀为新蒸汽焓，kJ/kg；σ为1kg蒸汽的再热吸热量，kJ/kg；h_c为汽轮机排汽焓，kJ/kg；τ_r为第r级加热器的给水焓升，kJ/kg；η⁰为汽轮机第r级抽汽的效率；z为汽轮机回热抽汽级数；为附加成分做功损失，kJ/kg；h_fw为锅炉给水焓，kJ/kg；α_rh为再热蒸汽份额。

如图1所示的高压旁路系统，当高旁压力调节阀出现新蒸汽小泄漏但尚未导致喷水减温时，由于给水和凝结水量均未发生变化，汽轮机各级抽汽份额不受影响。泄漏的新蒸汽节流后汇入再热冷段，再热蒸汽份额也不变。因此α_Lkg的新蒸汽泄漏导致汽轮机高压缸做功的减少为

图1 高压旁路系统

（4）

式中，hrhc为再热冷段蒸汽焓，kJ/kg。

此时，锅炉蒸发吸热量不变，而再热吸热量变化为α_Lkg节流后新蒸汽的再热吸热量与（α_rh－α_L）kg的高缸排汽的再热吸热量之和，机组循环吸热量减少了

（5）

相对于高旁压力调节阀无泄漏时，汽轮机装置效率的相对变化为

（6）

♂

1.2 高旁压力调节阀泄漏导致喷水减温动作时的定量分析

当高旁压力调节阀泄漏较为严重，阀后温度超出高压喷水调节阀设定值时，喷水隔离阀全开，喷水调节阀调节减温水流量将阀后温度控制在设定值。如图2所示，α_Lkg新蒸汽泄漏时所需要的减温水量可利用式（7）的热平衡方法确定：

（7）

式中，h_v为经过高旁阀降压减温后的蒸汽焓，kJ/kg；为减温水焓，kJ/kg。

图2 高压旁路系统减温水系统

在图1所示的系统中，通过高旁压力调节阀泄漏了α_Lkg新蒸汽，同时有α_Jkg减温水从阀后喷入，机组少做功

（8）

式中，α_L（h₀－h_rhc）为泄漏的新蒸汽没有进入汽轮机高压缸而少做的功量，kJ/kg；α_J（h₀－h_rhc）为原来吸热后变化为新蒸汽并进入汽轮机高压缸做功的减温水份额直接进入了再热冷段，导致其做功的减少量，kJ/kg；为给水流量减少1kg时导致各级高压加热器回热抽汽减少，被排挤的抽汽在汽轮机中多做的功量，kJ/kg。

机组循环吸热量减少了

（9）

式中，α_L（h₀－h_rhc）为新蒸汽泄漏导致循环吸热量的减少，kJ/kg；α_J（h₀－h_rhc）为减温水由给水焓加热到再热冷段蒸汽焓所减少的吸热量，kJ/kg；是减温水份额不流经高压加热器而使循环吸热量增加的部分kJ/kg；为高压缸回热抽汽减少，使再热蒸汽流量增大而增加的再热器吸热量部分，kJ/kg，其中Δα_r为给水流量减少后导致第r级高压缸抽汽份额的变化。