汽轮机本体设备研究论文

节能型循环水泵在供水系统中的应用 前言 电力工程建设中供水系统投资高、工程量大施工复杂，对电力工程建设造价与投资回收年限影响较大，在电厂供水系统方案设计中非常重视自然通风冷却塔与循环水泵选择，循环水泵房与循环水管道系统优化布置，因为它们直接影响汽轮机安全运行与发电机满负荷发电，直接影响电厂的经济性，为了降低供水系统年运行费用，节约工程造价必须推广节能型设备的应用、优化系统的配置。 火力发电厂中汽轮发电机凝汽器的冷却水量随季节变化，夏季冷却水量大冬季冷却流量小；随汽轮机抽汽量变化，抽汽量大冷却流量少，抽汽量小冷却流量大。供水系统采用一台机组配二台相同型号水泵并联模式，将循环冷却水量平均分配给二台循环水泵，这种配置模式符合《火力发电厂水工技术规程、规定》，在电厂供水系统设计中广泛使用。 但是，一台机组配二台相同型号水泵在运行过程中经常出现问题，为了从根本上解决水泵运行效率低下与系统流量变化步调不一的矛盾，开发一种新型高效节能型水泵事在必然。 高效节能型循环水泵在供水系统中的应用 近年来全国各地相继建成一大批135MW火力发电厂，在山东里彦电厂、徐州诧城电厂、甘肃金川电厂、山东魏桥热电厂，我们先后设计了18台135MW国产超高压、中间再热机组。这些电厂位于我国华北、东北与西北地区，共同特点是企业自发自用，除了有稳定的电力需求外还有供热负荷，供热负荷波动较大，夏季热负荷小冬季热负荷大，年采暖期长。 以135MW供热机组为例，汽轮机最大连续出力时汽轮机凝汽器的凝汽量为324t/h，需要循环冷却水量19640m3/h；汽轮机额定抽汽工况时汽轮机凝汽器的凝汽量为223t/h，需要循环冷却水量12274m3/h；汽轮机最大抽汽工况时汽轮机凝汽器的凝汽量143t/h，循环冷却水量4700m3/h。随机组运行工况的改变，循环水系统需要的冷却水量从4700m3/h--19000m3/h的巨幅波动。 供水系统采用常规水泵布置，为了满足夏季汽轮机运行要求，通常选用选择水泵流量9800-11700m3/h，扬程米，按照夏季二台水泵并联运行来满足循环水系统需要的冷却水量19000m3/h，其它季节通过一台水泵运行来满足循环水系统冷却水量需要，水泵流量范围9800-11700m3/h，系统超过此流量范围运行时，水泵运行很不经济。 不难发现：汽轮机在额定抽汽工况下，循环冷却系统需水量为12274t/h，系统水阻比汽轮机纯凝工况时略为减少米，水泵扬程下降到米，单台水泵流量增加到13000t/h，一台水泵运行可以满足系统要求，只是运行效率不高。可是汽轮机最大抽汽工况时，循环冷却水量只有4700t/h，系统水阻比汽轮机纯凝工况时大幅度减少，导致水泵扬程提高、运行效率很低，造成冷却塔淋水装置涌水、加大配水槽流速，水流热交换时间减少。由于水泵的工作效率极低，电动机无功功率增加，白白地浪费电能。 如果在135MW国产超高压、中间再热机组中循环水系统采用新型高效节能型水泵，将从根本上解决水泵运行效率低下与系统流量变化步调不一的矛盾。 以G48Sh水泵为例，在转速n=485r/min时、水泵流量17500m3/h、扬程18米、水泵效率88%、轴功率947kw；在转速n=420r/min时、水泵流量13200m3/h、扬程米、水泵效率87% 轴功率587kw。该水泵设计参数与135MW机组循环水系统参数基本吻合、运行效率高。对100多台G48Sh水泵进行抽样检测，实际运行效率为84-88%；常规48Sh-22水泵运行效率只有60%。 水泵配用电动机采用双极数、双转速的核心技术，增加了循环水系统运行调节灵活性。根据凝汽器冷却水量随季节变化、随抽汽量改变，自动调整电动机极数与转速，同时改变输出功率与水泵供水量。一台G48Sh水泵高转速运行比二台48Sh-22并联水泵每小时多供水量3000吨；一台G48Sh水泵低转速运行电动机输出功率可以从947KW调整到587KW，电动机功率降幅达37%，其节能效果非常明显。因为循环水系统除了夏季水泵高转速运行外，其他季节基本上可以低速运行，按照年运行时间7200小时计算，每年每台水泵可节省电量230万度。按照电厂厂用电价元/度计算，单台循环水泵每年节约电费大约为40万元左右，按照10-15年回收年限计算，单台循环水泵节约电费高达400-600万元，对于安装几台节能型循环水泵的电厂，其经济效益非常可观不可小视，这也是许多电厂节能技术改造的一个发展方向。而常规水泵配用电动机是固定不可调的，一定的转速所对应的输出功率是不变的。单台高效节能型循环水泵比等容量常规SH系列离心水泵价格高15-20万元，这部分投资费用只须电机低速运行很短时间即可收回全部成本。 高效节能型循环水泵的引入可以优化系统水力条件，加宽了水泵高效区段适应范围，有效地提高水泵工作效率；改变了一台汽轮机配二台等容量水泵常规设计理念，提出了一种新的水泵配置来满足汽轮机的变工况运行要求，本体结构采用卧式泵壳设计，厂运行、检修非常方便。 山东十里泉电厂(2×125MW)循环水系统原来配备了4台同型号48SH-22水泵运行，确实存在水泵供水量不足、效率低、经济性能差。1998年10月将其中的4#水泵更换成G48SH水泵，投产后电厂委托电力试验研究所进行了水泵性能测试，在高、低转速时运行效率分别高达与，比未改造其他水泵效率分别提高和，耗电量明显减少。 广东云浮电厂(2×125MW)也是配备了4台同型号循环水泵48SH-22。夏季3台水泵运行，其他季节2台运行。因为循环水流量不足、效率低，将其改成G48SH水泵，投产后委托广东电力试验研究所对水泵效率进行检测，新泵高转速时实际流量16537t/h、运行效率、电动机功率1002KW；新泵低转速时实际流量13080t/h、运行效率为、电动机功率646KW。水泵与机组运行工况吻合。原水泵实际流量14400t/h、效率、电动机功率1089KW；最高效率70%时流量为11540t/h，水泵与机组运行工况不符。高转速时新泵比旧泵供水量大2137 t/h、功率低、效率高；低速时新泵在供水量相同情况下，单台水泵每小时可以节省443KW，节能效果显著。 结论 任何新技术的推广都需要一个认识过程, 高效节能型循环水泵的最大特点是节能、工作效率高，值得在全国推广。但是它是否适合所有地区、所有135MW机组的运行还需要更多的实际应用证明，需要因地制宜的选择。 推广高效节能型循环水泵不仅涉及到电厂循环水泵的配置、水泵备用与水泵运行费用问题，而且关系到水泵与汽轮机运行的联锁、控制问题等等，尤其在长江边建设取水泵房必须谨慎选择，高效节能型循环水泵的几何尺寸较等容量水泵大的多，对江边取水泵房而言，设备及设备运行费用不及取水泵房结构费用与施工费用，特别是水源枯水位与最高水位相差较大的时候，取水泵房几何尺寸的任何变化对工程造价的影响是非常大的。

汽轮机在不具备启动条件下启动，由于上下缸温差大、大轴存在临时弯曲、汽缸进水、进冷汽，机组强烈振动以及动静间隙小等因素，引起大轴与静止部分摩擦，将会造成大轴弯曲。一般大轴弯曲超过以上时，就不能维持机组运行时的正常振动值，必须进行直轴处理。近年来大轴弯曲事故相当频繁，尤其是200MW及以上中间再热式机组更为突出，粗略估计在20～30多次以上。1985年水电部召开了防止200MW机组大轴弯曲座谈会，对已发生的7台次大轴弯曲事故进行了技术分析。分析表明：7台次大轴弯曲事故均发生在启动过程中，其中5台次是热态启动中发生的；7台次大轴弯曲事故中，大多数在停机或启动中发生了汽缸进水，多数在机组一阶临界转速以下振动大，领导和有关人员执行规程不严，强行升速临界，甚至强行多次启动。7台次大轴弯曲都在高压转子前汽封处。座谈会在分析7台次大轴弯曲事故技术原因的基础上，制定了《关于防止200MW机组大轴弯曲技术措施》（简称《措施》）这项措施对其他容量的机组也可参照执行。通过《措施》的贯彻落实，频繁发生大轴弯曲事故的局面得到一定程度的控制。但由于人员不断变动，新人员对《措施》的掌握程度问题、领导决策问题、设备问题等诸多因素，大轴弯曲事故仍时有发生，迄今未能得到有效控制。例如： 2巺托 ?瓗 （1）1986年某厂一台国产200MW机组在电气系统故障中甩负荷停机后，因电动盘车投不上，手动盘车装置也失灵，被迫采用半小时盘180°。3h后才投上电动盘车，大轴晃度逐渐恢复到原始值。次日机组在热态启动中，采用除氧器汽平衡管蒸汽向轴封送汽，当时真空200mm汞柱，同时用电动主汽门旁路冲转，节流扩容后，主汽温度进一步降低。（当时内缸下缸壁温为370℃）进入轴封的低温蒸汽及进入汽缸的低温蒸汽，使缸壁温度突然下降，上下缸温差增大，引起汽缸变形拱起，轴封套收缩变形，导致轴封与大轴摩擦局部过热弯曲。解体检查大轴高压汽封处弯曲，进行直轴处理后恢复运行。 AC~?娪 ?,蹜街鞫 （2）1987年某厂一台国产200MW机组，小修后启动运行不久。因发电机断水保护误动掉闸，之后经连续几次启动，都因振动大而停机。后解体检查，高压转子高压汽封处弯曲，经检查该机高压缸向B列偏移，前侧偏移1mm多，后侧偏移，原因是前部定位销孔错位多，安装时就未装定位销，导致运行中不均匀受力使汽缸偏移。大修中测量两侧径向间隙时也未发现汽缸偏移。事故前不久一次停机中，转子在90r/min时突然止速，对此也未分析查明原因。以致在断水保护误动停机过程中，高压汽封与大轴在高速状态摩擦，导致大轴弯曲，后经直轴处理，并消除滑销系统缺陷后恢复运行。 灍钰髷,h ? ?戙��筻? （3）1994年某厂一台国产220MW机组，停机后热态启动中，由于轴封供汽门泄漏，在缸温406℃情况下将锅炉305℃蒸汽漏入汽缸，使汽缸、转子受到不均匀冷却，大轴产生临时变形。而启动时，又因晃度表传动杆磨损，一直指示在不变，当第一次在500r/min时2号轴瓦振动超过，最大到才打闸停机，停机后未认真查找分析原因，误认为晃度已达到原始值，且在盘车不足4h（仅2h12min）就二次启动，到1368r/min时3号轴瓦振动，即打闸停机。解体检查高压转子调节级处弯曲，经直轴处理后恢复运行。 do{k8w?
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（4）1995年6月某厂一台200MW机组冷态启动中，高压内缸缸壁温度测点失灵，当转速升到1000r/min时，机组振动突然增大，但现场运行人员跑到集控室去请示汇报，延误了及时停机。停机揭缸检查发现高压内缸疏水管断裂，高压转子大轴弯曲超标，分析认为高压缸在启动中受温差大影响而变形，导致汽封与大轴摩擦造成永久性弯曲，经直轴处理后恢复运行。 騴漹??SJ
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上述事故案例特别是近几年发生的大轴弯曲事故表明，防止大轴弯曲的反事故措施仍未得到认真贯彻落。发生大轴弯曲，将造成机组长时间停运，解体进行直轴，采用加压直轴，需将转子逐步加热到650℃左右才能加压，由于加热过程中易发生故障返工，往往拖长工期，给电厂工作造成被动和麻烦。因此，为防止大轴弯曲事故，应结合设备实际情况，全面认真贯彻或参照执行水电部[1985]电生火字87号和[1985]基火字69号文颁发的《关于防止200MW机组大轴弯曲的技术措施》，把各项措施要求，落实到现场运行规程和运行管理、检修管理、设备管理工作中，并强调以下几点： 呎(檄岠r?
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（1）按照防止大轴弯曲技术措施的要求，组织主要值班人员和厂、车间有关分管运行的领导和专业人员切实掌握各机组技术资料及确切数据，如大轴晃度表测量安装位置、大轴晃度原始值、机组轴系各轴承正常运行和启动过程的原有振动值、通流部分径向、轴向间隙值等等，使指挥者和操作者都做到心中有数。 X�\?挧┹
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（2）根据机组设备情况，落实各项防止汽缸进水的技术措施（下面将具体叙述，这里不展开）。 ?k穠\�
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（3）机组启动前必须检查：①大轴晃度不超过原始值；②高压外缸及中压缸上下缸温差不超过50℃；③高压内缸上下缸温差不超过35℃；④主蒸汽、再热蒸汽温度至少高于汽缸金属50℃（但不应超过额定汽温），蒸汽过热度不低于50℃（滑参数启停时还应保持较高的过热度）；不符合上述条件禁止启动机组。 戨兑?dF敆
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（4）机组冲转前应进行充分盘车（一般连续盘车2～4h，热态启动取大值），若盘车短时间中断时，则应按中断时间的10倍再加4h进行连续盘车方可冲转。 ?戋d妖禯
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（5）启动中在中速以前，轴承振动（特别是1号轴瓦、2号轴瓦）超过时应打闸停机，过临界时振动超过应打闸停机，严禁硬闯临界线速开机。停机后仍应连续盘车4h（中间停盘车时按上述要求增加盘车时间），方可再次启动。 U峗乥\鑓
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（6）启动前供汽封的蒸汽温度应高于汽缸金属温度，并应在送汽前充分进行疏水，防止积水带入汽封引起骤冷。 Z蹞蔷o!暤
e3;?题x （7）启动中若轴承振动、蒸汽参数变化超过规程规定或机内有异常摩擦声、轴封处冒火花，应按规程规定立即停机。 翪猐瘨嚣- M殀F踿痸� （8）停机后应及时投入盘车，若盘车电流增大、摆动或有异常时，应分析原因并采取措施予以消除。若汽封磨擦严重时，可先手动方式定时盘车180°，待摩擦基本消除后再投入连续盘车。因故暂时停止盘车时，应监视大轴弯曲度的变化，当转子热弯曲较大时，应先手动定时盘车180°，待大轴热弯曲基本消失后再连续盘车。 痌?勡骝? 柫諥贷?x? （9）对上下缸温差大（有的机组正常运行中上下缸温差已超过启动条件的标准）的机组，可结合检修改进汽缸保温，采用优质的保温材料（如硅酸铝纤维毡、微孔硅酸钙等）和严格的保温工艺。实践证明效果是显著的。 渎��S覰? ?=矹躰钯# 大轴弯曲事故绝大多数发生在机组启动中，特别是热态启动中，因此对大中型机组的启动，领导（指负责启动的厂、车间领导）一定要持慎重态度，坚持严格按规程规定和技术措施要求启动机组。当启动不顺利时，一定要认真分析查找原因，消除异常后按规定启动，决不可为了赶工期，为了不影响安全考核等等而侥幸闯关，多次强行启动，在这一点上，决策是否再次启动的各级领导人员都应正确对待，不符合启动条件的，决不强行启动。热态启动不顺利的，可待机组温度降低，具备启动条件后再启动，切实防止因决策失误而造成大轴弯曲。