驱动引风机的汽轮机真空低问题分析与改进

王 涛

(华北电力科学研究院(西安)有限公司, 西安 710065)

驱动引风机的汽轮机真空低问题分析与改进

王 涛

(华北电力科学研究院(西安)有限公司, 西安 710065)

针对某350 MW超临界汽轮发电机组驱动引风机的汽轮机运行真空低原因进行详细研究，从循环水流量及温度、真空系统漏空气、驱动引风机的汽轮机运行参数调整等几方面提出具体的改进措施。结果表明：采取相应的改进措施后，驱动引风机的汽轮机运行真空值可以达到厂家设计值，为机组的安全、经济、高效运行提供了重要保障。

汽轮机； 驱动引风机； 真空； 改进措施

汽轮机驱动的引风机具有运行安全、结构紧凑、自动化程度高、节能效果显著等特点，是一种比较优化的能源利用方式[1]，可以彻底解决引风机启动时电流过大对厂用电的冲击，提高电厂的运行指标；同时也能通过汽轮机的变速调节，有效提高引风机在低转速运行下的效率，使引风机在不同转速下均能保持高效率[2]。

汽轮机真空是影响引风机运行经济性的主要因素；同时也影响汽轮机运行的安全性。汽轮机真空降低，排汽温度随排汽压力的升高而上升，排汽缸排汽温度升高有可能引起汽轮机振动增大，在后轴承座与排汽缸为一体结构的汽轮机中，后轴承座温度也会随之升高[3]。同时系统真空严密性差，真空泵不能及时抽走凝汽器中漏入的空气，引风机汽轮机真空降低，效率降低，供电煤耗增加，即使漏入的空气能及时被真空泵抽走，也增加了真空泵的电耗，浪费了厂用电及工业用水。据相关资料统计显示[4]，机组真空每下降1 kPa，机组的热耗将增加70 kJ/kW，热效率降低1.1%。因此正确分析汽轮机真空严密性差的原因并加以解决，对电厂安全经济运行有很重要的意义。

1 系统概述

某350 MW超临界汽轮发电机组驱动引风机采用小型汽轮机驱动，引风机汽轮机为NK50/56型汽轮机，单缸、单流程、排汽至引风机汽轮机自带凝汽器。

引风机汽轮机技术规范见表1。

表1 驱动引风机的汽轮机技术规范

该引风机汽轮机装设有两路供汽汽源，其中一路为正常工作汽源，来源于主机汽轮机四段抽汽；另一路为机组冷态启动时汽源，来源于辅汽联箱供汽，该汽源设计压力为0.4～0.9 MPa，设计温度为280～340 ℃。轴封用汽取自引风机汽轮机供汽管道，通过减压阀调整轴封供气压力，轴封回汽排至轴封加热器。每台引风机汽轮机配置2台凝结水泵，系统运行时一运一备。引风机汽轮机排汽经冷凝后的凝结水通过凝结水泵升压后加以回收利用。真空系统配置有2台水环式真空泵，正常运行时一运一备。引风机汽轮机凝汽器循环水取自主机循环水供水管道，回水至主机循环水回水管道，通过间接空冷塔冷却。引风机汽轮机本体相关的疏水排入其独立的疏水扩容器中。汽轮机调节油及润滑油均由成套方的供油装置提供。

2 真空低异常现象

机组在调试期间进行引风机汽轮机单体试运时，运行真空值较设计值存在很大差距，不能达到设备正常出力要求。更严重的是在2台真空泵同时启动的情况下，引风机汽轮机真空值还是不能达到正常运行要求，在引风机汽轮机冲转过程中，排汽温度最高到达120 ℃而跳机，参数见表2。

表2 驱动引风机的汽轮机试运参数

该引风机汽轮机设计背压为5 kPa，而由表2可见：单体试运过程中运行背压持续维持在18.86～22.36 kPa，达到设计值的4倍；当引风机汽轮机转速由盘车转速升高至4 500 r/min时，其排汽温度从85.77 ℃持续增加至118.32 ℃，最终达到120 ℃而跳机。通过分析可知引风机汽轮机无法正常运行的最重要原因是机组真空低。

3 引风机汽轮机运行真空低原因分析

3.1 循环冷却水系统异常

引风机汽轮机排汽需通过循环冷却水进行换热，凝结成凝结水，同时利用蒸汽的冷凝和真空泵的抽吸维持引风机汽轮机的运行真空。若循环水系统发生异常，将严重影响引风机汽轮机的运行及其额定出力。循环水流量和循环水进、出水温度的变化是引起系统出现异常的主要因素。若循环水流量出现突然中断或减小的情况，将导致运行中的引风机汽轮机出现凝汽器真空变为零，同时汽轮机排汽温度急剧升高，凝汽器循环水进水口失压的情况[5]。通过就地巡检及DCS画面监视未发现循环水泵有异常现象发生，但也不能排除循环水系统问题造成真空低的原因，还需进一步分析以排除是以此问题引起的真空低。

3.2 凝汽器水位过高

引风机汽轮机凝汽器液位过高也会造成凝汽器真空低问题，一般情况下，凝汽器水位是在定水位下运行，从而保证凝结水泵吸入口的吸入高度有一个稳定值，防止泵汽蚀。若水位过高，则会淹没铜管，减少有效冷却面积，降低真空。通过排查发现引风机汽轮机凝汽器液位为400 mm，凝汽器热井液位上限为800 mm。同时引风机汽轮机凝结水泵的联锁启动逻辑为：液位高于600 mm或低于100 mm联锁停止，凝结水泵也能正常启动及停止，无电器MCC故障信号。因此可排除因凝汽器水位过高而引起的真空缓慢下降。

3.3 轴封送汽调整不当

引风机汽轮机轴封采用密封式汽封系统，确保外界空气不能漏入到凝汽器中，防止真空降低。若轴封供汽压力过高，会使蒸汽外漏污染环境；若轴封供汽压力过低，导致空气漏入凝汽器中影响真空。该引风机汽轮机轴封用汽取自引风机汽轮机供汽管道处，额定轴封供汽为0.101～0.108 MPa，而实际供汽压力为0.105 MPa，符合设计要求；再者通过就地观察，发现引风机汽轮机前后轴承处有轻微冒汽，并无往里吸汽的现象发生。由此可排除因轴封供汽不当而引起的真空降低。

3.4 抽汽系统工作不正常

抽汽系统工作不正常也是影响引风机汽轮机真空的重要原因之一。真空泵抽取真空能力下降的主要因素有：真空泵密封水温度过高或在偏高温度下较长时间运行；汽水分离器排水门误开造成分离器液位偏低；密封水泵工作不正常造成出水压力过低和密封水管路相关滤网堵塞；汽轮机第二级真空泵排汽分配关逆止门不通，或者不能关闭。通过就地巡检后发现真空泵工作正常，无异常现象发生。为谨慎起见，切换真空泵，运行一段时间后发现汽轮机运行参数无明显变化。由此可排除是真空泵工作不正常引起的真空降低。

3.5 真空系统不严密

凝汽器中空气漏入量增大是造成汽轮机真空变差的常见原因，凡是与真空系统相连的各连接法兰、阀门填料、焊缝不严密以及排汽安全阀阀门内漏等都会造成真空系统中漏入空气。真空系统查漏方法不是很多，尤其在运行机组中更为复杂，增加工作量且效果不明显。

凝汽器不可避免会有空气漏入。由于空气不凝结，且是热的不良导体，使凝汽器的换热效率大大降低，进而影响机组的经济性。由于汽轮机真空系统较庞大，涉及的系统、阀门、管道较多，凝汽器中漏入空气的概率很大，所以其漏点难以查找。另外从凝结水过冷度分析来看，其设计值为2 K，如果系统中空气漏入量增大，空气分压升高会使蒸汽的分压降低，汽轮机排汽仍在自己的分压下凝结，凝结水温度低于排汽压力下对应的饱和温度，因而过冷度会增加，出现过冷现象[6]。而实际过冷度明显增大，为6.3 K，同样表明空气漏入量增大导致真空差的因素需进一步排查。

4 改进措施

通过上述原因排查后，排除了轴封送汽不当及凝汽器水位过高而引起真空下降的因素，真空排查重点集中在循环水、真空系统不严密的问题上。

冷却水流量是影响引风机汽轮机真空的另一个重要因素。在一定负荷下，循环水进、回水温差增大，凝汽器真空缓慢降低，很大程度为冷却水流量不足而引起，夏季时尤为突出，机组的循环水温度进出口温差极大，初步判断为循环水流量低造成冷却效果差，导致真空低。故将2号循环水泵与1号循环水泵并泵运行，提高循环水流量，运行参数见表3。

表3 循环水系统前后各项参数对比

由表3可见：当1号循环水泵单泵运行时，凝汽器出水温度较高导致系统真空较差，随即启动2号循环水泵，1号、2号循环水泵并泵运行提高循环水流量时，凝汽器出水温度仍居高不下。分析可能由于循环水系统有热源，无冷却造成温度过高。初期循环水质较差，未进空冷扇区冷却，后经协商后将循环水上扇区，水温出现下降趋势，凝汽器出水温度最终降为30.9 ℃。但引风机汽轮机真空无明显变化，再次怀疑可能系统中存在有大量空气引起汽阻，不能使循环水进入引风机汽轮机凝汽器，即使有少量循环水进入也被汽化。通过将系统空气排净后，再次观察引风机汽轮机真空有下降趋势，最终下降至-76 kPa。在此基础上，停止2号循环水泵运行，保持1号循环水泵单独运行，经过仔细观察发现凝汽器出水温度、系统真空均无明显变化。由此表明：系统真空差是由循环水系统中存在有大量空气产生汽阻引起的，与循环水量无明显关系。通过原因分析同时采取相应措施，情况得到明显改善，但还未达到设计真空-81 kPa，证明还有其他影响真空的因素存在。

通过前期凝汽器的灌水查漏试验及用火焰法检验与真空系统相连的法兰及阀门处是否存在漏点，鉴于安装公司前期两项工作都有检验，故将排查重点放在凝汽器喉部低洼处100 mm以上、真空破坏门及引风机汽轮机凝结水泵与主机凝汽器相连的地方。通过逐项排查，发现真空破换门处有往里吸气的现象，处理完成后真空由原来的-76 kPa下降到-81 kPa，排汽温度也由原来的96 ℃降低到52 ℃，该引风机汽轮机真空低问题得以解决。

5 结语

在驱动引风机的汽轮机实际运行过程中，影响机组真空的因素可能是单一的，也可能是由多种因素叠加所造成。因此，在机组运行过程中应根据机组的实际情况，采取适当、有效的方法来分析并采取相应的措施，使机组真空达到设计要求，进一步提高机组运行的经济性和安全性。本次驱动引风机的汽轮机真空差主要是由于循环水系统中存在有大量空气产生汽阻导致系统工

作不正常引起的，其次是由于真空系统还存在有少量的泄漏点引起的。同时在运行过程中采取如下规范措施，引风机汽轮机的真空将能达到运行要求：

(1) 真空破坏门密封水取自引风机汽轮机凝结水泵出口母管处，在抽真空时将密封水有效投入，防止从此处漏入空气影响系统真空。

(2) 真空破坏门采用电磁阀控制，失电开，带电关闭。若在运行中电磁阀烧毁或控制电源失电等原因都会造成真空破换门开启，造成排汽压力升高跳机。因此在运行中存在很多危险，建议将真空破坏门更改为电动截止门，能有效地避免上述问题的发生。

[1] 张晓玲. 1 000 MW超超临界机组中小汽机驱动引风机的系统配置[J]. 广东科技, 2010, 19(14): 125-126.

[2] 王宽. 大型发电厂引风驱动方式改造的技术经济研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2013.

[3] 姜丽凤. 汽轮机真空严密性降低的查找及处理[J]. 科协论坛, 2012(5): 51-52.

[4] 张爽. 浅析汽轮机真空严密性差的成因及解决方法[J]. 中国新技术新产品, 2013(4): 17.

[5] 包春, 蔡国樑. 提高凝汽器真空和机组热效率的有效措施[J]. 电力设备, 2002, 3(1): 74-77.

[6] 王国清. 汽轮机设备运行技术问答[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004.

Analysis and Improvement on Low Vacuum Problem of a Steam Turbine Driving an Induced Draft Fan

Wang Tao

(North China Electric Power Research Institute (Xi’an) Co., Ltd., Xi’an 710065, China)

To solve the problem of low vacuum operation of a steam turbine driving an induced draft fan for a 350 MW supercritical turbo-generator unit, an analysis was conducted, based on which improvement measures were put forward from the aspects of circulation water flow and temperature, air leakage of vacuum system and adjustment of steam turbine operating parameters, etc. Results show that after taking corresponding countermeasures, the operation vacuum of the steam turbine to drive an induced draft fan can satisfy the design requirements of the manufacturer, thus providing important guarantee for safe, economic and efficient operation of the unit.

steam turbine; turbine-driven induced draft fan; vacuum; improvement measures

2016-03-31；

2016-05-24

王 涛(1987—)，男，工程师，主要从事电厂汽轮机研究及基建调试工作。

E-mail: wang87_tao@126.com

TK223.26

A

1671-086X(2017)01-0067-04