300MW機組高中壓缸間軸封漏汽量變氣溫測量法

　　國產引進型300MW汽輪機高、中壓缸為合缸結構，高壓缸調節(jié)級為反流式，正常運行情況下，調節(jié)級后蒸汽經(jīng)過高壓缸前軸封后，一路通過高壓內外缸夾層進入高壓缸排汽管;另一路經(jīng)過中壓缸前軸封與再熱蒸汽混合后進入中壓缸做功。這種結構布置使得高申壓缸間存在較大的漏汽量。設計額定負荷狀況下，高壓缸前軸封總漏汽量約17t/h，其中13.6t/h進入中壓缸*級前，占再熱蒸汽流量的1.835%。高中壓缸間軸封漏汽量的大小直接影響汽輪機的熱耗和汽缸效率，因此對于高精度的性能考核驗收試驗而言，準確測得這部分蒸汽量成為確保試驗精度的一個重要因素。高中壓缸間軸封的漏汽由于其特殊的位置，目前尚無直接測量的手段，通過變汽溫法可以間接測得這部分蒸汽流量。
　　
　　一、變汽溫法測量方法
　　
　　1.1基本原理
　　
　　在高、中壓主汽門、調門開度、主蒸汽流量、再熱蒸汽流量及相關蒸汽參數(shù)基本接近情況下，可以認為高中壓缸間軸封漏汽量和中壓缸實際內效率是不變的。通過改變再熱蒸汽溫度或主蒸汽溫度，可以使中壓缸*級前混合點溫度發(fā)生變化，中壓缸排汽溫度也隨之改變，通常以中聯(lián)門前參數(shù)和中壓缸排汽點參數(shù)為依據(jù)的中壓缸效率計算值會發(fā)生相應變化[1]。根據(jù)高中壓缸間軸封漏汽量和中壓缸效率計算值的關系，利用軸封漏汽點流量和熱量平衡方法，可通過計算得到高中壓缸軸封漏汽量。
　　
　　1.2測試方法
　　
　　兩個相同負荷工況（如額定工況），分別降低主蒸汽和再熱蒸汽溫度，保持其它條件和參數(shù)不變，通過簡化熱力試驗的方法測得調節(jié)級后、再熱蒸汽、中壓缸排汽等參數(shù)。假定高中壓缸間軸封漏汽量與經(jīng)過中聯(lián)門的再熱蒸汽流量之比δi為某一值，計算出中壓缸*級前混合參數(shù)，進而算出實際中壓缸效率ηi。δi取不同數(shù)值可以得到不同的ηi，從而在兩個變汽溫工況分別得到一條ηi-δi關系曲線。因兩工況實際中壓缸效率相等，則兩條曲線必有一個交點，該交點對應的δi和ηi分別為實際高中壓缸間軸封漏汽量和實際申壓缸內效率。
　　
　　1.3測試要點
　　
　　該方法的使用前提是兩工況除主汽溫和再熱汽溫外，其余參數(shù)均相等，以此認為高中壓缸間漏汽量和中壓缸實際效率相同，因此務必使兩工況嚴格滿足試驗要求。操作上要求兩工況試驗間隔時間盡可能短，工況和相應參數(shù)應穩(wěn)定，同時根據(jù)機組實際允許情況盡可能增大主蒸汽和再熱蒸汽的溫差，一般應保持30℃～50℃，以使兩條曲線有較明晰的交點。
　　
　　二、應用實踐
　　
　　某30OMW機組投產后性能考核驗收試驗期間，進行了變汽溫法測高中壓缸軸封漏汽量的試驗，以獲得較準確的數(shù)據(jù)，為性能考核試驗提供參考依據(jù)，并作為新機組熱力性能的原始數(shù)據(jù)。試驗采用考核試驗的高精度儀表和采集系統(tǒng)，確保了試驗數(shù)據(jù)測量的準確性。
　　
　　2.1試驗工況
　　
　　變汽溫試驗共安排了兩個工況，為與考核試驗工況保持基本一致，試驗在五閥點迸行。實測數(shù)據(jù)為:變再熱汽溫工況主汽溫534.37℃，再熱汽溫496.38℃，變主汽溫工況主汽溫、再熱汽溫分別為497.67℃和529.83℃。兩工況負荷均為30lMW，主汽和再熱汽溫溫差分別為37.99℃和32.16℃，其余參數(shù)基本接近，較好地滿足了試驗要求。兩工況之間時間間隔50min左右，每個工況穩(wěn)定后記錄30min。
　　
　　2.2數(shù)據(jù)處理及計算
　　
　　試驗結束后，對測試數(shù)據(jù)進行了整理，溫度進行校驗偏差修正、壓力進行儀表位差修正，取30min平均值。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，分別計算出兩工況調節(jié)級后、中聯(lián)門前和中壓缸排汽點的蒸汽焓，見表1。假定不同的高中壓缸間軸封漏汽量δi，計算出兩工況相應的實際中壓缸效率ηi，見表2。根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，可以作出圖1所示兩條ηi-δi關系曲線。
　　
　　三、試驗結果
　　
　　由圖1可見，實際中壓缸效率ηi隨著漏汽量δi的增加而下降，ηi-δi關系曲線近似為一條直線，兩條直線有一個明晰的交點。該點對應的δi為0.025，ηi為0.9136。因此，該300MW機組五閥全開額定負荷工況下，高中壓缸間軸封漏汽量為再熱蒸汽流量的2.5%，中壓缸實際效率為91.36%。試驗實測得到的高中壓缸軸封漏汽量為設計值的1.36倍。　　
　　四、結果分析
　　
　　4.1對熱耗率計算結果的影響
　　
　　發(fā)電熱耗率是評價汽輪機熱力性能的zui重要的技術指標，對于高中壓合缸機組而言，高中壓缸間軸封漏汽量的大小，對調節(jié)級后通流部分各級流量的確定，以及汽輪機發(fā)電熱耗率的zui終確定有較為明顯的影響。汽輪機性能考核試驗結果，有時需要進行軸封漏汽量的修正，以便與設計狀況進行對比。此時，軸封漏汽量中數(shù)量zui大的高中壓合缸處流量的確定，對于試驗結果有著更大的影響。ASME規(guī)程規(guī)定[2]，如果無法測量軸封、門桿漏汽量，有必要使用設計值。上述300MW機組性能試驗結果計算時，如使用實測得到的1.36倍設計值的高中壓缸軸封漏汽量數(shù)據(jù)，并修正至設計狀態(tài)，與直接采用設計值相比，發(fā)電熱耗率將下降19kJ/kWh。這一結果將直接影響汽輪機性能考核試驗結果與性能保證值間的差異，甚至由此產生巨額的性能保證賠款。　　
　　4.2對中壓缸效率計算值的影響
　　
　　圖2為上文所述300MW機組性能考核試驗五閥點工況中壓缸進、排汽狀態(tài)點焓-熵圖，狀態(tài)點1為中聯(lián)門前，　　
　　2為中聯(lián)門后混合前，2'為混合后，3'為實際排汽點，3為不計軸封漏汽影響的理論排汽點。高中壓缸間軸封漏汽量的存在，使得焓值較低的調節(jié)級后蒸汽進入中壓缸，降低了每一級段的蒸汽焓，使中壓缸進、排汽狀態(tài)點由2—3移至2'—3'，導致基于1和3'參數(shù)計算的中壓缸效率產生"虛假"提高，同時也使中壓缸效率對汽輪機熱耗率影響的分析產生誤差。根據(jù)變汽溫法實測得到的高中壓缸間軸封漏汽量，以及基于2'和3'參數(shù)計算的中壓缸實際效率，可以推算出在不中壓缸效率為90.39%。這一數(shù)據(jù)是包含中聯(lián)門壓損的中壓缸效率真實值，真正反映了實際中壓缸通流效率水平。考核試驗工況下包含軸封漏汽的中壓缸效率計算值為91.03%，因軸封漏汽而使中壓缸效率產生了0.64個百分點的"虛假"提高。　　
　　五、結語
　　
　　對于新投產高中壓合缸機組而言，由于設計、制造、安裝以及調試期間多次啟停等原因，加上高中壓轉子在前軸封處撓度zui大，高中壓缸間軸封漏汽量往往比設計明顯偏大。通過變汽溫試驗實測得到某300MW機組額定負荷工況高中壓缸間軸封漏汽量約為設計值的1.36倍。該結果較客觀地反映了機組實際運行的高中壓前軸封漏汽狀況。隨著機組運行時間的增長，啟停次數(shù)的增多，以及軸承振動等其它不利因素的出現(xiàn)，軸封漏汽量會逐漸增加，不僅使機組熱耗增大，同時也使中壓缸效率“虛假”增大的程度加劇。變汽溫法測高中壓缸軸封漏汽量的應用，為確定高中壓合缸機組實際運行情況下高中壓前軸封漏汽狀況提供了一種簡單實用的方法，可作為新投產和改造機組熱力性能考核試驗的輔助測量手段，同時也可為機組日常運行時高中壓前軸封運行狀況監(jiān)測提供一種途徑。
　　
　　需要注意的是，該結果是通過間接的方法測試得到的，其準確性與試驗工況的一致性、參數(shù)的穩(wěn)定性、主汽溫和再熱汽溫溫差以及測量數(shù)據(jù)的度存在較大的依賴性。如主汽溫和再熱汽溫溫差不夠大，將會擴大試驗過程中各環(huán)節(jié)的偏差對試驗結果的影響程度。因此，試驗時就嚴格滿足各項試驗要求，以期獲得相對準確的結果。