火电厂汽轮机凝汽器真空低原因分析及措施

火电厂汽轮机凝汽器真空低原因分析及措施

【摘要】本文结合某工程主要针对真空度下降对汽轮机运行的影响和汽轮机组低真空度保护的不同形式以及汽轮机凝汽器真空度下降时的处理方法进行简要分析，仅供参考。

【关键词】汽轮机组；真空度低；措施

一、工程概况

某火电厂汽轮机是引进西门子技术生产的660MW超超临界汽轮机。一次并网带负荷100MW后，由于真空系统存在漏点，真空度下降至88kPa（绝对压力13kPa），机组跳闸，经检查为凝汽器压力高保护动作。

在汽轮机正常运行中，凝汽器真空度降低对其产生许多不利影响，因此所有火力发电机组都设置了低真空度跳机保护，以保护汽轮机和凝汽器的设备安全。传统的低真空度保护一般是当真空度低于某一定值（一般为73kPa）后直接动作停机（简称保护一），但该超超临界大型机组除设置了定值的低真空度保护，还增设了变定值的低真空度延时保护。其保护定值又分为两种类型：一类是和负荷率成一定关系，另一类是由中低压连通管压力根据一定的函数关系算出。

二、凝汽器真空形成的原理

凝汽器内布置了很多冷却水管，循环水源源不断地在冷却水管内流过，这时汽轮机低压缸排汽进入凝汽器的蒸汽遇冷立刻凝结成水，放出的汽化潜热被冷却水带走，使凝汽器内的蒸汽接近冷却水温度。由于蒸汽的饱和压力与其饱和温度是相对应的，当排汽被凝结成水后其比容急剧缩小，体积也大为缩小，使凝汽器内形成高度真空，再利用抽气器不断地将凝汽器内的空气及其它不凝结的气体抽走，以维持凝汽器的真空。

三、真空度下降对汽轮机运行的影响

1、对汽缸膨胀的影响

低真空度运行时背压升高，排汽温度升高，汽缸膨胀量增大，改变了通流部分的动静间隙。静子以低压缸中心为零点向前膨胀，转子以推力轴承为零点向后延伸，由于温度变化不大，动静间隙变化不致于产生摩擦和振动。汽缸和凝汽器的膨胀因排汽温度的升高而增大。汽缸与转子的相对膨胀引起通流部分动静间隙改变，在热应力作用下发生变形，造成接合面连接螺栓松动或变形，甚至造成机组剧烈振动，破坏接合面的严密性。凝汽器膨胀会使汽轮机后轴承升高，破坏整个汽轮发电机组的轴向中心。

2、对推力轴承的影响

汽轮机低真空度运行时，同样负荷下蒸汽流量增加，有调节级的机组会导致调节级过负荷运行，轴向推力也受到影响。对于冲动式汽轮机，轴向推力随背压的增加而增大。轴向推力增大引起推力轴承过负荷，轴瓦乌金温度升高，造成轴承的损坏。

3、对凝汽器的影响

低真空度运行时，凝汽器的膨胀因排汽温度升高而增加；若膨胀量增加过多，可能会造成管束与管板的膨胀接口因膨胀不同而破坏密封性，影响凝汽器的换热效果，还会使汽轮机后轴承升高，影响汽轮发电机组对中，加大振动值，造成不必要的振动，影响机组的稳定性。

4、对末几级叶片的影响

真空度下降使排汽的体积流量减小，对末几级叶片工作不利，尤其是随着汽轮机单机功率的增大，末级叶片长度也不断增长，叶顶薄而微弯，抗振性能减弱。该660MW超超临界机组低压缸末级叶片长度为914.4mm，次末级叶片长度为556mm，在小体积流量工况下，末级动叶出口边受到水珠冲蚀，转子和静子被加热，末级叶片会产生脱流及旋流现象；同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，导致叶片颤振，损坏叶片，造成事故。如果这时降负荷运行，会使得末几级叶片的体积流量进一步降低，运行工况进一步恶化。图1为汽轮机末级叶片（叶片高径比θ=2.5，级的相对体积流量Gv2=0.14时的工况）的流线图，图2为汽轮机末级叶片的动应力图。从图中可以看出，在容积流量下降时，产生的脱流和旋流，以及动应力快速增大的情况。

从以上分析可以看出：低真空度对汽轮机的安全可靠运行有许多不利影响，设置低真空度保护是完全必要的。

四、汽轮机组低真空度保护的不同形式

1、三种低真空度保护定值法

该660MW和1000MW的超超临界四缸四排汽凝汽式汽轮机采用节流调节，无调节级，为反动式汽轮机。低压外缸由2个端板、2个侧板和1个上盖组成。外缸与轴承座分离，直接坐落在凝汽器上。低压内缸通过其前后各2个猫爪，搭在前后2个轴承座上，支撑整个内缸、持环及静叶的重力；并以推拉装置与中压外缸相连，以保证动静间隙。对于无调节级、低压内缸落地支撑的汽轮机，真空度下降引起体积流量变小对低压缸末几级叶片的安全性影响较大。另一类同级别汽轮机基本是喷嘴调节，有调节级，低压缸的内外缸都和凝汽器连接。对于带有调节级、低压缸的内外缸都和凝汽器连接的汽轮机，真空度下降对调节级过负荷和低压缸膨胀影响较大，从而影响机组运行。因此传统的喷嘴调节有调节级，低压缸的内外缸和凝汽器连接的汽轮机组低真空度保护采用保护一。

该超超临界四缸四排汽凝汽式汽轮机，其低真空度保护的设置除了在凝汽器绝对压力高于30kPa时动作停机，还增设了根据中低压连通管压力计算的变定值的延时300s动作停机（累积运行时间不超过300min）的低真空度保护（简称保护二）。

该类型机组增加设置的变定值低真空度延时保护还有一类定值是和负荷率成一定关系的（简称保护三）。图3是该定值和负荷的变化曲线。

保护一中真空度下降时降负荷处理的方法并不合理；保护三应该比保护二更加妥当，主要考虑到在机组低负荷时汽轮机旁路可能开启。因此低压缸进汽压力并不一定和负荷成比例关系，取中低压连通管压力更能反映低压缸的运行工况。

图4、图5分别为某电厂低真空度保护定值与中低压连通管压力的对应曲线和保护联锁逻辑图。

2、增设变定值保护的理由

保护二和保护三中增设变定值保护，其理由有以下几点：真空度下降，低压缸的排汽体积流量减小，末几级叶片工作环境恶化。末级叶片会产生脱流及旋流，同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，引起颤振，损坏叶片，造成事故。如果负荷降低，会使得排汽体积流量进一步减小，因此低负荷下凝汽器压力保护定值可以有所降低，是为了更安全地保护低压缸末几级叶片；由于该类型汽轮机组采用节流调节，无调节级，所以不存在第一级过负荷的情况；该类型汽轮机低压缸内、外缸分开，内缸采用落地轴承型式支撑在轴承座上，外缸和凝汽器连接，所以真空度下降、排汽温度升高对引起低压缸的膨胀变形在一定限度内；在小体积流量工况下，末几级会进入鼓风工况，加热叶片；还会引起水珠冲蚀，同样增加了不安全因素。

通过以上分析可以看出：对于不同类型的汽轮机组，真空度下降时需要优先考虑的问题不能完全等同，处理方法也应有所区别。

五、提高汽轮机凝汽器真空度的措施探讨

1、重视凝汽器真空度降低预防管理