汽輪機高壓旁路閥門內(nèi)漏的熱經(jīng)濟性分析

　　以等效熱降法為基礎，給出了高壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥及減溫水閥門內(nèi)漏時汽輪機裝置效率變化的計算公式。結合300MW亞臨界和600MW超臨界機組的實際數(shù)據(jù)進行了計算，結果表明高壓旁路系統(tǒng)閥門內(nèi)漏對機組熱經(jīng)濟性影響甚大，且減溫水小泄漏的影響程度高于新蒸汽小泄漏。

　　高低壓兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)是目前國內(nèi)300MW及以上機組中普遍采用的汽輪機旁路方式。利用旁路系統(tǒng)可以實現(xiàn)改善機組啟動性能，保護再熱器，配合機組控制系統(tǒng)實現(xiàn)負荷調(diào)節(jié)及超壓安全保護等諸多功能。但在實際運行中，高壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥由于閥前后壓差、溫差大，加之閥內(nèi)噴水減溫，閥門工作條件惡劣，諸多因素會導致閥門出現(xiàn)內(nèi)漏：如熱變形致使密封面不嚴密;啟閉力矩小導致密封面緊力不足;爐側金屬雜質(zhì)滯留損傷密封面等。噴水隔離閥和噴水調(diào)節(jié)閥在運行中也可能由于沖刷或閃蒸空化效應而產(chǎn)生泄漏。據(jù)統(tǒng)計，2010年河南省在運的300MW及600MW機組中，13%的機組存在不同程度的高壓旁路泄漏的情況，甚至個別600MW機組高旁閥后溫度達到438℃，比高缸排汽溫度高110℃。

　　目前國內(nèi)學者對高壓旁路閥門泄漏的影響分析主要集中在安全性方面：如新蒸汽泄漏導致閥后管道超溫蠕變損壞;減溫水嚴重泄漏導致機組啟停階段冷再熱蒸汽管道積水，引發(fā)水錘甚至產(chǎn)生汽輪機進水的嚴重事故。而對高壓旁路系統(tǒng)更易出現(xiàn)的閥門小泄漏時對機組熱經(jīng)濟性的影響缺少定量分析和計算。本文以等效熱降法為基礎，給出了高壓旁路系統(tǒng)閥門3種內(nèi)漏情況下汽輪機裝置效率變化的計算公式，可以方便地進行機組熱經(jīng)濟性變化的局部定量分析，為機組的節(jié)能降耗監(jiān)督提供科學依據(jù)。

1、高旁壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏的熱經(jīng)濟性影響

1.1、高旁壓力調(diào)節(jié)閥小泄漏的定量分析

　　根據(jù)等效熱降的概念，當機組高壓旁路系統(tǒng)無泄漏時，1kg新蒸汽凈等效熱降為

(1)

　　單位工質(zhì)的循環(huán)吸熱量為

(2)

　　汽輪機裝置效率

　　(3) 式中，h0為新蒸汽焓，kJ/kg;σ為1kg蒸汽的再熱吸熱量，kJ/kg;hc為汽輪機排汽焓，kJ/kg;τr為第r級加熱器的給水焓升，kJ/kg;η0為汽輪機第r級抽汽的效率;z為汽輪機回熱抽汽級數(shù); 　　為附加成分做功損失，kJ/kg;hfw為鍋爐給水焓，kJ/kg;αrh為再熱蒸汽份額。

　　如圖1所示的高壓旁路系統(tǒng)，當高旁壓力調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)新蒸汽小泄漏但尚未導致噴水減溫時，由于給水和凝結水量均未發(fā)生變化，汽輪機各級抽汽份額不受影響。泄漏的新蒸汽節(jié)流后匯入再熱冷段，再熱蒸汽份額也不變。因此αLkg的新蒸汽泄漏導致汽輪機高壓缸做功的減少為

圖1 高壓旁路系統(tǒng)

(4)

　　式中，hrhc為再熱冷段蒸汽焓，kJ/kg。

　　此時，鍋爐蒸發(fā)吸熱量不變，而再熱吸熱量變化為αLkg節(jié)流后新蒸汽的再熱吸熱量與(αrh-αL)kg的高缸排汽的再熱吸熱量之和，機組循環(huán)吸熱量減少了

(5)

　　相對于高旁壓力調(diào)節(jié)閥無泄漏時，汽輪機裝置效率的相對變化為

(6)

1.2、高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏導致噴水減溫動作時的定量分析

　　當高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏較為嚴重，閥后溫度超出高壓噴水調(diào)節(jié)閥設定值時，噴水隔離閥全開，噴水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)減溫水流量將閥后溫度控制在設定值。如圖2所示，αLkg新蒸汽泄漏時所需要的減溫水量可利用式(7)的熱平衡方法確定：

　　(7) 式中，hv為經(jīng)過高旁閥降壓減溫后的蒸汽焓，kJ/kg; 　　為減溫水焓，kJ/kg。

圖2 高壓旁路系統(tǒng)減溫水系統(tǒng)

　　在圖1所示的系統(tǒng)中，通過高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏了αLkg新蒸汽，同時有αJkg減溫水從閥后噴入，機組少做功

(8) 　　為給水流量減少1kg時導致各級高壓加熱器回熱抽汽減少，被排擠的抽汽在汽輪機中多做的功量，kJ/kg。

　　機組循環(huán)吸熱量減少了

(9)

　　高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏導致噴水減溫動作時，汽輪機裝置效率的相對變化可用式(6)計算。

2、高旁減溫水閥門內(nèi)漏的熱經(jīng)濟性影響

　　高旁減溫水通常來自于給水泵出口的高壓給水母管，經(jīng)過串聯(lián)的噴水隔離閥和噴水調(diào)節(jié)閥，從高旁壓力調(diào)節(jié)閥閥后噴入。若減溫水閥門產(chǎn)生少量泄漏時，漏入的減溫水在高旁管路出口將被高速向上流動的再熱冷段蒸汽帶到再熱器內(nèi)，此時減溫水的泄漏導致機組少做功

(10)

　　循環(huán)吸熱量降低了

(11)

　　上兩式中各項的含義同式(8)、式(9)所述。

3、實例計算

　　利用以上推導的理論公式，對300MW亞臨界機組和600MW超臨界機組進行了計算。兩類機組及其高壓旁路系統(tǒng)的主要參數(shù)如表1、表2所示。

表1 機組的主要參數(shù)

表2 高壓旁路的主要參數(shù)

　　當高旁壓力調(diào)節(jié)閥蒸汽泄漏量為主汽流量的1%時，高壓噴水調(diào)節(jié)閥動作前后對機組熱經(jīng)濟性影響如表3、表4所示。

表3 高旁壓力調(diào)節(jié)閥小泄漏的熱經(jīng)濟性影響

表4 高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏導致噴水調(diào)節(jié)閥動作后的熱經(jīng)濟性影響

　　若高旁壓力調(diào)節(jié)閥密封面完好，噴水隔離閥和噴水調(diào)節(jié)閥發(fā)生輕微泄漏，以泄漏量為給水流量的1%計算，機組熱經(jīng)濟性變化如表5所示。

表5 高旁減溫水閥門小泄漏的熱經(jīng)濟性影響

　　從計算結果可以看出，高壓旁路系統(tǒng)泄漏時兩類機組熱經(jīng)濟性變化相差不大。高旁壓力調(diào)節(jié)閥泄漏1%時，兩類機組的汽輪機裝置效率相對降低約0.16%和0.15%，且高旁噴水減溫動作時其內(nèi)效率降低幅度更大。而高旁減溫水泄漏1%時，導致兩類機組的汽輪機裝置效率降低約0.19%。

4、結論

　　(1)對高壓旁路系統(tǒng)閥門內(nèi)漏，以等效熱降法為基礎，給出新蒸汽泄漏和減溫水泄漏時機組熱經(jīng)濟性定量分析的計算公式。

　　(2)以300MW亞臨界和600MW超臨界機組為例，計算了新蒸汽和減溫水泄漏1%時對機組熱經(jīng)濟性的影響。計算結果表明高壓旁路系統(tǒng)閥門內(nèi)漏對機組熱經(jīng)濟的影響甚大，需要在機組運行中高度重視，及時對內(nèi)漏閥門進行檢修或更換。

　　(3)在同樣的泄漏份額情況下，減溫水閥門內(nèi)漏相對于壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏對機組熱經(jīng)濟性的影響程度更大，其主要原因在于減溫水的泄漏不僅導致汽輪機做功減少，而且機組循環(huán)吸熱量也有所增加。