背压汽轮机运行中的问题分析

金剑锋

摘要：在实际工作过程中中，背压汽轮机在运行时经常出现排汽温度高、前后轴承温度高、封冷却器运行不正常等一系列状况。针对热电厂背压汽轮机运行中出现的问题，采取相应的措施解决了运行中的问题确保背压式水轮机高效稳定运行。

关键词：背压汽轮机;气封;轴封冷却器;改造

1 背压汽轮机运行中存在的问题及原因分析

1.1 汽轮机排汽温度高原因分析

热电厂单级背压汽轮机的进汽口通入的是中压蒸汽。锅炉产生的蒸汽通过输送管线送入汽轮机，带动给水泵运行。设备安装完成后进行调试，在调试过程中出现排汽温度过高的问题，这一现象表明背压式汽轮机在运行过程中并没有达到预期效果，效率低下。这种情况一般有以下几种原因：喷嘴结垢、叶片结垢、喷嘴和叶片发生变形等。但是热电厂所安装的背压式汽轮机为全新的设备，不存在结垢等问题。经与厂家技术人员沟通，确定排气温度高是厂家设计问题所致，而不是操作和设备问题。

1.2 汽轮机气封漏汽量大原因分析

热电厂背压式汽轮机前后气封采用梳齿迷宫式气封（如图1所示），价格较低，结构也不复杂，运行稳定，危险系数低，同时安装简单。但是，现实中设备存在较长的轴向长度，影响整体的密封效果，因此容易造成泄露。因为存在较多的泄露蒸汽，泄露的蒸汽大大提高了轴向加热段的长度，使得其温度随之升高，造成了较大的胀差。同时，轴上凸台和气封块的高低齿之间存在错位引起的位置偏差而倒伏，最终导致漏汽量的不断变大，因此密封情况存在较大隐患。

1.3 汽轮机气封冷却器工作失常原因分析

在汽轮机气封冷却器工作时，其第一级是真空状态，因此气封冷却器可以将泄漏的漏气抽出。所以，气封冷却器的第一级必须是与大气隔离的密封室，抽气机在工作时，密封室往往呈现负压状态。安装背压式汽轮机时，气封冷却器的位置不能过低。但是热电厂将气封冷却器装在厂区0m处，在轴封运行状态下，第一级真空无法保证，使得气封冷却器不能正常运行。

2 背压汽轮机改造方案

2.1 汽轮机排汽温度高改造方案

背压汽轮机机组在工作时，压力符合要求，仅仅是排气温度不符合要求，温度过高。因此，如果安装降温装置可以很好的解决这一问题。减温装置有很多种，其中单孔喷嘴具有结构简单，成本低等特点。喷嘴工作原理简单，即在进行降温时将冷却水以水雾的形式喷出，对管道内的蒸汽进行降温。而且，喷嘴的形式也会影响降温效果。其中旋流式和离心式喷嘴应用较为广泛。结合热电厂的实际情况最终使用离心式喷嘴。

2.2 汽轮机轴承温度高技术改造方案

由于背压汽轮机机组运行时漏气量大，根据技术人员对机组工作状况的检查，发现机组工作时出现动静摩擦，使得气封与气缸存在较大的缝隙，引起蒸汽的泄露。针对这一问题，有必要改变机组的气封齿结构（如图2所示）。

改造前，计算得到的平齿漏汽总量为，但是现实中这一数值为，气封与汽缸之间的空隙为，气封齿高仅为。由于背压式水轮机前后气封尺寸限制了前后气封无法进行较大的改造。但是可以改变气封的形式，由原来的平齿密封变为高低齿密封。经过改造后漏气量大大降低，最终漏气量降低为。机组的密封效果得到了显著的改善，因此机组运行时经济性也随之提高。

2.3 汽轮机气封冷却器技术改造方案

在氣封冷却器运行时汽轮机前后气封泄漏的蒸汽进入气封冷却器第一级冷凝。当蒸汽在冷却器中冷却后，蒸汽因为温度降低由气态变为液态，而且压力随之降低，出现负压的状态。而冷却器内部温度较高没有凝结的蒸汽则被抽汽器排出冷却器，和新蒸汽混合后输送到二级室中，保证气封泄漏蒸汽顺利排入气封冷却器（如图3所示）。热电厂背压式水轮机安装时，在厂房0米处安装空气密封冷却器：一、二级排水直接排入地沟，由于一级室因为蒸汽冷却产生的负压而形成的真空状态，使得气封冷却器一级疏水无法自然排出冷却器外部，造成一级疏水在冷却器内部不断的积累。当一级疏水因无法排出而不断增多达到一定程度时，大大降低了冷却器的热交换面积，使得冷却器的真空度也不断降低，最终使得气封漏汽不能顺利排入气封冷却器。经分析，可增加气封冷却器的安装高度，一、二级排水采用U形水封。一般U形管间距大于600 mm。由于二级冷却器内腔微正压，排水比较顺畅。

3 背压汽轮机改造方案实施

3.1 安装排汽减温水装置

3.1.1 减温水量的计算

根据现有的文献资料可知，背压汽轮机减温装置排汽压力为、温度 为的蒸汽焓值为;排汽压力为、温度为的蒸汽焓值为;减温水压力为、温度为的减温水焓值为。将以上数据代入减温减压热量和质量平衡公式中，计算后得到减温蒸汽所需减温水量为。其计算公式为。背压汽轮机正常运行时最大进汽量为，所需最大减温水量为。

3.1.2 减温水管道的选择

根据以上减温水用量的计算结果，选用合适的减温水管道。当选择的管径较大时，对降温装置运行会产生一定影响，而且给减温水的水量调节带来不便。除此之外，如果减温水的水量调节阀长期处于节流状态，调节阀在工作由于减温水的长时间的冲刷，造成阀门的磨损，容易引起泄露。反之，如果选择的管径较小时，相应的减温水水量也较小，无法满足排气减温的预期效果。因此，减温水的管线选择对减温装置来说至关重要。根据上文的计算结果，对照管径和流量表可知，给水管道的水流速一般为，以下的管道通常都满足要求。结合热电厂汽轮机的实际运行情况，冷却水管和控制阀可选用仪表导压管和针芯阀。在实际运行时，为了使减温效果达到预期标准，也要在减温水管两侧安装减温装置，一般采用减温水喷嘴对水管减温。

3.1.3 喷嘴的制作及实验

当采用喷嘴对减温水管进行降温时，喷嘴使用的圆钢，以便于喷嘴和水管之间的连接，喷嘴使用的圆钢需要经过加工后方可使用。喷嘴经过加工后，与管道进行连接，同时进行喷嘴雾化效果的实验。经过实验可知，设计的喷嘴能够达到减温的目的。

3.2 背压汽轮机前后气封改造

根據梳齿迷宫式气封的特点，传统的迷宫式气封在实际运行过程中不能完全保证设计间隙。由于超临界启动、异常振动、气流激振等原因，气封齿会引起永久磨损，导致密封间隙增大，导致轴封漏汽增加。由于背压式汽轮机前后气封尺寸的限制，不易实现前后气封的大变形，因此火电厂将后气封由平齿密封改为高低齿密封。改进后的气封结构可使漏汽量降至200kg/h，运行一年后，机组运行时漏汽量明显减少，前后轴承温度也大大降低。在一定程度上提高了机组的经济性能。

4 结论

综上所述，在对背压式汽轮机进行相应的改进优化之后，通过一年多的投入使用，机组能够正常工作，其各项参数都满足要求。因此，经过改造后背压式汽轮机机组能适应各种工况，排汽温度满足要求。漏气量明显减少，前后轴承温度显著降低，机组运行时的噪音也得到改善，满足正常的噪音控制要求。同时，也解决了背压式汽轮机气封冷却器一级满水问题，气封冷却器能够正常运行。

参考文献

[1]张芳.背压式汽动给水泵在热电厂的应用[J].热力发电，2006（3）：65-66.

[2]郑体宽.热力发电厂[M].北京：水利电力出版社，1991.