一种汽轮发电机组不可用工况下的可靠供汽系统

2020-09-02王文青陈志新

山东电力高等专科学校学报 2020年4期

唐峰，王文青，韩江，陈志新，杨乐

（山东中实易通集团有限公司，山东济南 250002）

0 引言

现有运行机组集中供热系统需要在汽轮发电机组运行的情况下才能满足正常的供热要求，热电厂汽轮发电机组一旦发生故障，整个集中供热系统就会瘫痪，给供热区的企业生产和人民生活带来极大不便，也给发电企业造成较大的经济损失。本文介绍一种汽轮发电机组不可用工况下的可靠供汽系统，隔离汽轮发电机组，通过旁路供汽满足热电厂的供汽需求，并能在机组检修完成后的供汽工况下快速启动。

1 现有供热方案介绍

1.1 抽汽供热

汽轮机抽汽供热工作流程为凝结水在除氧器中加热除氧后通过锅炉给水泵输送至锅炉，给水在锅炉水冷壁定压吸热汽化为饱和蒸汽，并在过热器中继续吸热形成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机高压缸绝热膨胀做功，做完功的蒸汽进入再热器加热，热再热蒸汽进入汽轮机中压缸继续做功，中压缸排汽一部分进入汽轮机低压缸继续做功，一部分进入热网加热系统，如图1所示。

图1 汽轮机抽汽供热系统示意图

1.2 高低压旁路联合供热

针对供热机组热电耦合、对电网深度调峰适应性差的问题，在机组低负荷工况时，汽轮机设计抽汽流量一定的情况下，通过采用汽轮机高低压旁路联合供热方案［1］，经高压旁路将部分主蒸汽旁路至高压缸排汽，低压旁路作为供热的补充汽源，提高机组在低负荷时的供热能力，如图2所示。

图2 高低压旁路联合供热系统示意图

1.3 高背压供热

在采暖供热季，机组高背压侧凝汽器循环水采用热网循环水回水［2］，通过调节中压缸至低压缸排汽液动调节阀减少中压缸至低压缸排汽量，增加汽轮机中压缸排汽至热网供汽量，通过低压缸排汽加热热网循环水将冷源损失降低，同时提高机组供热能力并保证机组的循环热效率，如图3所示。

图3 高背压供热系统示意图

1.4 中压缸排汽供热

纯凝机组为了供热改造为抽凝机组，在中压缸排汽至低压缸管路增设一路三通管道［3］，引出一路为热网提供热源，在中压缸排汽至低压缸管路上加装抽汽压力液动调节蝶阀来控制抽汽参数。此液动调节蝶阀在全关位置仍然能保证低压缸最小安全流量，保证低压缸的安全运行，如图4所示。

图4 中压缸排汽供热系统示意图

1.5 低压缸零出力供热

低压缸零出力技术是指为了增加中压缸的抽汽量，在低压缸高真空条件下［4］将汽轮机抽凝供汽改为背压机组供汽，在中压缸排汽至低压缸连通管道上采用关断阀代替抽汽液动调节阀，实现低压缸零出力，如图5所示。为了保证低压转子的运行安全，从中压缸排汽引一路蒸汽经过减温减压后对低压缸进行冷却，减少低压转子转动产生的鼓风热量，并增加叶片安全监测测点保证机组运行安全［5］。

图5 低压缸零出力供热系统示意图

2 汽轮发电机组不可用工况下的可靠供汽系统

现有机组供汽方案需要在汽轮发电机组运行工况下才能满足正常的供汽要求。本文提出的一种汽轮发电机组不可用工况下的可靠供汽系统，保证汽轮发电机组发生故障时仍能正常供汽，如图6所示。该系统包括一套隔离汽轮机旁路热网供汽系统，一套热再热蒸汽管道防超压和启动系统，一套凝汽器外置疏水扩容器系统，一套热网凝结水回水系统，一套高压加热器抽汽及备用疏水系统。

2.1 隔离汽轮机旁路供汽系统

汽轮发电机组故障隔离汽轮机运行时，在过热蒸汽管道与高压缸之间管道上设置有过热蒸汽至高压缸的电动隔离阀，隔离过热蒸汽进入汽轮机。热再热蒸汽管道与中压缸之间设置有热再热蒸汽至中压缸电动隔离阀，隔离热再热蒸汽进入汽轮机。这样可满足机组安全检修的需要和隔离汽轮机运行的需要。

热网用汽汽源在汽轮发电机组正常运行时取自中压缸排汽，在汽轮发电机组故障时增设一路旁路供汽管路，在热再热蒸汽进入汽轮机中压缸前通过减温减压后接入供热系统。供汽管道上依次串接有热再热蒸汽至热网供汽气动逆止阀、热再热蒸汽至热网减温减压器液动调节阀和热再热蒸汽至热网供汽电动隔离阀。减温水来自热网回水，该管路上依次有热网回水至减温减压器电动隔离阀和热网回水至减温减压器减温水气动调节阀。这样可满足汽轮发电机组故障时隔离汽轮机运行时的供汽汽源需要。

2.2 热再热蒸汽管道防超压和启动系统

热再热蒸汽管道上还增设一路蒸汽排放管道，在热再热蒸汽管道超压时保证热再热蒸汽压力低于安全阀的动作值。在凝汽器不可用时关闭低压旁路调节阀，通过此蒸汽排放管道满足锅炉的启动需要。蒸汽排放管道与大气相连通，蒸汽排放管道上设置有热再热蒸汽排汽至大气电动隔离阀和气动调节阀。

2.3 凝汽器外置疏水扩容器系统

该供汽系统设置一套凝汽器外置疏水扩容器系统。在机组启动和运行期间，过热蒸汽管道疏水、热再热蒸汽管道疏水、冷再热蒸汽管道疏水、辅助蒸汽系统疏水、热网供汽管道疏水以及2号高压加热器的备用危急疏水排至凝汽器外置疏水扩容器。凝汽器外置疏水扩容器减温水来自除盐水。当汽轮发电机组故障隔离汽轮机时，通过疏水泵将疏水输送至机组排水槽；当汽轮发电机组运行时，通过疏水泵将疏水输送至凝汽器。

凝汽器外置疏水扩容器系统包括外置疏水扩容器，该外置疏水扩容器与疏水管道和排水管道分别相连，疏水管道用于接收系统疏水并输送至外置疏水扩容器，外置疏水扩容器输出端与凝汽器和机组排水槽相连通，减温水取自除盐水。保证汽轮发电机组不可用时，汽轮发电机组的疏水系统能正常运行。

图6 汽轮发电机组不可用工况下的可靠供汽系统示意图

2.4 热网凝结水回水系统

热网凝结水回水系统设置有一路高压除盐水补水管道，高压除盐水补水管道上设置有高压除盐水至热网回水补水电动隔离阀、调节阀和逆止阀。热网凝结水回水系统设置有回水增压泵，并联管道上还设置有热网回水增压泵旁路电动阀。热网凝结水回水管道与凝汽器之间连通的管道上设置热网回水至凝汽器的电动隔离和调节阀。热网凝结水回水管道与除氧器之间连通的管道上设置热网回水至除氧器的电动隔离和调节阀。

汽轮发电机组故障隔离汽轮机运行时，热网凝结水回水系统将高压除盐水补水输送至除氧器。当旁路供汽系统正常运行时，热网回水通过增压泵将回水送至除氧器；当旁路供汽系统正常运行并且凝汽器和凝结水泵可用时，热网回水通过回水旁路电动阀将回水送至凝汽器，然后经凝结水泵输送至除氧器。

当汽轮发电机组正常运行时，热网凝结水回水经增压泵旁路电动阀、热网回水至凝汽器电动隔离和调节阀后直接输送至凝汽器。

2.5 高压加热器回热抽汽系统

高压加热器利用汽轮机抽汽来加热锅炉给水，使锅炉给水温度达到设计要求，从而提高电厂的热效率并保证机组出力。高压加热器疏水通过逐级自流至除氧器，每台高压加热器单独设置一路危急疏水管道至凝汽器。

汽轮发电机组故障隔离汽轮机运行时为了保证锅炉效率和安全运行，用冷再热蒸汽加热2号高压加热器使锅炉给水温度满足要求，2号高压加热器疏水增设一路备用疏水管道和一路备用危急疏水管道。备用疏水管道通过疏水调节阀至除氧器；备用危急疏水管道通过危急疏水调节阀至凝汽器外置疏水扩容器。在隔离汽轮发电机运行时，2号高压加热器疏水通过备用疏水系统运行。

2.6 一种汽轮发电机组不可用工况下的可靠供汽系统工作流程

系统启动时热网凝结水回水系统将高压除盐水补水输送至除氧器。凝结水在除氧器中加热除氧后通过锅炉给水泵输送至锅炉，给水在锅炉水冷壁定压吸热汽化为具有一定过热度的饱和蒸汽，并在过热器中继续吸热形成过热蒸汽，过热蒸汽经过高压旁路气动调节阀进入冷再热蒸汽管道，再进入锅炉再热器加热，加热后的再热蒸汽通过热再热蒸汽管道供汽减温减压后进入热网供汽母管。当旁路供汽系统正常运行时，热网回水通过增压泵将回水送至除氧器；当旁路供汽系统正常运行并且凝汽器和凝结水泵可用时，热网回水通过旁路电动阀将回水送至凝汽器，然后经凝结水泵输送至除氧器。

3 汽轮发电机组不可用供汽工况下机组快速启动

汽轮发电机的故障消除后，在机组旁路供汽系统正常运行时，检查机组的盘车、轴封、真空等汽轮发电机启动前所有需要投入的系统已正常投入，汽轮发电机主要联锁保护已投入。打开过热蒸汽管道与高压缸之间的电动隔离阀，同时打开热再热蒸汽管道与中压缸之间的电动隔离阀。通过高压旁路调节阀和低压旁路调节阀以及减温水调节阀将主再热蒸汽参数控制在启动参数范围内。启动过程中严密监视汽轮机的轴向位移、推力轴承金属温度及各轴承的振动等参数。在保证锅炉运行并且机组旁路供汽系统正常运行时，实现机组安全快速启动。