汽轮机高压旁路阀门内漏的热经济性分析

　　以等效热降法为基础，给出了高压旁路压力调节阀及减温水阀门内漏时汽轮机装置效率变化的计算公式。结合300MW亚临界和600MW超临界机组的实际数据进行了计算，结果表明高压旁路系统阀门内漏对机组热经济性影响甚大，且减温水小泄漏的影响程度高于新蒸汽小泄漏。

　　高低压两级串联旁路系统是目前国内300MW及以上机组中普遍采用的汽轮机旁路方式。利用旁路系统可以实现改善机组启动性能，保护再热器，配合机组控制系统实现负荷调节及超压安全保护等诸多功能。但在实际运行中，高压旁路压力调节阀由于阀前后压差、温差大，加之阀内喷水减温，阀门工作条件恶劣，诸多因素会导致阀门出现内漏：如热变形致使密封面不严密;启闭力矩小导致密封面紧力不足;炉侧金属杂质滞留损伤密封面等。喷水隔离阀和喷水调节阀在运行中也可能由于冲刷或闪蒸空化效应而产生泄漏。据统计，2010年河南省在运的300MW及600MW机组中，13%的机组存在不同程度的高压旁路泄漏的情况，甚至个别600MW机组高旁阀后温度达到438℃，比高缸排汽温度高110℃。

　　目前国内学者对高压旁路阀门泄漏的影响分析主要集中在安全性方面：如新蒸汽泄漏导致阀后管道超温蠕变损坏;减温水严重泄漏导致机组启停阶段冷再热蒸汽管道积水，引发水锤甚至产生汽轮机进水的严重事故。而对高压旁路系统更易出现的阀门小泄漏时对机组热经济性的影响缺少定量分析和计算。本文以等效热降法为基础，给出了高压旁路系统阀门3种内漏情况下汽轮机装置效率变化的计算公式，可以方便地进行机组热经济性变化的局部定量分析，为机组的节能降耗监督提供科学依据。

1、高旁压力调节阀内漏的热经济性影响

1.1、高旁压力调节阀小泄漏的定量分析

　　根据等效热降的概念，当机组高压旁路系统无泄漏时，1kg新蒸汽净等效热降为

(1)

　　单位工质的循环吸热量为

(2)

　　汽轮机装置效率

　　(3) 式中，h0为新蒸汽焓，kJ/kg;σ为1kg蒸汽的再热吸热量，kJ/kg;hc为汽轮机排汽焓，kJ/kg;τr为第r级加热器的给水焓升，kJ/kg;η0为汽轮机第r级抽汽的效率;z为汽轮机回热抽汽级数; 　　为附加成分做功损失，kJ/kg;hfw为锅炉给水焓，kJ/kg;αrh为再热蒸汽份额。

　　如图1所示的高压旁路系统，当高旁压力调节阀出现新蒸汽小泄漏但尚未导致喷水减温时，由于给水和凝结水量均未发生变化，汽轮机各级抽汽份额不受影响。泄漏的新蒸汽节流后汇入再热冷段，再热蒸汽份额也不变。因此αLkg的新蒸汽泄漏导致汽轮机高压缸做功的减少为

图1 高压旁路系统

(4)

　　式中，hrhc为再热冷段蒸汽焓，kJ/kg。

　　此时，锅炉蒸发吸热量不变，而再热吸热量变化为αLkg节流后新蒸汽的再热吸热量与(αrh-αL)kg的高缸排汽的再热吸热量之和，机组循环吸热量减少了

(5)

　　相对于高旁压力调节阀无泄漏时，汽轮机装置效率的相对变化为

(6)

1.2、高旁压力调节阀泄漏导致喷水减温动作时的定量分析

　　当高旁压力调节阀泄漏较为严重，阀后温度超出高压喷水调节阀设定值时，喷水隔离阀全开，喷水调节阀调节减温水流量将阀后温度控制在设定值。如图2所示，αLkg新蒸汽泄漏时所需要的减温水量可利用式(7)的热平衡方法确定：

　　(7) 式中，hv为经过高旁阀降压减温后的蒸汽焓，kJ/kg; 　　为减温水焓，kJ/kg。

图2 高压旁路系统减温水系统

　　在图1所示的系统中，通过高旁压力调节阀泄漏了αLkg新蒸汽，同时有αJkg减温水从阀后喷入，机组少做功

(8) 　　为给水流量减少1kg时导致各级高压加热器回热抽汽减少，被排挤的抽汽在汽轮机中多做的功量，kJ/kg。

　　机组循环吸热量减少了

(9)

　　高旁压力调节阀泄漏导致喷水减温动作时，汽轮机装置效率的相对变化可用式(6)计算。

2、高旁减温水阀门内漏的热经济性影响

　　高旁减温水通常来自于给水泵出口的高压给水母管，经过串联的喷水隔离阀和喷水调节阀，从高旁压力调节阀阀后喷入。若减温水阀门产生少量泄漏时，漏入的减温水在高旁管路出口将被高速向上流动的再热冷段蒸汽带到再热器内，此时减温水的泄漏导致机组少做功

(10)

　　循环吸热量降低了

(11)

　　上两式中各项的含义同式(8)、式(9)所述。

3、实例计算

　　利用以上推导的理论公式，对300MW亚临界机组和600MW超临界机组进行了计算。两类机组及其高压旁路系统的主要参数如表1、表2所示。

表1 机组的主要参数

表2 高压旁路的主要参数

　　当高旁压力调节阀蒸汽泄漏量为主汽流量的1%时，高压喷水调节阀动作前后对机组热经济性影响如表3、表4所示。

表3 高旁压力调节阀小泄漏的热经济性影响

表4 高旁压力调节阀泄漏导致喷水调节阀动作后的热经济性影响

　　若高旁压力调节阀密封面完好，喷水隔离阀和喷水调节阀发生轻微泄漏，以泄漏量为给水流量的1%计算，机组热经济性变化如表5所示。

表5 高旁减温水阀门小泄漏的热经济性影响

　　从计算结果可以看出，高压旁路系统泄漏时两类机组热经济性变化相差不大。高旁压力调节阀泄漏1%时，两类机组的汽轮机装置效率相对降低约0.16%和0.15%，且高旁喷水减温动作时其内效率降低幅度更大。而高旁减温水泄漏1%时，导致两类机组的汽轮机装置效率降低约0.19%。

4、结论

　　(1)对高压旁路系统阀门内漏，以等效热降法为基础，给出新蒸汽泄漏和减温水泄漏时机组热经济性定量分析的计算公式。

　　(2)以300MW亚临界和600MW超临界机组为例，计算了新蒸汽和减温水泄漏1%时对机组热经济性的影响。计算结果表明高压旁路系统阀门内漏对机组热经济的影响甚大，需要在机组运行中高度重视，及时对内漏阀门进行检修或更换。

　　(3)在同样的泄漏份额情况下，减温水阀门内漏相对于压力调节阀内漏对机组热经济性的影响程度更大，其主要原因在于减温水的泄漏不仅导致汽轮机做功减少，而且机组循环吸热量也有所增加。