汽轮机高压旁路阀漏热经济性分析

目前国内高低压串联旁路系统300MW以及上述机组中常用的汽轮机旁路方法。旁路系统可以提高机组的启动性能，保护再热器，配合机组控制系统实现负载调节和超压安全保护。但在实际运行中，高压旁路压力调节阀由于阀前后压差大，温差大，加上阀内喷水降温，阀门工作条件差，许多因素会导致阀内泄漏：如热变形导致密封面不紧密，密封面紧力不足，炉侧金属杂质滞留损坏密封面等。喷水隔离阀和喷水调节阀也可能由于冲刷或闪蒸空化效应而泄漏。据统计，2010年河南省300MW及600MW13%的机组有不同程度的高压旁路泄漏，甚至600MW机组高旁阀后，温度达到438℃，高于缸排气温度高110℃。

目前，国内学者对高压旁路阀泄漏的影响分析主要集中在安全方面：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，导致水锤甚至汽轮机进水严重事故。对高压旁路系统中阀门小泄漏对机组热经济性的影响缺乏定量分析和计算。本文以等效热降法为基础，给出了高压旁路系统阀门三种内部泄漏下汽轮机装置效率变化的计算公式，便于局部定量分析机组热经济变化，为机组节能降耗监督提供科学依据。

1 高旁压力调节阀泄漏的热经济性影响

1.1 高旁压力调节阀小泄漏定量分析

根据等效热降的概念，当机组高压旁路系统无泄漏时，1kg新蒸汽净等效热降至

   （1）

单位工质的循环吸热量为

   （2）

汽轮机装置的效率

   （3）

式中，h₀为新蒸汽，kJ/kg；σ为1kg蒸汽的再热吸热量，kJ/kg；h_c为汽轮机排汽，kJ/kg；τ_r为第r升级加热器的给水焓，kJ/kg；η⁰为汽轮机第r抽汽效率；z为汽轮机回热抽汽级数；为附加成分做功损失，kJ/kg；h_fw给锅炉供水，kJ/kg；α_rh再热蒸汽份额。

如图1所示，当高旁压调节阀出现新蒸汽小泄漏但未导致喷水冷却时，各级蒸汽泵送份额不受影响，因为供水和冷凝水量没有变化。泄漏的新蒸汽节流后汇入再热冷段，再热蒸汽份额保持不变。α_Lkg新蒸汽泄漏导致汽轮机高压缸工作减少

图1 高压旁路系统

   （4）

式中，hrhc对于再热冷段蒸汽，kJ/kg。

此时锅炉蒸发吸热量不变，再热吸热量变为α_Lkg节流后新蒸汽的再热吸热（α_rh－α_L）kg高缸排气的再热吸热之和减少了机组的循环吸热

   （5）

与高旁压力调节阀无泄漏相比，汽轮机装置效率的相对变化为

   （6）

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1.2 高旁压力调节阀泄漏导致喷水减温动作定量分析

当高旁压调节阀泄漏严重，阀后温度超过高压喷水调节阀设定值时，喷水隔离阀完全打开，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，α_Lkg确定新蒸汽泄漏所需的热平衡方法：

   （7）

式中，h_v高旁阀降压降温后的蒸汽焓，kJ/kg；为了减温，kJ/kg。

图2

在图1所示的系统中，通过高旁压力调节阀泄漏了α_Lkg同时有新蒸汽α_Jkg减温水从阀后喷入，机组工作较少

   （8）

式中，α_L（h₀－h_rhc）没有进入汽轮机高压缸的新蒸汽泄漏功率较小，kJ/kg；α_J（h₀－h_rhc）吸热后变成新蒸汽并进入汽轮机高压缸的减温水份额直接进入再热冷段，导致其工作量减少，kJ/kg；给水流量减少1kg各级高压加热器回热抽汽减少，被排挤抽汽在汽轮机中多做功率，kJ/kg。

机组的循环吸热量减少

   （9）

式中，α_L（h₀－h_rhc）新蒸汽泄漏导致循环吸热减少，kJ/kg；α_J（h₀－h_rhc）为了减少从给水焓加热到再热冷段蒸汽焓的吸热量，kJ/kg；是减温水份额不流经高压加热器而增加循环吸热量的部分kJ/kg；为高压缸回热抽汽减少，使再热蒸汽流量增大而增加的再热器吸热量部分，kJ/kg，其中Δα_r给水流量减少后，第一次r高压缸抽汽份额的变化。

当高旁压调节阀泄漏导致喷水冷却动作时，可用(6)计算汽轮机装置效率的相对变化。

2 高旁减温水阀泄漏的热经济性影响

高旁减温水通常来自给水泵出口的高压给水母管，通过串联喷水隔离阀和喷水调节阀从高旁压调节阀后喷入。如果减温水阀泄漏少，高旁管出口泄漏的减温水将被高速向上流动的再热冷段蒸汽带入再热器。此时，减温水的泄漏导致机组工作较少

   （10）

循环吸热量减少

   （11）

上两种类型中各项的含义同式(8)、类型(9)。

3 实例计算

利用上述理论公式对3000进行推导MW亚临界机组和600MW计算了超临界机组。高压旁路系统的主要参数如表1和表2所示。

表1机组的主要参数

表2 高压旁路的主要参数

当高旁压调节阀的蒸汽泄漏量为主汽流量的1%时，高压喷水调节阀对机组热经济性的影响如表3和表4所示。

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表3 高旁压力调节阀小泄漏的热经济性影响

表4 高旁压调节阀泄漏导致喷水调节阀运行后热经济性的影响

如果高旁压调节阀的密封面完好，喷水隔离阀和喷水调节阀会轻微泄漏，机组的热经济性变化如表5所示。

表5 高旁减温水阀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，两类机组的热经济性变化不大。当高旁压调节阀泄漏1%时，两类机组的汽轮机装置效率相对降低约0.16%和0.15%，高旁喷水降温时内部效率降低较大。当高旁减温水泄漏1%时，两种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以超临界机组为例，计算了新蒸汽和减温水泄漏1%对机组热经济性的影响。计算结果表明，高压旁路系统阀门泄漏对机组热经济有很大影响，需要在机组运行中高度重视，及时修理或更换内泄漏阀。

(3)在相同的泄漏份额下，与压力调节阀相比，减温水阀内泄漏对机组热经济性的影响更大。主要原因是减温水的泄漏不仅减少了汽轮机的工作，而且增加了机组的循环吸热量。