辅助蒸汽切换给水泵汽轮机.pdf

第4 1 卷第1 期 2 0 1 2年 3月 V0 】 ． 4 1 No ．1 Ma r ． 2 0 1 2 辅助 蒸汽切 换 给水泵汽轮机 张岚， 仇前峰 ( 上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂， 上海 2 0 0 2 4 0 ) 摘要 ： 介绍 了一种辅助蒸汽切换给水泵汽轮机 ， 阐述 了该 汽轮机 的工作原理 ， 以及辅助蒸汽切 换的 系统 实现 及切换过程。该机型的开发很好地满足汽动给水泵直接启动的要求， 并且提 高了电厂的经济性。 关键词 ： 给水泵汽轮机 ； 辅助 蒸汽 ； 切换 中图分类号 ： T K 2 6 文献标识码 ： A 文章编号： 1 6 7 2— 5 5 4 9 ( 2 0 1 2 } 0 1 — 0 0 6 6— 0 3 BFP T wi t h Au x i l i a r y S t e a m S wi t c h i n g Z H A NG L a n ， C H O U Q i a n -f e n g ( S h a n g h a i E l e c t r i c P o w e r Ge n e r a t i o n E q u i p me n t Co ． ，Ud ． ，S h a n g h a i T u r b i n e P l a n t ， S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： T h e a i m o f t h i s p a p e r i s t o p r e s e n t a t y p e o f b o i l e r f e e d p u m p t u r b i n e( B F P T)a n d d e s c ri b e t h e w o r k i n g p ri n c i p l e o f i t s s t e a m t u r b i n e a s t h e a u x i l i a r y s t e am s w i t c h i n g ．Th e d e v e l o p me n t o f t h e e q u i p me n t c a n s a t i s f y t h e r e q u i r e me n t s i n t e r ms o f BF P r r ’s t a r t - u p d i r e c t l y a n d i mp r o v e t h e e c o n o my f o r p o we r p l a n t s ． Ke y wo r d s ： B F P T；a u x i l i a r y s t e am ；s w i t c h i n g 目前 国内已投运的 3 0 0～1 0 0 0 MW 级机组的 给水泵一般采用 2 5 0 ％ 容量的汽动给水泵 +1 3 0 ％容量的电动给水泵方案。随着我 国建设资 源节约型、 环境友好型社会工作的推进 ， 为了提高 能源利用效率， 节省厂用电， 新建电厂均采用汽泵 启动， 不设电动给水泵 ； 众多老厂也在进行电泵改 汽泵、 汽泵直接启动的改造工作。在新建电厂和 老电厂改造项 目中， 基本上都选择辅助蒸汽作为 汽动给水泵直接启动用汽源。辅助蒸汽压力整定 在0 ． 8 — 0 ． 1 2 M P a 之间， 与机组四级抽汽参数一 致。上海汽 轮机厂 ( S T P ) 小汽机 均为 内切换 机 型 ， 采用高低压 2套独立 的主汽门和调节汽 阀。 当主机在 大于 3 5 ％ ～ 4 0 ％额定负荷正常运行 时， 采用主机 中压缸 的排 汽作为工 作汽 源 ( 低压蒸 汽) 。当主机负荷进一步降低时， 该机采用主机 高压缸排汽或锅炉新蒸汽作为小汽机的备用汽源 ( 高压蒸汽) 。由于不能满足启动时备用汽源( 高 压蒸汽 ) 参 数要求 ， 机组采 用 电动给水 泵启 动。 届时电泵故障时将影响整台机组启动， 并且同时 使用电泵增加了电厂的厂用电消耗。因此， 有必 要开发、 使用将辅助蒸汽作 为启动备用汽源的给 水泵汽轮机 ， 以满足由小汽机直接启动的要求 。 辅助蒸汽启动意味着需要设置 1 套辅助蒸汽 与正常工作汽源切换 的系统。本文就辅助蒸汽 的 工作原理及切换过程的实现进行了介绍 。 1 高压蒸汽内切换给水泵汽轮机的 工作原理 给水泵汽轮机具有低压和高压 2套独立完整 的配汽机构 ( 图 1 ) 。低压配汽机构是指低压蒸汽 经低压主汽门、 低压蒸汽室、 低压调节汽阀进入低 压喷嘴室 ， 再经喷嘴组 ( 低压 ) 进入汽轮机作 功。 高压配汽机构是指高压蒸汽经高压主汽门、 高压 调节汽阀、 高压进汽管道进人高压喷嘴室， 再经高 压喷嘴组进入 汽轮机作功。在 主机低负荷 工况 下 ， 当低 压 调 节 汽 阀开 启 至 总 升 程 的 9 3 ％ ～ 9 5 ％、 低压蒸汽尚不能满足汽轮机的进汽需要时， 经调节系统调节开启了高压调节汽阀， 高压蒸汽 能随同补入汽轮机内作功， 以达到功率的平衡。 在低压主汽 门前的低压蒸汽进汽管道上设有一个 进汽逆止阀， 防止由于在低负荷工况情况下 ， 高压 收稿 日期 ： 2 0 1 1—1 2— 2 1 修订 日期 ： 2 0 1 2一O 1 —3 1 作者简介： 张岚( 1 9 7 9一 ) ， 女， 毕业于合肥工业大学， 本科， 工程师， 从事汽轮机本体设计工作。 囵I I1 | 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 辅助蒸汽切换给水泵汽轮机 热力透平 蒸汽补入时从低压进汽管道逆 向倒流。高压蒸汽 内切换形式的优点是切换过程为一个逐渐完成 的 过程， 在切换过程期间， 2种汽源并存， 逐步消长， 因此切换过程比较平稳。当然， 由于设置了 2套 相互独立的配汽机构， 高压主汽门及其油动机等 设备成本高， 同时电厂的管道系统比较复杂， 高压 蒸汽管道 的布置及材质成本也不容忽视。 不 。 图 1 内切换进汽系统图 高压及低 压配汽机 构 的结构布置 如 图 2所 图 2 配汽机构示意图 2 辅助蒸汽切换给水泵汽轮机的工 作原理 对于辅助蒸 汽切换给水泵 汽轮机而言 ， 需要 考虑机组采用汽动给水泵作直接启动， 汽源可以 采用来 自启动锅 炉或者老 电厂提供的辅助蒸 汽。 一 般来说 ， 辅助蒸汽的参数与工作汽源额定参数 是相近的， 因此， 辅助蒸汽也可以与工作汽源合用 低压主汽门和调节汽 阀， 此时 ， 工作汽源与启 动汽 源 ( 辅助蒸汽 ) 是外切换的关系( 图 3 ) 。 图3 外切换进汽系统图 外切换型小汽机 采用 1个 主汽 门和调节汽 阀 ， 只有 1 个低压蒸汽室。切换用 的管道调节 阀 正常时处于备用状态， 管道调节阀为油动机驱动 液压式 ， 与低压调节阀受 同 1个调节器 ( ME H) 控 制。辅助蒸汽既是启动汽源， 同时还是备用汽源。 在低压蒸汽及辅助蒸汽管道上各设置了 1个进汽 逆止阀 ， 避免在切换过程中影响蒸汽来流。 外切换的优点是结构上共用低压主汽门及调 门 ， 辅助蒸汽与低 压蒸汽 的切换是通过管道调节 阀来实现的， 这样相当于节省了 1 个高压主汽门 及其配套油动机。管道布置 由于油动机需 要集 中 布置 ， 辅助蒸汽管道 与低压蒸 汽管道 的接 口仍然 靠近给水泵汽轮机布置， 但由于辅助蒸汽与低压 蒸汽的参数相 近， 因此管道 的材质选用合适材料 即可 。 当然 ， 外切换是个快速的置换过程 ， 切换 时有 个扰动 ， 但其时间积分值不大 ， 专门的仿真计算表 明⋯ ， 切换过程 中的水位变化小于 0 ． 2 ％ ， 不影响 锅炉 的正常运行。 3 辅助蒸汽给水泵汽轮机启动切换 3 ． 1 切换阀由设计院配套。 控制不进入 ME H 启动时 ， 辅助蒸汽管路上的切换阀完全 开启 ， 小汽机转速和 给水 泵 出力 由低压调 门开度来控 制。当主机到达 4 0 ％额定负荷 ( 定压 ) 或 3 0 ％额 定负荷 ( 滑压 ) 时 ， 开启 低压蒸 汽电动门 ， 缓慢关 闭切换 阀， 完成 汽源切 换 ( D C S控制或 手操 ) ， 过 程 中对小汽机转速和给水泵出力的控制仍 由低压 调门来控制( ME H控制) 。整个过程 由 D C S控制 或手动控制的辅助蒸 汽切换 阀和 由 ME H控制的 低压调门配合完成 。 3 ． 2切换 阀由 S T P配套 。 控制由 ME H实现 直接通入辅助蒸汽冲转 。此时小汽机主调门 全开 ， 通过控制辅助蒸 汽管路上切换 阀的开度来 控制小汽机转速和给水泵出力。当主机负荷升至 4 0 ％额定负荷 ( 定压) 或 3 0 ％额定负荷( 滑压 ) 时 ， 关闭切换 阀， 低压蒸汽进汽管道上的逆止 门 自动 打开 ， 主机四段抽汽通过主汽阀和主调 门进入 喷 嘴做功 。此时切换 阀全关 ， 通过控制 主调 门开度 来控制小汽机转速和给水泵出力。为了保证切换 过程的平稳性 ， 需对低压蒸汽压力与辅 汽切换 阀 后的压力进行比较， 压差小于设定值才允许切换 8 1 1I 囡 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 辅助蒸 汽切换 给水泵汽轮机 操作。 4 辅助蒸汽切换的 ME H系统及无 扰切换的实现 对于辅助蒸汽切换而言， 由于是外切换形式， 因此保证切换过程的平稳性显得十分重要。 给水泵汽轮机控制系统 M E H的主要任务是 接受来 自锅炉控制系统的指令 ， 通过运算 ， 输出调 门开度指令信号； 通过控制给水泵汽轮机的转速 来控制给水流量以满足锅炉给水的要求。M E H 由控制器机柜、 液压机构等部件组成， 设有各 1 个 主汽阀和调节汽 阀， 两路汽源的切换在蒸汽室外 进行 ， 转速由调节汽 阀控制 。驱动给水泵汽轮机 的蒸汽来 自两路汽源 ， 一路是低压蒸汽 ， 另一路是 辅助蒸汽。 辅助蒸汽切换的启动及停机过程如下 ： ( 1 ) 辅助蒸汽启动给水泵汽轮机 。在机组启 动过程中， 汽动给水泵由辅助蒸汽供汽， 此时 H V 阀全开 ， 由 ME H控制调节阀 G V来控制给水泵汽 轮机的转速。 ( 2 ) 辅助蒸汽切换到低压蒸汽供汽。随着机 组负荷的提高 ， 当机组负荷升至 3 0 ％ ～5 0 ％额定 负荷 ， 且低压蒸汽压力满足要求时 ， 允许进行辅助 蒸汽与低压蒸汽供汽方式的切换。汽源切换可以 在 自动方 式下完成 ， 也 可以在手动方式 下进行。 在 自动模式下时 ， 电动 阀门 M V按设定速率逐 步 打开， 同时阀门 H V按设 定速率关 闭。在手 动模 式时， 由运行人员控制 M V阀的开启和 H V阀的 关闭。小机 ME H系统控制汽动给水泵转速。 ( 3 ) 正常停机 阶段。低压 调门逐渐关闭 ， 机 组慢慢停机。如果需要辅助蒸汽在紧急情况下快 速投入， 辅助蒸汽管路需要热备用 ， 应维持管路温 度达到供汽要求 ， 允许进行抽汽到辅助蒸汽汽源的 切换。切换同样具有 自动和手动两种控制方式。 为了实现无扰切换 ， 需要辅 助蒸汽切换 阀具 有调节性能， 能够根据 M E H的指令逐步关闭， 实 现流量的平滑过渡， 避免低压主汽门的压力波动。 因此 ， 在辅助蒸汽切换 阀的选择上 ， 最后选用了蝶 阀结构 ， 由油动机驱 动， 通过 ME H控制蝶阀逐步 开启 、 关闭来实现平稳切换。辅汽蝶阀安装在管 道上， 由油动机驱动， 弹簧关闭( 图4 ) 。 ■蟹I ll l 28 9 1 2O 图4 辅助蒸汽切换阀 5 辅助蒸汽切换的优点及应用前景 采用辅助蒸汽切换， 对于给水泵 汽轮机来说 具有以下优点 ： ( 1 ) 辅汽作为给水泵汽轮机启 动、 备用汽源 ， 在启停机 时，以厂 内辅 助蒸汽 冲动汽动 给水 泵 组， 取代电泵给锅炉上水， 可以降低厂用电， 从而 提高电厂的效益 ， 同时减少启动工作量 ， 增加系统 的安全性。 ( 2 )如果采用汽泵启停的运行方式 ，将降低 电站对电泵的依赖性 ， 减少 电泵故障对机组 的影 响 ， 从而提高了机组运行的安全性 和可靠性 。 ( 3 ) 采用汽泵启动或用辅助蒸汽作为汽泵 的 备用汽源， 将大大提高机组启停的灵活性。 ( 4 ) 与常规 给水泵汽轮机配汽机构 相 比， 结 构上不需要配置高压主汽门、 高压调节阀、 高压喷 嘴组及油动机等部套， 而只需增加辅汽调节阀， 因 此简化了汽缸结构和阀门的配置， 有效地降低了 生产成本和原材料消耗 ， 并且有利于拓宽 S T P的 产品市场， 经济效益显著。 ( 下转第7 8 页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 百万级核电汽轮机高压外缸汽封接管焊接工艺的研究 焊缝收缩对接管坡 口间距造成不 良影响 ， 又能有 效地减少焊接变形的发生。 图4 连接“ 马” 装配接管 2 ． 3 _ 2焊接 生产 ( 1 ) 焊前 预热 ： 局部预热焊接接头及 其周 围 区域( 主要是汽缸一侧) ， 预热温度为 2 0 0℃。 ( 2 ) 焊接生产 ： 接管与汽缸焊接采 取手工焊 条电弧焊的方法， 焊接材料为 I n e o n e l 1 8 2 。采用 小规范 、 窄道焊焊接。焊缝排列及成型情况如 图 5所示 。 ( 3 ) 焊后热处理 ： 焊接完成后 ， 立即对焊缝 区 域进行局部焊后 热处理 ， 来达到减小或消 除焊接 应力的目的。 ( a ) 焊接完的焊缝外观 ( b ) 焊接完成打磨后 图 5 焊接成型 2 ． 3 ． 3 检 查 和探 伤 热处理完成后对焊缝 区域进行打磨 ， 并打磨 去除管子内部衬环， 接着进行无损探伤和尺寸检 查 。检查结果如下 ： ( 1 ) 接管焊缝内、 外壁表面作渗透检查， 未发 现超标显示。 ( 2 ) 接管焊缝内部质量进行 x射线检查， 结 果合格 。 ( 3 ) 汽封接管焊后变形很小 ， 满足了设计要求。 3 结论 首套核电高压外缸汽封接管焊接生产的成 ( 上接第6 8页) 辅助蒸汽切换给水泵汽轮机 ， 不仅可以用于 新建 电厂项 目， 同时也适用于老电厂改造 ， 具有广 阔的应用前景 。 6 结论 ( I ) 采用辅助蒸汽切换的给水泵汽轮机能够 满足电厂汽泵启动的要求， 电厂设备投入少， 并且 圜I I I I I 1 ~ 功 ， 克服和解决了许 多工艺方面的技术难点 。通 过对这些难点 的分析 ， 探索出了一套既有针对性 又可普遍应用的焊接工艺方法， 在规范了汽轮机 中接管产品焊接工艺过程 的同时 ， 也有力地推动 了百万级核电汽轮机组国产化 的进程。本文所总 结的焊接工艺方案对核电汽轮机汽缸的生产、 制 造具有一定的指导意义。 参考文献 ： [ 1 ] 黄瓯， 余炎． 我国百万千瓦级以上核电汽轮机组现状及发展 [ J ] ． 发电设备， 2 0 1 0 ， 2 4 ( 5 ) ： 3 0 9 — 3 1 4 ． [ 2 ]郑 日水 ． 不锈钢和高合金钢焊接背面保护措施 [ J ] ．电焊 机 ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 3 ) ： 7 0— 7 3 ． 节省厂用电， 经济性好 ； ( 2 ) 辅助蒸汽切换的给水泵汽轮机能够实现 无扰切换 ， 并且切换可以由 ME H实现； ( 3 ) 辅助蒸汽切换能够节省高压配汽机构， 对于工厂降低生产成本效果显著 ， 同时能满足用 户需求， 对市场竞争力大有帮助。 参考文献： [ 1 ]张国强， 徐基豫． 给水泵汽轮机调节系统仿真计算[ J ] ． 工业 汽轮机 ， 1 9 9 3( 2 ) ： 1—1 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m