浅析大型超超临界汽轮机组全周进汽与补汽阀

张旭兵

摘要：随着火力发电的发展，锅炉主蒸汽参数越来越高，对于超超临界汽轮机第一级叶片的要求越来越高，温度决定了汽轮机第一级叶片的材质，压力决定了汽轮机第一级叶片的厚度。从热力循环和发挥整个电厂设备的潜力角度，全周进汽的滑压运行模式并没有用足蒸汽压力的能力。全周进汽时，汽轮机的进汽压力与流量成正比，即机组仅在最大流量（通常称VWO）工况运行时，进汽压力才达到额定值。所以大型超超临界机组采用补汽阀技术来达到在额定工况下使得压力被充分利用，提高汽轮机焓降和经济性。只有在机组最大流量比额定工况流量大得多的情况下，才有必要配置补汽阀。采用补汽阀来满足大型超超临界机组额定工况下使得压力被充分利用，提高汽轮机焓降和经济性。

关键词：汽轮机；全周进汽；补汽阀

一、概述

高参数汽轮机逐渐发展为没有调节级的采用全周进汽的机组，运行中不存在单阀和顺阀的切换。对于全周进汽的进组，第一级与其他级一样，机组不存在调节级，机组的进汽压力与流量成正比，也就是说焓降与流量成正比，即机组仅在最大流量（通常称VWO）工况运行时，进汽压力才达到额定值。只能通过节流或滑压降低进汽压力的方式调节汽轮机的进汽量及功率。在夏季高背压或机组出现老化时，机组在达到额定压力而流量难以达到热耗保证工况流量，如果不装补汽阀只能通过增加主蒸汽流量来克服，但是随着流量的增加压力也会随之增大，就会造成汽轮机第一级叶片超压，给机组增加了运行的危险性，而且压力仍然没有充足利用。另外，对于全周进汽机组高压第一级叶片不存在部分进汽引起的冲击载荷，叶片应力与机组负荷同步变化，使该级叶片在任何工况均处在温度虽然高，但应力水平却较低的安全状态，彻底解决了高压第一级叶片的强度问题。喷嘴分组及部分进汽在超超临界参数下将更容易形成汽隙激振源，不利于机组部分负荷下的安全运行。

二、补汽调节阀结构及工作原理

单流高压缸原配有两个主汽门和两个调节阀。在每个主汽门后、调门前引出一个管道，接入一个或两个外置的补汽调节阀，该阀门结构类同于主调门，是一个单座阀，位于高压缸下部（或上下部）。阀门也由电液控制系统控制开度，由弹簧安全关闭。蒸汽从阀门引出后进入某中间级后。与该补汽阀相关的高压缸结构为：在高压外缸与内缸之间有一个封闭腔室，该腔室通过高压内缸上的径向孔与高压通流部分相连，具体接在那一级后要从经济性、温度场热应力、补汽对主调门通流能力的影响等几方面来确定。例如对五彩湾机组，将与第4级动叶出口相通。根据等焓节流原理，主汽门后的蒸汽进入第4级处，温度将降低约30度，使得补汽阀的蒸汽与主流蒸汽的温差明显缩小。由于补汽阀在关闭时始终保持微量的泄漏，加上该汽流与主汽流来源相同，因此补汽与主汽的温差在所有工况下基本是稳定的，即使工况变化，汽缸也不存在附加的热应力。

三、采用补汽调节阀的目的

使滑压运行机组在额定流量下，进汽压力达到额定值；

使机组实际运行时，不必通过主调门的节流就具备调频功能，可避免节流损失，而且调频反应速度快，在迅速增加负荷时，蒸汽压力变化量小（不到1%），可减少锅炉的压力波动。

四、补汽阀开启点

1.补汽阀开启点就是主调门阀门全开，达到额定进汽压力的流量，即额定流量。额定流量小于机组的最大蒸汽流量（VWO工况流量），机组的进汽压力没有被充分利用，才打开补汽阀供汽来充分利用这部分压力。补汽阀的功能决定了该主调门流量值应等于热耗保证工况的流量，也就是额定流量。如主调门的最大流量设置过大，更靠近VWO工况的流量，不用开补气阀主调门的流量就能更好的使额定压力充分利用，导致补汽阀开启点移后，则在热耗保证工况流量，机组的进汽压力仍没滑到额定压力，蒸汽压力的潜力仍然没有用足。只有最大蒸汽流量时压力才被用足。反之如主调门的最大流量设计过小，不能满足热耗保证工况流量，补汽阀已开始进汽，则由于补汽要损失5级的做功能力，也要降低保证工况的经济性。

2.在主调门达到额定流量（通常即热耗保证工况）后，补汽阀开启，高压缸补汽点的流量开始增加，由于该处压力随补汽流量增加而增加，因此同时使主调门的通流能力下降；补汽量越大，主调门的流量减少越多。在主调门开足前提前开启，则因存在主调门节流与补汽阀双重损失，使机组热耗升高更多。

3.补汽阀在整个系统中相当于第三个调节阀，其油动机控制方式、在线试验功能、所有的保护设置均与主调门一样。

前景

随着火力发电厂的快速发展，人类对机组的经济性的追求，为了更好的利用压力焓降，尽可能的使压力充分利用，补汽阀将成为大型超超临界机组配备的主流，来提高汽轮机的经济性，同时配合全周进汽使得汽轮机第一级叶片的强度得到了解放，使得机组向更高压力发展不再受第一级叶片材质的束缚。前景非常广阔。

参考文献：

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[2]黄保海.汽轮机原理与构造.北京.中国电力出版社，2002

[3]尹静.大型火电机组集控运行指导.北京.中国电力出版社，2007

[4]陈庚.单元机组集控运行.北京.中国电力出版社，2001