哈汽135MW 汽輪機冷態啟動過程優化

單錦宏

（鹽城發電有限公司，江蘇 鹽城 224003）

1 簡介

鹽城發電有限公司#10 機是由哈爾濱汽輪機廠生產的超高壓、中間再熱、雙缸、雙排汽、單抽、凝汽式汽輪機。

135MW 汽輪機采用的是壓力法滑參數方式啟動。進入汽輪機的蒸汽有調門控制，這種啟動方式可減少蒸汽節流，但沖轉時調門只有部分開啟，蒸汽只通過汽缸的某一弧段，容易使汽缸受熱不均勻，各部溫差較大，暖機不充分或掌握不好，很容易引起機組振動。

啟動過程的升速率要根據蒸汽與金屬之間的溫差匹配情況來決定的。在整個啟動過程中，一般采用2～3 個升速率，低速檢查結束后，以100～200r/min 的升速率將汽輪機轉速升到中速，并進行中速暖機。中速暖機時，要特別注意避開臨界轉速，防止進入共振區，從而引起強烈振動。中速暖機后，繼續升速，通過臨界轉速時，要迅速而平穩地通過，切忌在臨界轉速下停留以免造成強烈振動。

2 135MW 機組近幾年來冷態啟動的情況

通過調閱近幾年的啟動曲線和開機資料參數可以看出：在#10 機組的啟動過程中，有10 次之多是因機組軸振超標而停機，轉速基本上都是在1500rpm 左右，并且振動值快速增大，根本無法在此轉速停留（見表1）。

截取2012 年07 月23 日#10 機缸溫，具體如表2 所示。由表1 可見高中壓缸外壁溫度上升不明顯，說明外缸未完全膨脹開。

哈汽廠提供的啟動說明書，要求機組低速暖機時投入夾層加熱裝置。

3 汽輪機的啟動的理論分析

3.1 汽輪機啟動原理

汽輪機的啟動是指把汽輪機從靜止或盤車狀態加速到額定轉速并將負荷逐漸增加到額定負荷或電網要求負荷的過程。合理的啟動方式應使汽輪機各部件的熱應力，熱變形、汽輪機轉子與汽缸的脹差和轉動部件的振動等均維持在較好的水平。從經濟性上考慮，合理的啟動方式是啟動速度最快、啟動時間最短。最佳的啟動方式應是兩者的結合，即尋求合理的加熱方式，使啟動過程中機組各部分的熱應力、熱變形、轉子和汽缸的脹差以及振動值等均維持在允許范圍內，盡快把機組的金屬溫度均勻地提高到工作溫度，進入正常運行狀態。

在機組的啟動過程中主要是考慮汽輪機的熱膨脹，熱膨脹就是金屬在受熱后，要求各個方位都要膨脹。啟動時，汽缸膨脹的數值取決于汽缸的長度、材質和汽輪機的熱力過程。由于汽缸的軸向尺寸大，故汽缸的軸向膨脹成為重要的監視指標。

3.2 新蒸汽參數的選擇

新蒸汽參數選擇低有利于減少蒸汽對汽輪機部件的熱沖擊和熱應力，同時在保持相同轉速下所需的蒸汽流量可以增加。這對高、中壓缸的均勻加熱和帶走低壓缸內因鼓風摩擦而產生的熱量都是有利的。通常在汽輪機內流速相等的情況下，高壓過熱蒸汽和濕蒸汽的換熱系數較大，而低壓微過熱蒸汽，其換熱系數較小。在相同條件下，僅為高壓過熱蒸汽的1/10。所以，汽輪機冷態啟動時，為了避免金屬產生過大的溫差，一般采用低壓微過熱蒸汽。

表1 #10 機組啟動部分資料

表2 #10 機缸溫表

3.3 汽輪機的暖機

暖機的目的主要有2 個，即防止材料脆性破壞和避免過大的熱應力。135MW 汽輪發電機組軸系長，臨界轉速也比較分散，較難找到合適的暖機轉速。在提高轉子溫度的過程中，若暖機轉速控制太低，則放熱系數小，加熱慢，延長啟動時間及增加損失；若暖機轉速控制得太高，則會因離心力過大而帶來脆性破壞的危險。因此在確定暖機轉速時，要兩者兼顧。

3.4 冷態啟動不正常的一般原因（見表3）

表3 冷態啟動不正常的一般原因列表

4 135MW 機組冷態一次啟動不成功的原因分析

（1）135MW 機組高、中壓內外缸采用高窄法蘭結構，取消了法蘭加熱裝置，汽缸夾層加熱對于控制汽缸膨脹，高、中壓差脹尤為重要，哈汽廠提供的啟動說明書要求：在500rpm 暖機時才投入汽缸夾層加熱，這在#10 機開機的過程中，高中壓缸外壁溫度上升不明顯，汽缸的膨脹明顯跟不上轉子的膨脹，啟動后正差脹變化很大。

（2）哈汽廠提供的啟動說明書，要求中速暖機的轉速為1500 rpm。然而通過進一步查閱#10 機組之前的開機資料，發現汽輪機高中壓轉子、低壓轉子、發電機轉子的臨界轉速分別為1578rpm，1641rpm 和1425rpm，經過查閱大量有關資料，說明1500rpm 左右是汽輪發電機組的共振區域，按哈汽廠提供的啟動說明書，停留在1500rpm 進行中速暖機是不可能的。

（3）原哈汽廠提供的啟動說明書要求中速暖機時間為5min，可是在開機過程中我們發現汽缸的絕對膨脹明顯跟不上轉子的膨脹，啟動后正差脹偏高。

5 135MW 機組冷態啟動優化的攻關

關于#10 機組較長時間無法一次啟動成功，引起了公司領導和相關技術人員的高度重視，從原因的剖析到實踐的快速采用，采取了一系列可行的措施并進行了實施。

5.1 高中壓缸外壁溫度上升不明顯的原因分析與處理方法

針對高中壓缸外壁溫度上升不明顯這一情況，在近幾次的機組啟動過程中，機運人員在做好注意事項的基礎上，合理調配人員，在機組啟動中，要求盤車脫扣后即投入機組汽缸夾層加熱裝置，同時稍提高機組真空，加強機組疏水，通過幾次的啟動分析，發現機組汽缸膨脹和高低壓差脹有了明顯的變化，查閱啟動曲線，發現高壓內下缸溫度比以前高了近40℃左右，有效地控制了機組的高、低壓差脹。這為以后進行機組規程修改提供了依據，規定機組啟動沖轉后即投夾層加熱。

5.2 針對轉子臨界轉速與暖機轉速相矛盾的處理方法

通過征詢哈汽廠，提出我公司對機組啟動升速過程中的暖機方案，經過幾次啟動試驗后，獲得了較好的效果（見表4）。

表4 轉速對比列表

5.3 沖轉升速過程中振動變化時的處理方法

根據機組轉速變化及時改變升速率，防止在某一轉速下機組振動急劇增加。在通過臨界轉速發生自激振動時應當采用改變升速率，利用外部的擾動改變自激頻率的方法，也取得了一定效果。

5.4 嚴格控制啟動過程中暖機時間

解決暖機時間不充分，通過征詢哈汽廠，提出本公司對機組啟動升速過程中的暖機升速時間方案，經過幾次啟動試驗后，查閱多次機組啟動數據，通過對比分析，得出了較科學的哈汽135MW 機組的啟動升速暖機時間表（見表5-6）。

另外由于蒸汽通過調節級焓降較大，根據沖轉蒸汽最合理的是低壓微過熱蒸汽的原則，現在開機我們選擇新蒸汽參數為1.5MPa，250℃，并且在開機過程中嚴格控制主蒸汽和再熱蒸汽的溫差不超過40℃，左右側進汽溫差不超過20℃，以達到較好的啟動效果。

表5 原來暖機升速時間及有關參數參考表

6 修改機組啟動規定

在上述幾項優化方法的基礎上，公司主管部門根據現狀，在2012 年底修改了哈汽135MW 機組運行規程，進行了嚴格的機組啟動規定。

7 采取優化方法后的幾次冷態啟動情況

7.1 #10 機組在2013 年的啟動情況表（見表6）

表6 現暖機升速時間及有關參數參考表

7.2 任選一次啟動主要參數記錄表供參考

從以上2 張表中可以看出#10 機從2013 年起保持一次沖轉成功的記錄，機組的高低壓差脹、缸脹、高中內缸上下缸溫差以及機組各軸承振動都在可控范圍內，充分說明了#10 機組冷態啟動優化后是比較成功的。

8 結語

135MW 機組一次冷態滑啟耗費約在20 萬元左右，多一次啟動均需多耗費3～5 萬元，2013 年機組連續在5 次啟動過程中達到了一次沖轉成功，以多啟動一次多耗費4 萬元算：5 次啟動×4 萬元=20 萬元，即為公司節約了至少20 萬元（不計運行和檢修人員重復勞動所累計的耗費）。

經過優化后的啟動方案和技術措施，不但保證了機組的經濟性，更為今后新機組在缺少資料的情況下去大膽探索，求證科學提供了精典范例。

表7 #10 機組在2013 年的啟動情況表

表8 #10 機組啟動主要參數記錄表（2013 年06 月30 日）

［1］山西省電力工業局.汽輪機設備運行技術［M］.北京：水利電力出版社，2007.

［2］國家職業技能鑒定站.汽輪機運行值班員［M］.北京：中國電力出版社，1999.

［3］胡念蘇.汽輪機設備及系統［M］.北京：中國電力出版社，2006.