超高壓汽輪機組極熱態啟動易出現的問題及對策

摘 要：一次中間再熱大容量汽輪發電機組極熱態啟動是一項比較復雜的操作過程，它的許多因素都決定著啟動的成敗。220MW機組在極熱態啟動過程中及其容易的產生溫差超限、動靜摩擦、脹差超限等一系列問題，特別是印尼北蘇門答臘島這種電網比較小的海島，電網波動導致的高負荷跳機情況不斷出現，使得機組極熱態啟動變得頻繁，這里通過對棉蘭電廠二號機組在多次極熱態啟動過程出現的問題進行研究分析，從而總結出規律。

關鍵詞：220MW；汽輪機極；脹差；溫差；問題；對策

印度尼西亞棉蘭電廠一期是廣東火電工程有限公司在印尼的EPC項目，項目是兩臺220MW的常規燃煤單元制機組。汽輪發電機組采用的是北京北重汽輪電機有限責任公司的設備。主汽額定壓力12.75MPa，主汽額定溫度535℃，再熱蒸汽額定壓力2.3MPa，再熱額定溫度535℃。

所謂汽輪機極熱態啟動是指汽輪機高壓內缸上缸內壁金屬溫度大于400℃的啟動。極熱態啟動是對汽輪機威脅最大的一種啟動方式，若汽缸壁溫差大或操作不當，會產生較大的熱應力，引起汽輪機動靜摩擦，甚至會產生大軸彎曲。

為了避免機組在日后啟動運行中出現汽輪機軸溫度上升速度過快、缸溫差、脹差超限，從而導致動靜摩擦，軸、瓦振動等一系列問題的出現；廣東火電工程有限公司調試項目組結合棉蘭項目二號機組在調試及運行多次頻繁的極熱態啟動過程中出現的問題進行探討研究總結，從而摸索汽輪發電機組在極熱態啟動過程容易出現的問題及對策。

1 棉蘭電廠二號機組在極熱態啟動過程中出現的問題及原因

1.1 主蒸汽溫度，高壓軸封蒸汽溫度不好控制

由于極熱態啟動，汽輪機高中壓缸的缸溫都很高，這樣對汽輪機沖轉的參數，特別是溫度有了更高的要求。極熱態啟動都要求主再熱蒸汽經過高中壓主汽門節流，調節級噴嘴膨脹后溫度仍然不低于缸溫，以防止汽缸金屬溫度被冷卻。同理，高壓軸封的供氣溫度也一樣，所以主再熱蒸汽的溫度在選擇上盡量取高值。而極熱態啟動初期和帶初始負荷階段，高低壓加熱器投入前后，蒸汽流量波動很大，同時鍋爐側油槍和磨煤機交替運行，磨煤機啟動臺數不斷增大，爐膛溫度不斷變化，主蒸汽蒸發量，主蒸汽溫度也在不斷變化，這樣就使的主再熱蒸汽溫度控制變得困難。

1.2 高壓缸上下缸溫差過大

汽輪機在極熱態啟動通常是由于非正常原因導致的跳機之后的重新啟動，例如棉蘭電廠二號機組多次極熱態啟動就出現這樣的情況。汽輪機從高溫狀態逐漸冷卻下來的結果是：下氣缸比上氣缸冷卻的快，所以汽輪機上下缸會出現過大的溫差。如果溫差過大，持續時間過長，及其容易導致汽輪機高壓缸縱向中心線變成凸面向上的弧線，這就是所謂的貓拱背變形，使得汽輪機調節級處動靜葉片間隙減小甚至消失。

1.3 負脹差不斷增大

2014年11月由于電網系統中有一個電廠突然跳機導致電網系統出現震蕩，影響使得二號機組在218MW負荷時發電機保護動作導致發電機跳機。由于機電大連鎖的保護作用，汽輪機直接保護跳機。由于當時對發電機跳機原因不確定，損壞程度沒有全面把握，電氣專業調試技術人員在盤點發電機故障時花費了接近2小時的時間，這時從汽輪機DCS畫面TSI參數看到高中低壓缸脹差出現負值的情況。主要是高負荷停機之后，軸溫度相對缸溫度冷卻的快，且不斷接近報警甚至跳機值的趨勢，特別是低壓缸脹差。而印尼電網調度中心又要求起機保負荷，這時起機就變得很困難，沖轉參數就變得十分苛刻。

1.4 大軸振動值接近報警值

二號機組在多次極熱態啟停的過程中就有出現振動大的情況，甚至達到跳機值導致汽輪機保護跳機情況的出現。主要是對沖轉參數和負荷上升率，溫升率的選擇上控制的不夠好，極熱態啟動對沖轉壓力、沖轉溫度、升速率、金屬溫升速率、負荷上升率等參數的選擇上都有嚴格的要求。

2 極熱態啟動常見問題的處理措施

2.1 主再熱蒸汽溫度控制的調整措施

廣東火電棉蘭項目二號機組在極熱態啟動過程中，根據北京北重廠家的要求，主蒸汽溫度要比高壓缸內缸上壁金屬溫度高出65℃到100℃，再熱蒸汽溫度要比中壓缸上壁金屬溫度高出50℃到90℃。且主再熱蒸汽溫度要有50℃以上的過熱度。因為只有這樣才能保證主再熱蒸汽溫度經過自動主氣門節流，導熱管散熱之后溫度比內缸金屬溫度高。主要是汽輪機沖轉升速帶負荷是一個加熱的過程，絕不允許出現冷卻的情況，特別是極熱態啟動的情況下。我們可以通過鍋爐投煤升溫，主再熱蒸汽減溫水微調，汽機主再熱蒸汽管道疏水，高溫軸封管道疏水，高低旁聯合調整，使主再熱蒸汽溫度，軸封溫度在允許范圍之內，使其符合沖轉條件。

2.2 上下缸溫差過大問題

對于極熱態啟動，由于下缸疏水管與凝汽器連通，導致下缸溫度容易比上缸冷的快。廣東火電棉蘭項目二號機組調試組結合現場實際情況，采取了以下三個措施：其一，對于不能在進入盤車之前沖轉的情況，為防止溫差不斷擴大，在盤車之后，極熱態沖轉之前，選擇對高中壓缸本體疏水門關閉進行悶缸，進入沖轉之后，可適當延遲高中壓缸本體疏水門關閉時間；其二；對高中壓缸底部進行保溫層加厚；其三，在沖轉之后，適當提高真空值，使其疏水更大順暢。通過多次實踐，收到良好的效果，高中壓缸上下缸溫差能很好的控制在合格的溫差之內。

2.3 振動問題的處理措施

汽輪機產生振動的原因多種多樣，分為強迫振動和自激振動。振動原因包括：轉子質量不平衡、機組中心不正的激振力、電磁激振，氣流沖擊，油膜震蕩等等，我們只有根據振動特性，確定振動性質和振源，然后再尋找產生振動的具體原因。我們這里僅針對棉蘭二號機組多次極熱態啟動中，單獨從啟動熱力參數控制上，如何減少振動問題上總結經驗；其一，選擇好沖轉參數。因為是極熱態啟動，根據實踐，沖轉時蒸汽參數為主蒸汽壓力8.0MPa，主蒸汽溫度480℃，再熱蒸汽壓力為0.6MPa，再熱蒸汽溫度470℃，從沖轉到帶100MW負荷暖機結束，要求主蒸汽壓力，溫度保持8.0MPa，480基本不變。其二，控制好升速率，根據二號機組多次極熱態啟動情況來看，該機組不適宜進行中速暫停暖機檢查，從盤車沖轉到3000r/min過程中，應一次而過，升速率為每分鐘300r/min，通過臨界轉速為升速率500r/min，極熱態沖轉過程應迅速、平穩。

2.4 脹差問題的預防措施

只有當機組負荷升至相應的起始點后，蒸汽才對汽輪機組各金屬部件進行加熱，而正常情況下這一過程機組脹差是由負值向正值逐漸緩慢轉變的。廣東火電棉蘭項目調試組結合多次極熱態啟動實踐情況，對超高壓汽輪機如何減少和避免正，負脹差值過大總結了經驗。其一，在沖轉剛開始，如果負脹差偏大，可以加大高溫軸封蒸汽的溫度和壓力和提高升負荷的速度。其二，極熱態啟動后期如果脹差出現正值且不是很大，在報警范圍之內，盡量不要投用夾層加熱裝置。如果沖轉時缸溫相對主蒸汽溫度，不是很高，脹差出現正方向報警情況，可選擇性投用夾層加熱裝置或者減少高溫軸封的蒸汽壓力和溫度，延長暖機時間。通過這些措施，二號機組在后期的極熱態啟動中脹差都能控制在很好的范圍之內。

3 極熱態啟動安全運行的注意要點

3.1 必須先投軸封，后抽真空

因為極熱態啟動缸溫很高，首先應進行軸封供汽系統暖管和充分疏水，再向軸封供汽，建立汽機真空。用高溫軸封供汽時，必須注意汽源溫度和壓力，將其控制在合適的范圍內。

3.2 時刻調整潤滑油溫度

汽輪機從極熱態跳機到重新掛閘沖轉再到帶至額定負荷過程都是一個相對很短的過程，在這段時間潤滑油溫度都是一個先減后升的急劇變化過程。如果油溫偏離正常油溫時，就很容易導致油膜不穩定、大軸振動、產生動靜摩擦、大軸晃動等情況，所以極熱態啟動時刻調整好油溫很重要。

3.3 控制好凝汽器真空

從跳機開始到帶到一定的負荷過程中，汽輪機管道疏水，本體疏水閥門都是開啟狀態，而由于主再熱蒸汽管道內蒸汽和積水均是高溫高壓狀態，既為使的管道疏水更加順暢排出，快速提高主再熱蒸汽溫度，又避免低壓缸安全防爆門動作，在沖轉初期保持凝汽器高真空顯得很重要。

3.4 時刻調整高壓軸封壓力

汽機從沖轉前再帶到初始負荷過程中，軸封供汽先是由主蒸汽供氣再到自密封再到一段漏氣導到五號低加的過程。為避免軸封供汽壓力出現負值或一段，二段軸封壓力過大的情況，在掛閘到升負荷的過程中，必須時刻關注調整好軸封壓力，才能使機組平穩的運行。

4 結束語

廣東火電調試項目組通過對印尼棉蘭項目二號機組調試過程中的不斷摸索，不斷完善，不斷總結經驗，相信對機組日后的平穩、安全運行以起到一個很好的指導作用。

參考文獻

[1]印尼棉蘭2x220MW汽輪機運行規程[S].

[2]北京北重220MW汽輪機設計使用說明書[S].

[3]北京北重220MW汽輪機結構圖紙[S].

[4]廣西電力工業勘察設計院棉蘭項目2*220MW熱力系統圖[S].

[5]電廠汽輪機原理及探討[M].中國電力出版社.

作者簡介：趙如波（1988-），男，廣東汕頭人，中國能源建設集團廣東火電工程有限公司，助理工程師。