超高壓汽輪機組極熱態(tài)啟動易出現(xiàn)的問題及對策

摘 要：一次中間再熱大容量汽輪發(fā)電機組極熱態(tài)啟動是一項比較復(fù)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(tài)啟動過程中及其容易的產(chǎn)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(wǎng)比較小的海島，電網(wǎng)波動導(dǎo)致的高負荷跳機情況不斷出現(xiàn)，使得機組極熱態(tài)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(tài)啟動過程出現(xiàn)的問題進行研究分析，從而總結(jié)出規(guī)律。

關(guān)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(guī)燃煤單元制機組。汽輪發(fā)電機組采用的是北京北重汽輪電機有限責(zé)任公司的設(shè)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(tài)啟動是指汽輪機高壓內(nèi)缸上缸內(nèi)壁金屬溫度大于400℃的啟動。極熱態(tài)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(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引起汽輪機動靜摩擦，甚至?xí)a(chǎn)生大軸彎曲。

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

1 棉蘭電廠二號機組在極熱態(tài)啟動過程中出現(xiàn)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(tài)啟動，汽輪機高中壓缸的缸溫都很高，這樣對汽輪機沖轉(zhuǎn)的參數(shù)，特別是溫度有了更高的要求。極熱態(tài)啟動都要求主再熱蒸汽經(jīng)過高中壓主汽門節(jié)流，調(diào)節(jié)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(tài)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(cè)油槍和磨煤機交替運行，磨煤機啟動臺數(shù)不斷增大，爐膛溫度不斷變化，主蒸汽蒸發(fā)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(tài)啟動通常是由于非正常原因?qū)е碌奶鴻C之后的重新啟動，例如棉蘭電廠二號機組多次極熱態(tài)啟動就出現(xiàn)這樣的情況。汽輪機從高溫狀態(tài)逐漸冷卻下來的結(jié)果是：下氣缸比上氣缸冷卻的快，所以汽輪機上下缸會出現(xiàn)過大的溫差。如果溫差過大，持續(xù)時間過長，及其容易導(dǎo)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(diào)節(jié)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(wǎng)系統(tǒng)中有一個電廠突然跳機導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩，影響使得二號機組在218MW負荷時發(fā)電機保護動作導(dǎo)致發(fā)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(fā)電機跳機原因不確定，損壞程度沒有全面把握，電氣專業(yè)調(diào)試技術(shù)人員在盤點發(fā)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(shù)看到高中低壓缸脹差出現(xiàn)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(wǎng)調(diào)度中心又要求起機保負荷，這時起機就變得很困難，沖轉(zhuǎn)參數(shù)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(tài)啟停的過程中就有出現(xiàn)振動大的情況，甚至達到跳機值導(dǎo)致汽輪機保護跳機情況的出現(xiàn)。主要是對沖轉(zhuǎn)參數(shù)和負荷上升率，溫升率的選擇上控制的不夠好，極熱態(tài)啟動對沖轉(zhuǎn)壓力、沖轉(zhuǎn)溫度、升速率、金屬溫升速率、負荷上升率等參數(shù)的選擇上都有嚴格的要求。

2 極熱態(tài)啟動常見問題的處理措施

2.1 主再熱蒸汽溫度控制的調(diào)整措施

廣東火電棉蘭項目二號機組在極熱態(tài)啟動過程中，根據(jù)北京北重廠家的要求，主蒸汽溫度要比高壓缸內(nèi)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(jīng)過自動主氣門節(jié)流，導(dǎo)熱管散熱之后溫度比內(nèi)缸金屬溫度高。主要是汽輪機沖轉(zhuǎn)升速帶負荷是一個加熱的過程，絕不允許出現(xiàn)冷卻的情況，特別是極熱態(tài)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(diào)，汽機主再熱蒸汽管道疏水，高溫軸封管道疏水，高低旁聯(lián)合調(diào)整，使主再熱蒸汽溫度，軸封溫度在允許范圍之內(nèi)，使其符合沖轉(zhuǎn)條件。

2.2 上下缸溫差過大問題

對于極熱態(tài)啟動，由于下缸疏水管與凝汽器連通，導(dǎo)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(diào)試組結(jié)合現(xiàn)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(zhuǎn)的情況，為防止溫差不斷擴大，在盤車之后，極熱態(tài)沖轉(zhuǎn)之前，選擇對高中壓缸本體疏水門關(guān)閉進行悶缸，進入沖轉(zhuǎn)之后，可適當延遲高中壓缸本體疏水門關(guān)閉時間；其二；對高中壓缸底部進行保溫層加厚；其三，在沖轉(zhuǎn)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(nèi)。

2.3 振動問題的處理措施

汽輪機產(chǎn)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(zhuǎn)子質(zhì)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(jù)振動特性，確定振動性質(zhì)和振源，然后再尋找產(chǎn)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(tài)啟動中，單獨從啟動熱力參數(shù)控制上，如何減少振動問題上總結(jié)經(jīng)驗；其一，選擇好沖轉(zhuǎn)參數(shù)。因為是極熱態(tài)啟動，根據(jù)實踐，沖轉(zhuǎn)時蒸汽參數(shù)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(zhuǎn)到帶100MW負荷暖機結(jié)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(jù)二號機組多次極熱態(tài)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(zhuǎn)到3000r/min過程中，應(yīng)一次而過，升速率為每分鐘300r/min，通過臨界轉(zhuǎn)速為升速率500r/min，極熱態(tài)沖轉(zhuǎn)過程應(yīng)迅速、平穩(wěn)。

2.4 脹差問題的預(yù)防措施

只有當機組負荷升至相應(yīng)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(zhuǎn)變的。廣東火電棉蘭項目調(diào)試組結(jié)合多次極熱態(tài)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(jié)了經(jīng)驗。其一，在沖轉(zhuǎn)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(tài)啟動后期如果脹差出現(xiàn)正值且不是很大，在報警范圍之內(nèi)，盡量不要投用夾層加熱裝置。如果沖轉(zhuǎn)時缸溫相對主蒸汽溫度，不是很高，脹差出現(xiàn)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(tài)啟動中脹差都能控制在很好的范圍之內(nèi)。

3 極熱態(tài)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(tài)啟動缸溫很高，首先應(yīng)進行軸封供汽系統(tǒng)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(nèi)。

3.2 時刻調(diào)整潤滑油溫度

汽輪機從極熱態(tài)跳機到重新掛閘沖轉(zhuǎn)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(dǎo)致油膜不穩(wěn)定、大軸振動、產(chǎn)生動靜摩擦、大軸晃動等情況，所以極熱態(tài)啟動時刻調(diào)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(tài)，而由于主再熱蒸汽管道內(nèi)蒸汽和積水均是高溫高壓狀態(tài)，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(zhuǎn)初期保持凝汽器高真空顯得很重要。

3.4 時刻調(diào)整高壓軸封壓力

汽機從沖轉(zhuǎn)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(dǎo)到五號低加的過程。為避免軸封供汽壓力出現(xiàn)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(guān)注調(diào)整好軸封壓力，才能使機組平穩(wěn)的運行。

4 結(jié)束語

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

參考文獻

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[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(shè)集團廣東火電工程有限公司，助理工程師。