國內首臺660 MW二次再熱機組啟動與調試

唐清舟，鐘明才，潘家成，王建偉，侯明軍，謝濤，方邦義（.東方汽輪機有限公司，四川德陽，68000；.華能安源發電有限公司，江西萍鄉，337000）

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國內首臺660 MW二次再熱機組啟動與調試

唐清舟1，鐘明才2，潘家成1，王建偉1，侯明軍1，謝濤1，方邦義1
（1.東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000；2.華能安源發電有限公司，江西萍鄉，337000）

摘要：二次再熱是火電機組提高效率的有效手段，國內首臺二次再熱機組的成功投運，為今后火電項目的建設，提供了新的選項。文章介紹了東方二次再熱汽輪機啟動系統的配置、啟動參數的選擇以及機組的啟動和調試中需注意的事項和存在的問題，為今后同類機組的投運和設計提供了參考。

關鍵詞：首臺，二次再熱，旁路，啟動

1 概述

隨著全球經濟和社會的快速發展，燃煤價格持續上升且環境保護要求越來越嚴格，低碳經濟受到廣泛關注。目前，在我國整個電網中，燃煤火電機組發電量占68%左右。這樣，消減CO2排放量，提高設備效率成為大家共同關注的課題，大容量、高參數、二次再熱超超臨界汽輪機已成為降低火電機組發電煤耗，改進環境狀況的有效途徑。

在這樣的背景下，東方汽輪機有限公司研發出我國首臺660 MW二次再熱汽輪機，并于2015年6月份在江西華能安源電廠成功投入商業運行。

2 機組概況

2.1 機組主要技術規范

參數：主蒸汽壓力31 MPa、主蒸汽溫度600℃、一次再熱和二次再熱溫度620℃

機組型式：超超臨界、兩次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機

額定功率：660MW

最大出力：707MW

汽輪機額定轉速：3000r/min

排汽壓力：4.9kPa

2.2 機組結構特點

機組采用四缸四排汽結構，有一個超高壓缸、一個高壓和中壓合缸的汽缸、兩個低壓缸組成。超高壓主汽閥和調節閥懸吊在機頭前面，布置在運行層和中間層之間，高壓和中壓主汽閥、調節閥采用支架支撐在汽缸兩側的運行平臺上。圖1為汽輪機外觀模型。

圖1　汽輪機外觀

3 啟動與調試

3.1 旁路的選擇

東方660 MW二次再熱機組可以滿足不同啟動方式，即可以選擇超高壓缸啟動、高壓缸啟動、超高壓-高壓聯合啟動等不同啟動方式，與此對應的旁路系統，鍋爐參數均需匹配。電廠二次再熱機組采用的是超高-高-中壓缸聯合啟動運行模式，旁路系統如圖2所示。旁路采用40%容量的高、中、低三級串聯旁路系統，實現超高壓-高壓-中壓三缸聯合啟動、高壓調節閥和中壓調節閥參與機組調節，改善機組啟動特性以及維持沖轉過程中蒸汽參數的穩定。

三缸聯合啟動時，為避免超高壓缸、高壓缸排汽溫度超限和高背壓、小流量引起葉片鼓風發熱，中壓、低壓旁路整定壓力分別為2.5 MPa和0.8 MPa。

圖2　三級串聯旁路系統圖

3.2 主蒸汽溫度的確定

啟動時蒸汽參數的選擇非常重要，蒸汽壓力主要由鍋爐確定，同時考慮與汽輪機的匹配，蒸汽溫度主要由汽輪機確定，同時考慮鍋爐的特性。

在汽輪機升速和升負荷過程中最重要的一點就是緩慢加熱汽輪機的熱敏感性零件使熱應力盡量低。因此，在啟動、升負荷、降負荷的過程中，高、中壓進汽室或超高壓第2級處缸體的溫度變化率是一個基本的考慮因素。

圖3　沖轉蒸汽溫度確定圖

圖3中Ti是沖轉前超高壓第二級內壁金屬溫度，Td是到預定負荷時超高壓第二級內壁金屬溫度。

啟動過程的關鍵是控制轉子的壽命消耗。從圖3中可以看出，通過選定轉子壽命消耗值和缸體溫度變化量，可以確定缸體的溫度變化率，通過溫度變化率確定不同時間超高壓第二級內壁金屬溫度，進而可以確定主蒸汽溫度。同樣的道理可以確定高壓和中壓進汽溫度。由此可以確定啟動曲線，如圖4所示。

圖4　冷態啟動曲線

另外，為了提高機組的使用壽命和縮短啟動時間，機組設置了預暖系統。為了控制機組的脹差，保證機組安全運行，機組在超高壓缸和高壓缸還設置了夾層加熱系統。為了防止在小流量下超高壓缸和高壓缸鼓風，機組還設置了超高壓缸和高壓缸通風系統。

3.3 沖轉與并網

汽輪機啟動狀態是以汽輪機啟動前的超高壓內缸第2級汽缸內壁金屬溫度來確定，具體如下:

冷態啟動:≤274℃；溫態啟動:274～432℃

熱態啟動:432～520℃；極熱態啟動:≥520℃

在機組調試過程中，冷態啟動過程最復雜，控制的輔助系統最多，出現的問題也最多，所以本文主要介紹冷態啟動。

冷態啟動沖轉前還需進行啟動前的各項檢查，掛閘前還要進行超高壓缸和高壓缸預暖，掛閘后進行超高壓調節閥殼和高壓調節閥殼預暖。

首次沖轉蒸汽參數：

主蒸汽溫度:419℃；主蒸汽壓力:9.4 MPa

一次再熱溫度:410℃；一次再熱壓力:2.0 MPa

二次再熱溫度:400℃；二次再熱壓力:0.6 MPa

在完成所有檢查和汽缸、閥殼預暖后，正式開始沖轉。首先在500 r/min進行摩擦檢查，在確認無摩擦發生后，繼續升速。期間進行低速、中速暖機，暖機結束后繼續升負荷，目標轉速3 000 r/min。2015年5月29日17時35分，國內首臺二次再熱汽輪機定速3 000 r/min，指標一切正常，見圖5。

圖5　機組并網振動指標和軸承溫度

2015年6月1日9時12分，機組完成一系列電氣試驗，首次并網成功。隨后機組一直在80～190 MW負荷運行，準備做超速試驗。

超速試驗后機組重新并網，按啟動曲線繼續升負荷，并一直在400～630 MW之間運行（見圖6）。

圖6　升負荷曲線

需要特別注意的是：

（1）并網后，因為蒸汽流量和鍋爐燃燒率在增加，所以蒸汽溫度呈急速上升的趨勢，此時應避免或盡可能減小汽輪機金屬溫度的快速上升。

（2）調節蒸汽溫度和負荷以減小金屬溫度差（與蒸汽溫度的差），如果金屬溫度高（比蒸汽溫度高），此時，加負荷和（或）提升蒸汽溫度。如果金屬溫度低（比蒸汽溫度低），此時可維持現在的蒸汽溫度并且慢慢增加負荷。

（3）維持初始負荷直至低壓缸排汽口冷卻到低于52℃時止。

在進行完鍋爐相關試驗和消缺以后，機組于2015年6月6日13時11分成功帶到660 MW滿負荷，見圖7。這標志著我國自行設計、制造并擁有完全自主知識產權的國內首臺二次再熱機組成功投運。

圖7　機組大負荷時振動指標和軸承溫度

4 機組調試過程中出現的問題

4.1 機組啟動時低速碾瓦

首次沖轉啟動，汽輪機轉速升到206 r/min關閉閥門進行磨檢，降轉速過程中發現2#瓦、3#軸承溫度在100 s內由49℃迅速攀升至最高139℃、150℃。

停機后翻瓦檢查，發現軸承下瓦和上瓦均存在較嚴重的絲狀磨損。分析原因認為，在低速下，可傾瓦的最小油膜較薄，當顆粒物大于最小油膜時被堵在瓦面上與轉子硬接觸，使局部溫度突升，油膜會變得更薄，形成搟氈，瞬間由點到面最后碾瓦。通過增加頂軸裝置沒有再次發生碾瓦現象。

4.2 沖轉升速過程中出現振動過大

在機組完成主汽閥嚴密性試驗從440 r/min開始升速準備進行調節閥嚴密性試驗的過程中，多次出現振動大而打閘停機。

運行數據顯示，主汽閥嚴密性試驗，轉子降速至440 r/min后，各調門打開沖轉，此時超高壓內缸2級后溫度355℃，應為溫態啟動，按要求升速率應為150 r/min/min，而此時升速率為400 r/min/min，導致轉子沖轉至1 300 r/min時，1、2號瓦振已急速攀升至267 μm、361 μm，機組跳機。這是因為在沖轉過程中汽輪機進汽量很小，本身就會出現轉子局部受熱的情況，如果升速率過大，將會使轉子不均勻受熱更加嚴重，從而引起振動過大。

4.3 B低壓缸7#、8#軸瓦振動大

在機組穩定運行后，電廠1#機組出現B低壓缸7#、8#軸承的瓦振偏大現象，最大時到了100 μm，而A低壓缸的5#、6#軸承的瓦振均在15 μm以下，機組低壓軸振均小于50 μm。隨后投運的2#機組A、B低壓缸軸承瓦振均小于15 μm。為什么會出現這種情況呢？經現場查找分析，發現1#機組B低壓缸與凝汽器連接處的膨脹節和基礎完全接觸，沒有一點膨脹間隙，這就使得低壓缸受熱膨脹受阻，同時，當汽機和電機轉子聯接以后，可能也會引起動不平衡。

電廠對安裝引起的干涉部位進行了處理，對軸系再次進行了動平衡后，運行良好，該缸7#、8#軸振均小于20 μm，瓦振小于10 μm。

4.4 外置式蒸汽冷卻器失效

本機組在第2、4段抽汽處設置有蒸汽冷卻器，通過與主給水管道并聯的一股給水對過熱蒸汽進行冷卻。在設備調試初期，曾出現過外置式蒸冷器水側無溫升的現象。經現場分析認為，由于蒸冷器給水量是通過管道上的節流孔板進行調節的，在低負荷情況下，由于給水量較小，或者抽汽量未進行相應調節控制，容易出現蒸冷器給水被過熱抽汽加熱氣化的現象，導致蒸冷器內壓力升高造成失效。經過重新核算并更換節流孔板后，該問題得到了順利解決。

5 結束語

此項目二次再熱機組的成功投運，標志著我國發電設備的設計、制造能力又上了新的臺階，已完全達到國際先進水平，為我國今后的火電機組的節能、降耗又指明了一條新路。

參考文獻

[1]河南省火電安裝公司,編.火電工程調試技術手冊汽輪機篇[M].北京:中國電力出版社:2002.

[2]遼寧電力工業局,編.汽輪機運行[M].北京:中國電力出版社,1996.

Start-up and Commissioning of Domestic First 660 MW Double-reheat Steam Turbine

Tang Qingzhou1，Zhong Mingcai2，Pan Jiacheng1，Wang Jianwei1，Hou Mingjun1，Xie Tao1，Fang Bangyi1
(1.Dongfang Turbine Co.,Ltd.，Deyang Sichuan，618000；2.Huaneng Anyuan Power Generation Co.,Ltd.，Pingxiang Jiangxi，337000)

Abstract:Double-reheat is an effective mean to increase efficiency of steam turbine.New choice has been provided for the future con?struction of thermal power projects as the domestic first double-reheat steam turbine which operates successfully.This article introduc?es the configuration of start-up system,the choice of start-up parameter and existing problems during start-up and commissioning,it provides a reference for the design and operation of the same type steam turbine.

Key words:the first set,double-reheat,by-pass system,start-up

作者簡介：唐清舟（1967-），男，高級工程師，工程碩士，畢業于上海機械學院，現從事汽輪機設計工作。

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.01.014

中圖分類號：TK 263

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9987（2016）01-0073-04