135MW機組極熱態開機過程中對高壓缸差脹的影響和分析控制

李吉強

【摘要】青海寧北發電公司#1、#2機自2011年投產以來高壓缸差脹較低，在熱態啟動時高壓缸差脹下較快不易控制

【關鍵詞】機組；高壓缸；差脹；控制

1、前言

該廠#1、#2機型號N135-13.24/535/535型式超高壓、中間再熱、高中壓合缸、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機。總缸脹為20-25mm。#1、#2機分別于2012年及2011年投產運行。自#1、#2機運行以來高壓缸差脹偏低。在機組啟停尤其在極熱態啟機中高壓缸差脹下降快難以控制，故分析差脹下降較快的原因，形成一套合理有效的控制辦法和防范措施對運行人員來說是非常重要的。

2、極熱態開機過程中對高壓缸差脹的影響

該廠#1、#2機在135MW額定負荷時高壓缸差脹#1機為0.46mm，#2機為-0.01mm高壓缸差值在正常運行時偏低。本機組高壓缸定值為≥+7mm或≤-2mm高報警、≥+8或≤-3mm跳機。在極熱態開機時由于（1）汽輪機高壓內缸缸溫高（2）鍋爐升溫升壓達到沖轉參數時新蒸汽溫度達不到比高壓缸內缸溫度大50℃的要求。（3）機組沖轉時鍋爐新蒸汽溫度到達汽輪機時由于管道熱損失等因素新蒸汽溫度會降低。故在極熱態開機沖轉過程中新蒸汽進入汽缸時對轉子和汽缸是冷卻的過程，由于轉子冷卻收縮速度快，導致高壓缸差脹向負值走，產生較大的負脹差。如果負脹差過大汽輪機動靜部份相對間隙發生了變化，相對脹差值超過了規定值，就會使動靜間隙消失，發生動靜摩擦，可能引起機組振動增大，甚至葉片斷裂、大軸彎曲等事故。

3、高壓缸差脹變化原因分析和控制

由于極熱態開機通常是機組跳閘后立即恢復，機組跳閘后高壓缸差脹是向負的方向發展，并且#1、#2機組在正常運行時高壓缸差脹值就較小，所以在極熱態開機時對高壓缸差脹的控制較重要。現從以下幾個方面對高差進行控制。

3.1 主蒸汽壓力、軸向位移對高壓缸差脹的影響

主蒸汽的壓力會引起機組軸向位移的變化。軸向位移的測點在#2瓦處方向為向機頭為負，向發電機為正，軸向位移發生變化時會影響高壓缸差脹的變化，但只是從軸向位移單方面來考慮它對高壓缸差脹的影響是有限的。對高壓缸差脹的影響主要還是轉子和汽缸的膨脹及收縮的差值。從軸向位移的角度來分析，在熱態開機中軸向位移對高壓缸差脹的影響比較小。

3.2 軸封供汽溫度對高壓缸差脹的影響

極熱態啟動時軸封供汽盡量選擇高溫汽源，輔助汽源必須保證溫度控制在270℃左右。如果溫度太低將造成高壓軸封段大軸冷卻收縮，有可能導致汽輪機前幾級動靜摩擦。

軸封供汽對轉子的軸封段和軸封體加熱，由于軸封是嵌在汽缸兩端，其膨脹對汽缸軸長度幾乎沒有影響，但轉子軸封段的膨脹卻影響轉子的長度因此軸封處的局部脹差比較大。如果軸封供汽溫度過高則出現正脹差過大，反之負脹差大。一般規定軸封溫度要略高于軸封金屬溫度。寧北135MW機組在極熱態開機過程中所采用的輔助汽源的溫度較低在200℃左右。故在極熱態開機時，高壓軸封禁止使用減溫水，低壓軸封可根據低壓缸差脹對低壓減溫水進行調整 。在極熱態開機過程中軸封壓力不可控制過高，調整至可密封住高、中、低轉子軸封即可，以免軸封壓力高流量大反兒對高中壓軸封進行冷卻使高壓缸差脹下降。

3.3 疏水及高、低加熱器的投入對高壓缸差脹的影響

在極熱態開機中為使新蒸汽的流通加快，使主蒸汽的溫度盡快的提升，轉子快速的加熱膨脹，在鍋爐點火后應對機組進行及時的疏水，進行疏水的主要原因有兩個：（1）防止發生水沖擊事故；（2）增加主蒸汽的流通量加快對轉子的加熱速度。在機組并網后盡快投入高、低加熱器增加疏水點，增大主蒸汽通流量盡快提高主蒸汽溫度。使高壓缸差脹向正方向走。

3.4 機組真空對高壓缸差脹的影響

在極熱態開機中機組跳閘后通常采用不破壞真空停機。機組重新點火后在未沖轉前機組真空不易過高，真空過高汽缸內熱氣流通過快，轉子反兒收縮加劇使高壓缸差脹向負值走。到沖轉時不利于控制高壓缸差脹。在機組沖轉過程中對真空的控制主要依據于調節級進氣口壁溫，在沖轉時真空要高使主蒸汽流通速度加快，等調節級進氣口壁溫不再下降且有回升的趨勢時調低真空，以使主蒸汽充分對轉子進行充分加熱使高壓缸差脹回升。

3.5 主蒸汽溫度對高壓缸差脹的影響

無論在什么情況下的啟、停機組。主蒸汽溫度對高壓缸差脹的影響都是比較大的。在極熱態開機中，主蒸汽溫度對高壓缸差脹的影響尤為明顯，所以對主蒸汽溫度的要求也較高，因極熱態開機通常是機組跳閘后的再次啟動其主要特點是汽缸的溫度高。在機組沖轉時對沖轉參數的要求較高，要求主蒸汽溫度要比靜葉持環的溫度高50℃，且要求有50℃的過熱度，在機組沖轉時即使主蒸汽的溫度比靜葉持環的溫度高，但沖轉進氣后主蒸汽對轉子是個冷卻的過程，所以靜葉持環上、下的溫度在沖轉過程中是在下降，高壓缸差脹也隨之下降，等機組并帶負荷后由于進入汽輪機的蒸汽流量增大，主蒸汽溫度進一步的升高。主蒸汽對轉子又開始加熱，主要參考是靜葉持環上、下的溫度開始回升，這時高壓缸差脹也隨之開始回升。

4、結束語

在啟、停機組過程中，使轉子與汽缸保持大致相同的熱膨脹速度是控制差脹的關鍵。差脹數值就是反映轉子與汽缸軸向位置相對變化值。寧北135MW機組在熱態開機中通過對主蒸汽溫度、真空、軸封供氣溫度等參數的控制，差脹下降的速度得到了有效的控制。達到了一定的效果。

參考文獻：

[1]電廠熱力設備及系統 主編：王翔 中國電力出版社

[2]汽輪機設備及其系統 主編：胡念蘇 中國電力出版社

[3]汽輪機設備運行 主編：王國清 中國電力出版社

[4]火電機組汽輪機運行技術 主編：肖增弘 中國電力出版社