1 000 MW二次再熱超超臨界汽輪機啟動方式和沖轉參數的選擇

張世偉， 崔凱峰, 葉　羅， 張國鈺， 胥建群

(1. 國電泰州發電有限公司， 江蘇泰州 225300;　2. 東南大學 能源與環境學院， 南京 210096)

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1 000 MW二次再熱超超臨界汽輪機啟動方式和沖轉參數的選擇

張世偉1， 崔凱峰1, 葉羅1， 張國鈺1， 胥建群2

(1. 國電泰州發電有限公司， 江蘇泰州 225300;2. 東南大學 能源與環境學院， 南京 210096)

相比一次再熱，1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機啟動面臨系統復雜、啟動參數更高等難點，結合某電廠1 000 MW二次再熱機組生產調試過程中幾次典型汽輪機啟動，介紹該類型汽輪機機組在啟動方式和參數控制上的優化調整。

汽輪機； 二次再熱； 沖轉參數； 啟動方式； 排汽溫度

隨著我國電力行業的發展，1 000 MW超超臨界二次再熱機組將成為未來主力機型。和一次再熱機組相比，二次再熱機組的啟動參數更高，系統更復雜，穩定轉速的難度更大。啟動階段流量低，需要控制排汽溫度不因鼓風發熱升高；閥門更多，轉速控制困難等。所以選擇合適的啟動方式和沖轉參數對汽輪機安全可靠啟動起著重要的作用。筆者研究了1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機啟動方式和參數的選擇，將為今后同類機組的投運提供寶貴的經驗。

1　系統配置

某1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機型號為N1000-31/600/610/610，結構為二次中間再熱、五缸四排汽、單軸、單背壓、反動凝汽式汽輪機。整個汽輪發電機組由7根轉子(5缸)、9個軸承組成，軸系全長約54 m，其中盤車裝置采用液動馬達安裝于1號軸承座內，推力軸承安裝在超高壓、高壓缸之間的2號軸承座上。機組旁路系統采用高、中、低壓三級串聯旁路。系統配置見圖1。

2　典型啟動分析

2.1 設計啟動方式和參數

該汽輪機在啟動上根據停機時間和超高壓轉子平均溫度劃分為冷態、溫態、熱態、極熱態啟動4種，具體劃分見表1。

表1　汽輪機狀態劃分

在設計中，決定在冷態時采取超高壓缸、高壓缸、中壓缸聯合啟動，且沖轉過程中超高排通風閥開啟。熱態和極熱態啟動時，采用高、中壓缸聯合啟動，待蒸汽流量達到一定值后(約為150 MW對應蒸汽流量)再并入超高壓缸。

對于沖轉參數的選擇給出了以下建議，見表2。

表2　建議沖轉參數

2.2 冷態啟動

第一次沖轉，采用三缸聯合啟動，沖轉前參數為：機側參數10.6 MPa/3.5 MPa/1.1 MPa、417 ℃/444 ℃/454 ℃，并確定870 r/min為低速暖機。各參數見表3。

表3　首次沖轉主要參數

注：1)VHP—超高壓缸；2)HP—高壓缸；3)IP—中壓缸；4)CV—調節閥。

首次啟動總體成功，在升速過程中主機瓦溫、軸振均達到設計要求，其中軸振最大的6號軸承在臨界轉速區振動為3.6 mm/s，瓦溫最大的5號軸承峰值為95 ℃。

沖轉成功后，隨即按既定的程序進行超速試驗和電氣相關試驗，在此過程中汽輪機經歷了數次沖轉。對暴露出的問題提出以下優化建議：

(1) 首次汽輪機沖轉參數設置偏高(實際一、二次再熱器汽溫沖轉時超過設計值70 K左右)，不利于暖機及排汽溫度控制，故優化沖轉參數：超高壓缸進汽7.5 MPa/400 ℃,高壓缸進汽2.8 MPa/380 ℃，中壓缸進汽0.8 MPa/380 ℃。

(2) 汽輪機長時間空負荷試運，超高排通風閥處于開啟狀態(設計考慮汽輪機沖轉時超高壓缸進汽流量低，防止超高壓缸鼓風及末級葉片溫度高)，高溫蒸汽長時間沖刷導致低壓外缸不正常的溫升。所以通過優化啟動方式，超高排通風閥不再參與啟動控制，只參與超高壓缸抽真空。

(3) 長時間空負荷運行，汽輪機鼓風產生熱量，致使超高壓缸和高壓缸排汽溫升增大[1]，在汽輪機3 000 r/min時排汽溫度均達到430 ℃，與軸封供汽溫差超過常規設計80 K以上，存在一定安全隱患。繼而需要對供汽軸封系統進行優化，提高超高壓、高壓軸封進汽溫度至320～350 ℃，控制中、低壓缸軸封進汽溫度300 ℃。

2.3 熱態啟動

首次熱態啟動，啟動前參數為：14.06 MPa/5.31 MPa/2.36 MPa、476 ℃/491 ℃/483 ℃。由于主汽溫度(476 ℃)低于超高壓轉子溫度，沒有滿足足夠過熱度準則，所以采用雙缸啟動方式進行沖轉(VHP直接切除)。

此次啟動至3 000 r/min過程中，軸振最大的5號軸承在臨界轉速區振動為2.2 mm/s，瓦溫最大的5號軸承峰值為79 ℃。在3 000 r/min進行電氣試驗過程中，機組振動和瓦溫上升較為明顯，5號軸承振動上升為4.6 mm/s，瓦溫最大的3號軸承最高達到113 ℃。但隨著電氣試驗結束機組并網，主機振動、瓦溫逐漸趨穩并得到改善。

并網后當機組負荷150 MW，超高壓缸自動投入，超高壓調節閥開啟，閥位從0迅速開至12%。由于此次控制的沖轉參數較高并且為配合電氣試驗在3 000 r/min停留時間較長，高排溫度并未隨著負荷和蒸汽量的增加而有所降低,達到了491.1 ℃；同時超高排汽溫度更是達到512.9 ℃，超高壓缸為保護末級葉片切缸保護動作，超高壓調節閥關閉。隨后由于鍋爐側原因，機組手動MFT，此次啟動失敗。

熱態啟動的難點在于：超高壓、高壓缸缸溫較高，難以達到汽輪機沖轉所需要的蒸汽溫度。經過研究后決定，沖轉采用三缸聯合啟動，經過多次熱態成功啟動的實踐，證明該方案切實可靠。列舉某次沖轉，沖轉前機側主要參數為超高壓缸缸溫416 ℃，超高壓轉子溫度426 ℃；沖轉參數控制為10 MPa/4.2 MPa/1.28 MPa、450 ℃/502 ℃/481 ℃。沖轉過程中，通過控制好主汽、一次再熱器再熱壓力，合理分配了超高壓缸、高壓缸進汽量，保證一次再熱器再熱壓力為3.8 MPa左右。主機至3 000 r/min后，機組迅速并網加負荷至150 MW。從此次沖轉過程看，超高壓缸、高壓缸進汽量分配合理，各缸排汽溫度一致平緩上升，并網后隨著蒸汽流量變大，排汽溫度降低。

通過數次熱態啟動的比較，超高壓、高壓缸排汽溫度高是最大的控制難點，總結經驗推薦以下控制方法：

(1) 合理分配超高壓缸、高壓缸進汽量。沖轉過程中控制好主汽、一次再熱器再熱壓力，保證超高壓缸壓比與高壓缸壓比。

(2) 熱態時盡量保證進汽溫度高于缸溫的前提下，沖轉參數建議超高壓缸進汽10 MPa/510 ℃,高壓缸進汽3.8 MPa/510 ℃，中壓缸進汽1.0 MPa/510 ℃。

(3) 熱態沖轉至3 000 r/min后，應盡快安排并網并帶負荷至150 MW，時間控制在15 min之內為宜。

綜上所述，在實際汽輪機啟動過程中需加強監視超高壓、高壓缸排汽溫度，采用三缸聯合啟動方式并網，可直接并網帶負荷運行；若采用兩缸方式并網，需迅速并入超高壓缸。采用方式有：(1)適當降低一次再熱器再熱壓力；(2)超高壓調節閥閥位從0迅速開至適當開度。在投入超高壓缸運行時，超高排通風閥關閉，超高排逆止門開啟后，進入三缸聯合啟動，并入后再合理分配超高壓缸與高壓缸流量，控制好各缸排汽溫度不超限。

2.4 排汽溫度高控制策略

2.4.1 超高壓缸排汽溫度高控制策略

當超高壓缸排汽溫度高時首先減小中壓調節閥的開度，減少中壓缸的進汽量，增大超高壓缸的進汽量，見圖2；如果超高壓缸排汽溫度進一步上升，則關閉超高壓缸調節閥，超高排通風閥打開，將超高壓缸抽真空，由高、中壓缸控制汽輪機的進汽量。

2.4.2 高壓缸排汽溫度高控制策略

如果高壓缸排汽溫度過高，首先減小中壓調節閥的開度，減少中壓缸的進汽量，增大高壓缸的進汽量，見圖3；如果高壓缸排汽溫度進一步上升，則先關閉超高壓調節閥，超高排通風閥打開，將超高壓缸抽真空，中壓調節閥開度保持不變，開大高壓調節閥；如果高壓缸排汽溫度繼續上升，則關閉高壓調節閥，高排通風閥打開，由中壓缸控制汽輪機的進汽量。

3　結語

合適的啟動方式和沖轉參數是汽輪機能否順利啟動的關鍵。該1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機機組在不同工況下的啟動方式及參數控制上的優化調整，可為今后同類型的機組啟動提供寶貴的經驗。

[1] 田豐. 汽輪機設備及系統[M]. 北京: 中國電力出版社, 2011: 34-98.

Start-up Mode and Turning Parameter Selection of a 1 000 MW Ultra-supercritical Double-reheat Steam Turbine

Zhang Shiwei1, Cui Kaifeng1, Ye Luo1, Zhang Guoyu1, Xu Jianqun2

(1. Guodian Taizhou Power Generation Co., Ltd., Taizhou 225300, Jiangsu Province, China;2. School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China)

Compared with single-reheat steam turbine, the start-up process of 1 000 MW ultra-supercritical double-reheat steam turbine is faced with such difficulties as more complex system and higher start-up parameters, etc. Combining the typical start-up process of steam turbine in a 1 000 MW double-reheat unit during production and commissioning period, an introduction is presented to the optimization and adjustment on start-up mode and parameter control of similar steam turbines.

steam turbine; double-reheat; turning parameter; start-up mode; exhaust temperature

2016-01-19

張世偉(1983—)，男，工程師，主要從事火電廠集控運行管理工作。

E-mail: zhangsw@gdtz.com.cn

TK262

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1671-086X(2016)05-0350-03