東汽超臨界600 MW抽汽機(jī)組冷態(tài)啟動暖機(jī)方式優(yōu)化

王永偉

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司，福建泉州362712）

0 引言

汽輪機(jī)的啟動暖機(jī)目的是使汽輪機(jī)各部位金屬得到充分的預(yù)熱，減小汽缸部件間、轉(zhuǎn)子表面與中心等的溫差，從而減小金屬內(nèi)部應(yīng)力，使汽缸、法蘭和轉(zhuǎn)子等均勻膨脹，且脹差值在安全范圍內(nèi)變化，保證汽輪機(jī)內(nèi)部存在動靜間隙，避免摩擦；同時，使帶負(fù)荷的速度相應(yīng)提高，縮短升至額定負(fù)荷時所需要的時間，達(dá)到節(jié)約能源的目的。然而，汽輪機(jī)啟動過程中，各部件間的溫差、熱應(yīng)力、熱變形大，導(dǎo)致多數(shù)事故是發(fā)生在啟動時刻。不正確的暖機(jī)工況、值班人員的誤操作以及設(shè)備本身某些結(jié)構(gòu)存在缺陷都可能造成事故，即使在當(dāng)時沒有形成直接事故，但由此產(chǎn)生的后果還將在以后的生產(chǎn)中造成不良影響，從而在一定程度上影響著汽輪機(jī)的安全運行，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機(jī)組不能順利并網(wǎng)。因此，不同學(xué)者從不同方面對其進(jìn)行了研究，并且在早期就有相應(yīng)的實際應(yīng)用系統(tǒng)被開發(fā)。

1 故障的現(xiàn)象描述及機(jī)理分析

本電廠配備兩臺東汽超臨界600 MW抽汽機(jī)組，抽汽用途為工業(yè)生產(chǎn)。機(jī)組自投產(chǎn)以來在冷態(tài)啟動過程中多次出現(xiàn)汽輪機(jī)在中速暖機(jī)過程中，由于汽輪機(jī)振動大導(dǎo)致汽機(jī)被迫打閘，重回盤車狀態(tài)，經(jīng)盤車連續(xù)運行直軸，再次沖轉(zhuǎn)后汽輪機(jī)運行正常。機(jī)組冷態(tài)啟動一次成功概率不到25%，而溫態(tài)啟動與熱態(tài)啟動均未出現(xiàn)類似現(xiàn)象。汽輪機(jī)振動大，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久性彎曲。由于每次冷態(tài)開機(jī)均在春節(jié)過后，需要如期實現(xiàn)機(jī)組對外供汽，為保證主設(shè)備安全，針對汽輪機(jī)冷態(tài)啟動方式進(jìn)行優(yōu)化研究就顯得尤為重要。

1.1 問題描述

東汽超臨界600 MW抽汽機(jī)組在冷態(tài)啟動暖機(jī)過程中，多次出現(xiàn)由于汽輪機(jī)振動大導(dǎo)致汽機(jī)被迫打閘、重回盤車，經(jīng)盤車連續(xù)運行直軸、再次沖轉(zhuǎn)后汽輪機(jī)運行正常的問題。

1.2 故障機(jī)理分析

1.2.1 沖轉(zhuǎn)參數(shù)分析

東汽600 MW級別汽輪機(jī)默認(rèn)的啟動方式為中壓缸啟動，其利用旁路并向中壓缸進(jìn)汽來啟動汽輪機(jī)的方法正被越來越多的機(jī)組所采用。東汽廠家設(shè)計冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)與該機(jī)組實際沖轉(zhuǎn)參數(shù)的比較如表1所示。

實際選擇低壓力、高溫度沖轉(zhuǎn)的原因有如下幾點：該公司采用等離子點火模式，而廠家初期設(shè)計的為油槍點火模式。采用等離子點火模式以后，由于要保證鍋爐穩(wěn)定燃燒，必須有最小煤量。采用等離子模式鍋爐點火后，汽溫汽壓上漲速率較快。如果按照東汽廠家要求的主汽壓沖轉(zhuǎn)，主汽溫將會升至500℃左右，為了降低主再熱汽溫，滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)溫度要求，鍋爐就必須使用減溫水，低負(fù)荷鍋爐蒸發(fā)量較少，在此情況下使用減溫水，如果使用不當(dāng)就容易造成鍋爐受熱面積水，嚴(yán)重時還會造成“水塞”，導(dǎo)致過熱器嚴(yán)重超溫。在鍋爐低負(fù)荷時汽溫調(diào)節(jié)手段有限，為了保證鍋爐安全，防止鍋爐在低負(fù)荷下超溫爆管，因此汽機(jī)沖轉(zhuǎn)選擇的主壓力較低。根據(jù)水蒸氣壓力對應(yīng)的飽和溫度特性，汽壓如果升高，汽溫也將會升高，因此從機(jī)組安全性考慮，選擇低壓力、高溫度沖轉(zhuǎn)。1.2.2 問題分析

表1 沖轉(zhuǎn)參數(shù)對比表

上述冷態(tài)啟動均為#2軸承振動大導(dǎo)致機(jī)組被迫打閘，#2軸承振動大主要是由于動靜碰磨造成。高壓調(diào)節(jié)級與中壓缸第一級為整個汽輪機(jī)間隙最小處，高中壓缸溫差過大容易造成膨脹不均勻。通過冷態(tài)啟動的歷史曲線可以看出，在中速暖機(jī)階段高中壓缸溫差過大，最大達(dá)100℃以上，每當(dāng)高中壓缸溫差過大時，就會導(dǎo)致過橋汽封處發(fā)生碰磨，造成#2軸承振動大打閘汽輪機(jī)。引起高中壓缸溫差大的具體原因分析如下：

（1）東汽廠家給出的暖機(jī)結(jié)束條件為，暖機(jī)4 h或達(dá)到以下條件，中速暖機(jī)結(jié)束：高壓內(nèi)缸內(nèi)壁溫度≥320℃；中壓進(jìn)汽室內(nèi)壁溫度≥320℃；高壓缸膨脹≥8 mm。根據(jù)同類機(jī)組運行經(jīng)驗，暖機(jī)4 h結(jié)束后，中壓進(jìn)汽室內(nèi)壁溫度也未能達(dá)到320℃；中壓缸進(jìn)汽量偏小，高壓缸進(jìn)汽量偏大，造成高中壓缸溫差增大。

（2）啟動前高壓缸經(jīng)過倒暖，溫度初步提高至150℃以上；而中壓缸僅靠軸封漏汽逐步升溫，升溫速度很慢。

（3）機(jī)組啟動階段，不投減溫水，要防止鍋爐受熱面超溫，運行調(diào)整手段有限，造成了主再熱汽溫較高，實際汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)溫度較廠家給定的溫度高出40～100℃，有時更高。

2 優(yōu)化策略設(shè)計

通過上述分析可以看出，對暖機(jī)運行方式進(jìn)行調(diào)整是解決該問題的一種方式，因此，對“暖機(jī)模式”邏輯修改如下：

（1）冷態(tài)啟動，在“暖機(jī)模式”投入時，當(dāng)汽輪機(jī)高壓調(diào)門開度大于9%后，高壓調(diào)門保持在9%，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由中壓調(diào)門控制。

（2）運行人員根據(jù)高中壓缸溫差，可以手動關(guān)小和開大高壓調(diào)門，中壓調(diào)門此時應(yīng)維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，自動進(jìn)行開大或關(guān)小。

（3）中速暖機(jī)結(jié)束，“暖機(jī)模式”切除后保持原有邏輯控制狀態(tài)，即：高壓調(diào)閥關(guān)閉，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由中壓調(diào)門控制。

（4）機(jī)組投軸封抽真空時，盡量選擇合理的軸封供汽溫度，防止高中壓缸脹差升高過多。

3 試驗測試及優(yōu)化效果

針對上述情況，對汽輪機(jī)在中速暖機(jī)過程中由于振動大導(dǎo)致被迫打閘的問題進(jìn)行了認(rèn)真分析，對汽輪機(jī)的“暖機(jī)模式”提出了修改方案，并在機(jī)組C修結(jié)束后對DEH中“暖機(jī)模式”進(jìn)行了優(yōu)化改造。以#2汽輪機(jī)為例，在2017年2月8日冷態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)過程中以及過臨界時機(jī)組主要沖轉(zhuǎn)參數(shù)為：主蒸汽壓力3.33 MPa，主蒸汽溫度399℃，再熱蒸汽壓力0.413 MPa，再熱蒸汽溫度371℃。汽輪機(jī)摩檢正常；就地打閘汽輪機(jī)，正常；重新掛閘沖轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)升速至1 400 r/min中速暖機(jī)，并執(zhí)行高壓遮斷、ETS遮斷試驗，正常；中速暖機(jī)結(jié)束后，汽輪機(jī)升速至3 000 r/min。此外，還進(jìn)行了超速試驗，試驗過程中汽輪機(jī)運行正常。

4 結(jié)語

實際沖轉(zhuǎn)參數(shù)顯示，本文提出的優(yōu)化策略具有良好的應(yīng)用效果：（1）啟動過程中高中壓缸溫度同步升高，在中速暖機(jī)結(jié)束后，高中壓缸內(nèi)壁溫度溫差小于10℃，高中缸脹差在6 mm左右，達(dá)到了機(jī)組自投產(chǎn)以來中速暖機(jī)的最佳值；（2）汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)一次成功，在機(jī)組過臨界時，汽輪機(jī)各軸承振動較以往明顯減小。這對大功率抽汽機(jī)組的暖機(jī)方式優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

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[2]武秋成，張延淼.600 MW空冷機(jī)組冷態(tài)啟動優(yōu)化方案分析[J].河北電力技術(shù)，2015，34（S1）：1-2.

[3]白秀春，李樹平.上汽600 MW空冷汽輪機(jī)機(jī)組冷態(tài)啟動暖機(jī)優(yōu)化探討[C]//全國火電大機(jī)組（600 MW級）競賽第十三屆年會論文集，2009：676-681.