某電廠330 MW汽輪機冷態(tài)啟動用時過長原因分析及處理

孫海元

(華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204)

0 引言

當汽輪機高壓內(nèi)缸上壁金屬溫度低于150 ℃時，為縮短汽輪機組啟動時間，避免高溫蒸汽進入缸體使金屬受熱不均引起動靜摩擦、表面溫差過大而出現(xiàn)金屬裂紋，需要進行充分暖缸。其作用一是動靜部分膨脹均勻、縮短啟動時間，二是減小機組壽命損耗[1]。在暖缸過程中，如果蒸汽參數(shù)不合格或暖機不充分，會引起汽缸內(nèi)動、靜部分膨脹不均，在啟動過程中引起動靜摩擦，軸承振動增大，使啟動時間延長，安全性、經(jīng)濟性降低。

1 設(shè)備概述

某電廠#2機組330 MW汽輪機為南京某公司生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式供熱汽輪機，高、中壓缸前軸承箱向前膨脹，低壓缸向前后兩個方向膨脹。配有1套XDPS400旁路系統(tǒng)，為高、低壓二級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，其容量為35%額定蒸發(fā)量，低壓旁路(以下簡稱低旁)噴水減溫閥采用氣動控制方式。在機組啟動時，用旁路配合鍋爐提高蒸汽參數(shù)，縮短啟動時間。2014年大修后，冷態(tài)啟動過程中因暖機效果差、軸系振動一直影響機組啟動時間，過去歷次冷態(tài)啟動暖機時間為9～26 h，耗時較多，安全性、經(jīng)濟性都無法保證。

2 原因分析

(1)旁路控制方式不合理，主、再熱蒸汽管道暖管不充分。主蒸汽管道自高溫過熱器出口到高壓主蒸汽閥(以下簡稱主汽閥)前大約132 m，而疏水點只有2個，造成暖管緩慢。特別是再熱蒸汽熱段(以下簡稱再熱熱段)，每次啟動都因機側(cè)蒸汽參數(shù)達不到?jīng)_轉(zhuǎn)要求而延長了啟動時間。

汽輪機沖轉(zhuǎn)前，為了縮短再熱熱段暖管時間而利用開大(實際也開的不大，50%左右)高壓旁路(以下簡稱高旁)、關(guān)小低旁的方法來提高再熱蒸汽壓力，使疏水量加大而加快暖管速度。關(guān)小低旁后，低旁后溫度測點顯示溫升率短時升高，但流經(jīng)再熱熱段管路的蒸汽量減小，低旁出口前端溫度得不到有效提升，低旁后管路溫升率很快就會下降。自再熱器出口到中壓主汽閥前大約169 m，再熱器出口至低旁入口處管道長132 m左右，低旁入口處到中壓主汽閥前37 m左右(低旁后溫度測點接在這段管道距中壓主汽閥前10 m左右)。如果廠房外的132 m管道未充分暖管，后端的37 m也將得不到充分暖管，進而延長機組啟動時間。

(2)啟動時暖缸溫差不充分，汽缸膨脹不均勻引起摩擦振動[2]。從前幾次啟動過程發(fā)現(xiàn)，機組冷態(tài)啟動暖機時間過長主要受軸系振動限制，機組發(fā)生振動首先從#1，#2軸承開始，然后整個軸系軸振和蓋振緊隨增大，存在典型的摩擦振動特征，且機組動靜摩擦發(fā)生在高、中壓缸。從參數(shù)變化情況分析原因為：高、中壓缸暖機過程中溫差較大，轉(zhuǎn)子、汽缸膨脹不均勻引起機組動靜間隙過小，從而引起摩擦振動。

(3)高、中壓缸總膨脹遲緩，加長了暖機時間。從廠家提供的汽輪機設(shè)計圖看，中壓缸體積大于高壓缸，在歷次機組冷態(tài)啟動中中壓缸溫升遠遠滯后于高壓缸。自沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min高、中壓缸溫參數(shù)見表1。

啟動過程中高低壓旁路(以下簡稱高低旁)控制不當，使大量再熱蒸汽經(jīng)旁路進入凝汽器，中壓缸進汽量小于高壓缸進汽量，減小了中壓缸進汽量使中壓缸暖機不充分。暖機過程中中壓缸溫升過慢，中、高壓缸溫差較大，影響了高、中壓缸的總體膨脹。

表1 自沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min高、中壓缸溫參數(shù)

3 解決方案

(1)暖管初期合理調(diào)整高低旁開度及主再熱管道疏水方式。鍋爐點火汽包壓力升至0.2 MPa關(guān)閉各主再熱器放氣閥后，稍開高低旁暖管，然后逐漸開大高低旁至25%，配合鍋爐升溫升壓；當爐側(cè)主、再熱蒸汽溫度高于機側(cè)主、再熱蒸汽管壁溫度后，將高旁開至80%以上，低旁開至40%以上，加大蒸汽管道內(nèi)的通流量，提高主、再熱蒸汽管道暖管速度。同時，主蒸汽管道、再熱蒸汽管道(主要指低旁接出口后37 m處)疏水閥全開。

(2)當機側(cè)再熱蒸汽溫度高于中壓主汽閥殼體內(nèi)溫度時，汽輪機掛閘，中壓主汽閥全開，通過中聯(lián)閥四路閥體疏水使再熱蒸汽管道疏水增加至中壓主汽閥處，同時對中壓主汽閥殼體暖閥。當機側(cè)主蒸汽溫度高于高壓主汽閥內(nèi)壁溫度時，按“GV控制”開啟高壓主汽閥，通過高壓主汽閥四路閥體疏水使主蒸汽管道疏水增加至高壓主汽閥處，同時對高壓主汽閥殼體暖閥。開啟主蒸汽導管至夾層聯(lián)箱供汽閥及聯(lián)箱疏水閥，增加主蒸汽管道疏水量。

(3)當爐側(cè)主蒸汽溫度升高過快時，開大高旁增加主蒸汽流量來控制溫升；再熱蒸汽溫度升高過快時，可以投入高旁減溫水來降低再熱器入口溫度，盡量不使用過、再熱蒸汽減溫水。當爐側(cè)主、再熱蒸汽溫度達到300 ℃左右，低旁入口溫度能達到260 ℃左右時，逐漸關(guān)小低旁提高再熱蒸汽壓力至1.0 MPa左右。選擇合適的沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主蒸汽壓力1.5～2.0 MPa，爐側(cè)主蒸汽溫度300～320 ℃，機側(cè)主蒸汽溫度可參考高旁出口溫度270～290 ℃(經(jīng)驗值)；再熱蒸汽壓力0.2～0.3 MPa，爐側(cè)再熱蒸汽溫度280～340 ℃，機側(cè)可參考低旁入口溫度≥240 ℃(經(jīng)驗值)；凝汽器真空84～92 kPa。

(4)汽機沖轉(zhuǎn)后，適當開大高旁、關(guān)小低旁(為防止低旁閥節(jié)流沖刷，低旁閥開度控制在10%以上，汽量低時可采取單側(cè)低旁控制)，控制再熱蒸汽壓力不低于0.45 MPa，以增加中壓缸進汽量[3]，且整個暖機過程中應根據(jù)機組參數(shù)，用高、低旁控制再熱蒸汽壓力不低于0.45 MPa，使高、中壓缸溫升盡量同步。

(5)機組并網(wǎng)后，汽輪機中壓調(diào)節(jié)閥全開后若中壓缸溫升率較小而使中、高壓缸溫差較大時，高旁可保留10%左右開度(用高旁減溫水控制高旁出口溫度在320 ℃左右)，以增加中壓缸進汽量，中、高壓缸溫差小于20 ℃后關(guān)閉高旁。此階段應嚴格控制主、再熱蒸汽溫升速度，防止汽缸溫升過快、脹差超限(控制不大于4.5 mm)而引起機組摩擦振動。

(6)通過執(zhí)行上述5條措施，在保證機組啟動參數(shù)合格的前提下，啟動用時大幅減少。優(yōu)化后機組啟動參數(shù)見表2。

表2 優(yōu)化后機組啟動參數(shù)(2015-12-28)

4 結(jié)論

通過實施上述解決方案，該330 MW汽輪機多次冷態(tài)啟動時間(自沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min正常)縮短到了3 h 20 min左右，極大地提高了機組的經(jīng)濟性和安全性。