330MW汽輪機冷態啟動的熱應力控制

王樹元

摘要：汽輪機的啟動是一個從靜態到動態的過程，國產330MW汽輪機冷啟動時合理使用了高缸旁路系統，縮短了啟動時間節約了大量能源。

關鍵詞：330MW汽輪機;冷啟動;熱應力;控制

電力公司的300MW汽輪機運營多年后，機組的零件老化熱力性能差，造成了大量能源浪費和環境污染。所以對機組進行了升級改造，更換了高壓轉子、低壓轉子、高壓嘴等關鍵設備。通過改造以后功率提高到了330MW，而且能耗也降低了。為了進一步優化資源降低能耗對，330MW汽輪機在冷啟動過程中的熱力控制進行了研究。

1 汽輪機冷啟動的熱應力控制

汽輪機冷啟動中的熱效應會造成汽缸的損傷和金屬疲勞，為了控制汽輪機冷啟動中的熱效應，需要改進汽輪機的啟動方式、暖機方式、和運行參數，為了減少汽輪機冷啟動的熱應，采取了以下方法來控制熱應力。

1.1 控制啟動方式

汽輪機的啟動方式有兩種，是按照汽輪機啟動主氣閥前的蒸汽參數變化來區分的，一種叫做額定參數啟動另一個叫滑參數啟動。汽輪機沖轉蒸汽參數是額定值的是額定參數啟動，在啟動過程中保持不變的額定參數。在冷啟動中由于高溫的蒸汽和金屬氣缸的溫度差很大，所以產生了很大的熱沖擊，在啟動中由于壓力高所以機械反映力度很大。滑參數啟動會根據汽輪機的金屬溫度來調整蒸汽參數，在啟動中蒸汽參數要隨著負荷的提升而變化，滑動參數啟動可以控制熱應力，因為蒸汽溫度和金屬溫度的差值可以影響到熱沖擊造成的熱應力。

1.2 閥門的管理方式

單閥門和順序閥門是兩種汽輪機的閥門進汽方式，單閥進汽是一種比較好的進汽方式，當機組進行冷啟動時候，可以對高壓缸均勻的加熱，使轉子平穩的運行，不會產生缸體變形，可以對葉片進行很好的控制，所以機組冷啟動要選擇單閥進汽的方式。

1.3 沖轉參數設定

在參照了汽輪機零部件的熱應力以后，再選擇汽輪機的沖轉蒸汽參數，因為汽輪機的啟動速度是由熱應力控制的，所以通過對熱應力的有效控制，就可以控制冷啟動的速度。

1.3.1 溫度的選擇

在沖轉的時候蒸汽會使汽輪機的零部件冷卻，產生交變熱應力造成金屬疲勞，所以沖轉的時候蒸汽的溫度要高于金屬的溫度，要比高壓缸和低壓缸高出50度以上溫度，沖轉蒸汽的過熱度要大于50度，否則會引起金屬表面結水。

1.3.2 壓力的確定

在機組冷啟動的時候沖轉參數可以影響到沖轉閥門的大小，如果頻繁的變化沖變參數會引起交變應力增大，還會造成缸體變形膨脹不均勻震動增大的現象，所以影響到了轉速。根據這些特點機組在實際運行中，選擇了正確的參數合理的進行了冷啟動。

1.3.3 溫差的影響

為了防止蒸汽溫差過大，造成汽缸不均勻受熱產生熱應力，所以必須控制蒸汽溫差在合理的范圍之內。

1.4 控制沖轉應力

1.4.1 汽缸加熱的正確使用

為了避免汽輪機沖轉過程中，汽缸和外壁溫差過大造成爆缸現象，所以在汽輪轉速比較高的時候要投入夾層加熱。為了避免進氣不均勻增大熱應力造成氣缸變形故障，就必須打開進汽門用總閥門進行進汽調節。

1.4.2 汽輪機暖機轉速的設定

避開轉子的臨界轉速來進行暖機轉速的確定，要防止暖機的時候增大震動增加應力效應，根據廠家的指導選擇了理想的轉速。

1.5 中速暖機時間

汽輪機沖轉過程中進行中速暖機，廠家規定中速暖機時間較短，可是實際情況是按此規定，高壓缸的溫度只有130度，高轉子溫度沒達到暖機要求。所以機組冷啟動過程中，中速暖機時間延長了一倍，這時候高壓缸的內部溫度升上來了，中壓缸的溫度也達到了標準。所以中速暖機的時間進行了修正，保證了中速暖機過程中設備的安全運行。

1.6 高速暖機的時間

汽輪機沖轉速度上來以后就可以進行高速暖機，從機組的運行曲線可以看到各參數控制都滿足要求，而且很好的控制了熱應力。高速暖機的條件是中壓排汽孔的溫度要高于130度暖機60秒，而且高壓缸的溫度正常。

1.7 汽輪機低負荷暖機的應力控制

低負荷暖機是為了控制汽輪機的熱脹冷縮，讓汽輪機可以均勻加熱，控制汽缸中的熱應力，讓汽缸的溫度快速上升，避免汽輪機不均勻受熱產生熱應力。當機組投入使用以后，中壓汽缸的進汽量比較大，而且隨著蒸汽溫度的升高汽缸的溫度也跟著升高，由于汽輪機沒有開關加熱設備，所以中壓汽缸的開關溫差增大。

2 汽輪機冷啟動的熱應力控制效果

機組冷啟動過程中根據熱應力控制的方法，記錄了機組冷啟動的熱應力控制，當汽輪機金屬升溫時候會產生熱應力，必須把熱應力控制在材料的允許范圍之內，減少冷啟動的熱應力。

3 縮短中速暖機時間

增加中壓缸的進汽量減少高壓缸的進汽量，加速中缸的溫度上升加速中壓缸的金屬溫度升高。

（1）使用高壓旁路進行中缸暖機，在機組中速運轉時候使用高壓旁路，減少高壓進汽增加中壓進汽，一部分蒸汽和高壓混合進入加熱器提高中缸進汽溫度。

（2）使用蒸汽加熱裝置控制溫差，在30秒以后就可以進行蒸汽加熱，要控制好溫差避免出現金屬疲勞。

（3）蒸汽參數要選擇合適的，一次進汽壓力要偏低一點二次進汽再升高壓力，根據這些理念進行了整機實驗取得了一定效果。當高壓汽缸溫度升高到一定溫度時，中壓汽缸也跟著升溫，當汽缸溫度上上來以后中速暖機就可以結束了。從冷啟動到達到速度要求大約100分鐘，比過去縮短了一般的時間。通過金屬升溫曲線來觀查，中速升溫采用高壓旁路金屬部件升溫比較快，溫差膨脹系數都控制在允許范圍之內，由于增加了中缸進汽量，所以加速了中壓轉子的運動，增加了蒸汽對轉子的放熱系數提高了轉子的加熱效應。特別對于末端設備增加了蒸汽對轉子的放熱效果，通過對中速暖機時間的控制造成中壓轉子內的溫度迅速升高，有利于轉子越過臨界溫度避免發生損傷。

4結語

330MW汽輪機冷啟動的過程會消耗很高的能耗，通過高壓進汽的控制可以縮短冷啟動的時間減少產生熱應力，防止輪機組產生金屬疲勞，由于縮短了啟動時間說以很大程度上節約了能源減少了對環境的污染。

參考文獻：

[1]林潔茹.1 000 MW 火力發電機組培訓教材研究.北京電力出版社，2013.

[2]劉永佳.電力工程. 上海教育出版社， 2008.

（作者單位：國電懷安熱電有限公司）