330MW汽輪機冷態(tài)啟動的熱應(yīng)力控制

王樹元

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

關(guān)鍵詞：330MW汽輪機;冷啟動;熱應(yīng)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(huán)境污染。所以對機組進(jìn)行了升級改造，更換了高壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、高壓嘴等關(guān)鍵設(shè)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(jìn)一步優(yōu)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(jìn)行了研究。

1 汽輪機冷啟動的熱應(yīng)力控制

汽輪機冷啟動中的熱效應(yīng)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(yīng)，需要改進(jìn)汽輪機的啟動方式、暖機方式、和運行參數(shù)，為了減少汽輪機冷啟動的熱應(yīng)，采取了以下方法來控制熱應(yīng)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(shù)變化來區(qū)分的，一種叫做額定參數(shù)啟動另一個叫滑參數(shù)啟動。汽輪機沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)是額定值的是額定參數(shù)啟動，在啟動過程中保持不變的額定參數(shù)。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(chǎn)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?；瑓?shù)啟動會根據(jù)汽輪機的金屬溫度來調(diào)整蒸汽參數(shù)，在啟動中蒸汽參數(shù)要隨著負(fù)荷的提升而變化，滑動參數(shù)啟動可以控制熱應(yīng)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(yīng)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(jìn)汽方式，單閥進(jìn)汽是一種比較好的進(jìn)汽方式，當(dāng)機組進(jìn)行冷啟動時候，可以對高壓缸均勻的加熱，使轉(zhuǎn)子平穩(wěn)的運行，不會產(chǎn)生缸體變形，可以對葉片進(jìn)行很好的控制，所以機組冷啟動要選擇單閥進(jìn)汽的方式。

1.3 沖轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)定

在參照了汽輪機零部件的熱應(yīng)力以后，再選擇汽輪機的沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)，因為汽輪機的啟動速度是由熱應(yīng)力控制的，所以通過對熱應(yīng)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(zhuǎn)的時候蒸汽會使汽輪機的零部件冷卻，產(chǎn)生交變熱應(yīng)力造成金屬疲勞，所以沖轉(zhuǎn)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(zhuǎn)蒸汽的過熱度要大于50度，否則會引起金屬表面結(jié)水。

1.3.2 壓力的確定

在機組冷啟動的時候沖轉(zhuǎn)參數(shù)可以影響到?jīng)_轉(zhuǎn)閥門的大小，如果頻繁的變化沖變參數(shù)會引起交變應(yīng)力增大，還會造成缸體變形膨脹不均勻震動增大的現(xiàn)象，所以影響到了轉(zhuǎn)速。根據(jù)這些特點機組在實際運行中，選擇了正確的參數(shù)合理的進(jìn)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(chǎn)生熱應(yīng)力，所以必須控制蒸汽溫差在合理的范圍之內(nèi)。

1.4 控制沖轉(zhuǎn)應(yīng)力

1.4.1 汽缸加熱的正確使用

為了避免汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中，汽缸和外壁溫差過大造成爆缸現(xiàn)象，所以在汽輪轉(zhuǎn)速比較高的時候要投入夾層加熱。為了避免進(jìn)氣不均勻增大熱應(yīng)力造成氣缸變形故障，就必須打開進(jìn)汽門用總閥門進(jìn)行進(jìn)汽調(diào)節(jié)。

1.4.2 汽輪機暖機轉(zhuǎn)速的設(shè)定

避開轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速來進(jìn)行暖機轉(zhuǎn)速的確定，要防止暖機的時候增大震動增加應(yīng)力效應(yīng)，根據(jù)廠家的指導(dǎo)選擇了理想的轉(zhuǎn)速。

1.5 中速暖機時間

汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行中速暖機，廠家規(guī)定中速暖機時間較短，可是實際情況是按此規(guī)定，高壓缸的溫度只有130度，高轉(zhuǎn)子溫度沒達(dá)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(nèi)部溫度升上來了，中壓缸的溫度也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。所以中速暖機的時間進(jìn)行了修正，保證了中速暖機過程中設(shè)備的安全運行。

1.6 高速暖機的時間

汽輪機沖轉(zhuǎn)速度上來以后就可以進(jìn)行高速暖機，從機組的運行曲線可以看到各參數(shù)控制都滿足要求，而且很好的控制了熱應(yīng)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(fù)荷暖機的應(yīng)力控制

低負(fù)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(yīng)力，讓汽缸的溫度快速上升，避免汽輪機不均勻受熱產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)機組投入使用以后，中壓汽缸的進(jìn)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(guān)加熱設(shè)備，所以中壓汽缸的開關(guān)溫差增大。

2 汽輪機冷啟動的熱應(yīng)力控制效果

機組冷啟動過程中根據(jù)熱應(yīng)力控制的方法，記錄了機組冷啟動的熱應(yīng)力控制，當(dāng)汽輪機金屬升溫時候會產(chǎn)生熱應(yīng)力，必須把熱應(yīng)力控制在材料的允許范圍之內(nèi)，減少冷啟動的熱應(yīng)力。

3 縮短中速暖機時間

增加中壓缸的進(jìn)汽量減少高壓缸的進(jìn)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(jìn)行中缸暖機，在機組中速運轉(zhuǎn)時候使用高壓旁路，減少高壓進(jìn)汽增加中壓進(jìn)汽，一部分蒸汽和高壓混合進(jìn)入加熱器提高中缸進(jìn)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(jìn)行蒸汽加熱，要控制好溫差避免出現(xiàn)金屬疲勞。

（3）蒸汽參數(shù)要選擇合適的，一次進(jìn)汽壓力要偏低一點二次進(jìn)汽再升高壓力，根據(jù)這些理念進(jìn)行了整機實驗取得了一定效果。當(dāng)高壓汽缸溫度升高到一定溫度時，中壓汽缸也跟著升溫，當(dāng)汽缸溫度上上來以后中速暖機就可以結(jié)束了。從冷啟動到達(dá)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(shù)都控制在允許范圍之內(nèi)，由于增加了中缸進(jìn)汽量，所以加速了中壓轉(zhuǎn)子的運動，增加了蒸汽對轉(zhuǎn)子的放熱系數(shù)提高了轉(zhuǎn)子的加熱效應(yīng)。特別對于末端設(shè)備增加了蒸汽對轉(zhuǎn)子的放熱效果，通過對中速暖機時間的控制造成中壓轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度迅速升高，有利于轉(zhuǎn)子越過臨界溫度避免發(fā)生損傷。

4結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：

[1]林潔茹.1 000 MW 火力發(fā)電機組培訓(xùn)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）