600 MW 超臨界汽輪機(jī)冷態(tài)啟動的高壓差脹控制

蘇廣華

（國電蚌埠發(fā)電有限公司，安徽蚌埠 233411）

0 引言

當(dāng)差脹超過規(guī)定值時，無論是正差脹還是負(fù)差脹，都會使汽輪機(jī)動葉和靜葉之間的軸向相對距離減小，甚至發(fā)生動靜部分的摩擦，進(jìn)而引起汽輪機(jī)組振動增大，甚至葉片損壞和大軸彎曲等嚴(yán)重事故。在實際運行中，若差脹增大甚至超標(biāo)，則應(yīng)通過運行調(diào)整進(jìn)行控制，以保證汽輪機(jī)的安全運行。本文通過對某引進(jìn)型N600-24.2/566/566 超臨界汽輪機(jī)的冷態(tài)啟動過程中高壓差脹增大趨勢的分析，制定相應(yīng)的調(diào)整措施，控制差脹在規(guī)定范圍內(nèi)并縮短暖機(jī)時間，對機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性都有重大意義。

1 機(jī)組概況

汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠的引進(jìn)型超臨界600 MW 中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，型號N600-24.2/566/566，超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、具有八級非調(diào)整回?zé)岢槠捎枚āǖ膹?fù)合變壓運行方式，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min。

（1）汽輪機(jī)蒸汽流程。機(jī)組啟動采用高壓缸、中壓缸同時控制啟動的方式（BYPASS ON），系統(tǒng)配備高、低壓二級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽由高壓主汽門和高壓調(diào)節(jié)閥并通過4 根連接閥門和高壓缸的導(dǎo)汽管進(jìn)入高壓汽輪機(jī)，再經(jīng)過葉片級的做功后通過高壓外缸下部的排汽口進(jìn)入再熱器，進(jìn)一步提高電廠循環(huán)的熱效率。蒸汽從再熱器再次升溫后通過兩個中壓主汽門和4 個調(diào)節(jié)閥返回到中壓缸，再經(jīng)中壓缸向上排汽口的兩根中低壓連通管流入雙流、反動式的低壓缸，蒸汽做功后向下進(jìn)入凝汽器。

（2）高壓差脹保護(hù)值。高中壓缸采用高中壓合缸、雙層缸結(jié)構(gòu)，沿水平中分面分開，形成上缸和下缸。內(nèi)缸上部和下部用定位銷導(dǎo)向，并維持相對汽輪機(jī)軸線的正確位置，保證其隨溫度變化可以自由膨脹和收縮。高壓差脹儀安裝位置在機(jī)組前軸承箱內(nèi)，主要作用是指示轉(zhuǎn)子和汽缸之間的相對軸向位移和軸向間隙變化趨勢。汽輪機(jī)的高壓差脹整定的報警值和脫扣值由汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)來決定，該汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子伸長報警9.62 mm、遮斷值10.28 mm，轉(zhuǎn)子縮短報警值-4.56 mm、遮斷值-3.8 mm，冷態(tài)值0 mm。

2 冷態(tài)啟動程序

2.1 啟動程序確定

根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽之前，通過高壓缸第一級處的金屬溫度值T 確定采用合適的啟動程序：當(dāng)高壓（HP）轉(zhuǎn)子的金屬初始溫度值T<204 ℃，應(yīng)按冷態(tài)啟動程序進(jìn)行；當(dāng)T≥204 ℃時，按熱態(tài)啟動程序進(jìn)行。

2.2 高、中壓缸聯(lián)合啟動

該機(jī)組采用帶旁路的汽輪機(jī)啟動，即高、中壓缸聯(lián)合啟動。采用雙回路系統(tǒng)：一路由高壓缸→高壓排汽通風(fēng)閥→凝汽器回路；另一路由中壓缸→低壓缸→凝汽器回路。啟動時主蒸汽溫度和壓力等參數(shù)的選擇應(yīng)該落在給定的“冷態(tài)啟動主蒸汽參數(shù)”曲線所劃分的區(qū)域內(nèi)，冷態(tài)啟動進(jìn)入汽輪機(jī)入口的主蒸汽溫度過熱度不低于56 ℃、主蒸汽溫度不大于427 ℃，這樣汽輪機(jī)能夠得到均勻加熱和最佳的差脹。

轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)至定速3000 r/min 的主要步驟如下：

社會工作的增能理論和陸九淵的心學(xué)理論作為古今中外兩種不同的理論肯定擁有巨大的區(qū)別，這一點是毋庸置疑的。但是經(jīng)過比較，我們欣喜的發(fā)現(xiàn)，兩種理論也同時具有多種重要的相似點。這意味著增能理論在中國傳統(tǒng)主流思想中是有著些許對應(yīng)的。這樣我們在做增能理論本土化工作或增能理論本土實踐工作的時候就有了可以憑借的本土思想資源。

（1）確認(rèn)DEH（Digital Electro-Hydraulic Control system，汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)）在BYPASS ON 方式，汽機(jī)掛閘沖轉(zhuǎn)升速至600 r/min，進(jìn)行120 s 閥記憶，之后轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)換為TV/IV共同控制（其中，TV 表示高壓主汽門控制回路，IV 表示中壓調(diào)門控制回路）。

（2）汽輪機(jī)磨檢后升速至1200 r/min 進(jìn)行中速暖機(jī)。

（3）中速暖機(jī)結(jié)束后，升速到2800 r/min 進(jìn)行240 s 狀態(tài)記憶。

（4）閥門狀態(tài)記憶結(jié)束，升速到2870 r/min 后進(jìn)行TV/GV轉(zhuǎn)速控制切換（GV 表示高壓調(diào)門控制回路）。

（5）TV/GV 閥切換完成后，以50 r/min 的升速率定速3000 r/min，進(jìn)入發(fā)電機(jī)同期控制階段。

3 汽輪機(jī)啟動過程差脹的變化和控制

機(jī)組冷態(tài)開機(jī)到正常參數(shù)接帶負(fù)荷這一過程，蒸汽溫度的變化必然會引起汽缸膨脹。通過各階段暖機(jī)過程后，汽缸和轉(zhuǎn)子的溫度逐步相近，兩者之間的相對膨脹差值隨之減小，動靜部分的相對軸向間隙變大。通過冷態(tài)開機(jī)的不同階段對高壓差脹的變化進(jìn)行分析并采用相適應(yīng)的控制手段。冷態(tài)啟動整個過程中，高壓差脹隨軸封投運和轉(zhuǎn)速等變化趨勢如圖1 所示。

圖1 冷態(tài)啟動過程中高壓差脹變化趨勢

3.1 投軸封階段差脹變化控制

這一階段軸封汽溫度高于汽輪機(jī)汽缸和轉(zhuǎn)子溫度，但此時汽量較小、對汽缸的膨脹影響不大，而使汽封處的軸頸伸長較大，差脹值表現(xiàn)正方向變化。在冷態(tài)啟動時，適當(dāng)降低軸封進(jìn)汽溫度，對沖轉(zhuǎn)前控制差脹有明顯的作用。軸封溫度應(yīng)按以下原則控制：高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子軸封蒸汽與轉(zhuǎn)子表面金屬溫差應(yīng)小于111 ℃，同時軸封蒸汽溫度有14 ℃以上的過熱度，以防軸封汽帶水或汽缸進(jìn)水。

從曲線分析，機(jī)組盤車狀態(tài)時高壓差脹0.64 mm，與汽輪機(jī)運行說明書規(guī)定的冷態(tài)高壓差脹0 mm 相近，差脹符合冷態(tài)開機(jī)要求。隨著投軸封抽真空的進(jìn)行差脹上升，至真空建立后穩(wěn)定在2.88 mm。

3.2 暖機(jī)階段差脹變化控制

汽輪機(jī)由盤車狀態(tài)沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速3000 r/min 的過程，蒸汽的流通量逐漸增大，轉(zhuǎn)子質(zhì)量小而快速發(fā)生膨脹，而進(jìn)入高壓缸蒸汽量少、溫度低，汽缸相對膨脹量小，因此高壓差脹持續(xù)增大。恰恰這個階段是控制高壓差脹正值大小的關(guān)鍵。

3.2.1 冷態(tài)沖轉(zhuǎn)的初參數(shù)

冷態(tài)啟動中的差脹控制好壞和主、再熱汽溫控制密切相關(guān)。在啟動初期，再熱蒸汽主要隨著主汽溫度變化，因此嚴(yán)格控制主汽溫度是為控制差脹增大打下的牢固基礎(chǔ)。主蒸汽溫度和壓力等參數(shù)的選擇應(yīng)該處在“冷態(tài)啟動主蒸汽參數(shù)”曲線所示劃分的區(qū)域，根據(jù)啟動蒸汽曲線和實際啟動經(jīng)驗，沖轉(zhuǎn)前的主蒸汽溫度控制在350～380 ℃，主汽壓力2.0～2.5 MPa，再熱蒸汽溫度約310 ℃，壓力0.05～0.10 MPa。汽溫主要通過給煤量、給水量和風(fēng)量的匹配進(jìn)行控制，若高壓差脹持續(xù)升高而主蒸汽溫度控制不理想，可以采取降低鍋爐給煤量1～2 t/h 的辦法降低主汽溫度和壓力。

3.2.2 升溫升壓速率

嚴(yán)格按照冷態(tài)啟動曲線控制升溫升壓速率，保持參數(shù)的穩(wěn)定不超限是控制差脹的重要辦法。在點火的初始升壓階段，汽水分離器出口溫度低于100 ℃時，控制蒸汽升溫速率不大于1.1 ℃/min；在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，分離器出口蒸汽的升溫速率不大于1.5 ℃/min，汽水分離器和貯水箱金屬內(nèi)壁溫升不大于5 ℃/min，內(nèi)外壁溫差≤25 ℃。

機(jī)組冷態(tài)啟動時，第一臺制粉系統(tǒng)啟動后，給煤量控制在23～25 t/h，若汽溫汽壓上升趨于平穩(wěn)再少量增加給煤量，避免煤量過大引起升溫速率大，汽溫升高較快。

3.2.3 汽輪機(jī)滑銷系統(tǒng)

機(jī)組啟動前，為防止出現(xiàn)高中壓汽缸兩側(cè)膨脹不均、汽缸絕對膨脹值滯后或膨脹值跳變等由于滑銷系統(tǒng)卡澀造成的異常情況，應(yīng)提前對汽輪機(jī)進(jìn)行臺板注油，保證汽缸自由膨脹。

3.2.4 蒸汽流量大小

中速暖機(jī)時，蒸汽流量小，汽缸加熱膨脹相對轉(zhuǎn)子小，可以通過調(diào)整增加流通量縮短暖機(jī)時間。真空系統(tǒng)保留一臺真空泵運行，必要時截流入口電動閥，控制機(jī)組的凝汽器真空在85～90 kPa；高低壓加熱器隨機(jī)投入，以增加機(jī)組的抽汽量，提高汽缸的加熱速度。高低壓加熱器的投入也提高了給水溫度，減少爐側(cè)給煤量的，同時縮短暖機(jī)達(dá)到提高啟動過程的經(jīng)濟(jì)性。

3.2.5 暖機(jī)時間和轉(zhuǎn)速

在中速暖機(jī)過程中高壓差脹不斷上升到7.72 mm，高壓差脹存在無法控制升至超限的情況，此時通過繼續(xù)提高汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，通過泊桑效應(yīng)使轉(zhuǎn)子變粗、變短，升速至3000 r/min 過程中，高壓差脹下降至7.18 mm。同時高轉(zhuǎn)速增加了蒸汽進(jìn)量，汽缸膨脹速度上升，相對遲滯高壓差脹的變化。定速3000 r/min后，利用機(jī)組并網(wǎng)前的時間將汽缸充分暖透，高壓差脹將會平穩(wěn)最終下降。額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)80 min 以后，高壓差脹達(dá)到最大值8.95 mm，至并網(wǎng)前出現(xiàn)明顯下降的趨勢。通過理論分析實際現(xiàn)象，提高轉(zhuǎn)速和延長暖機(jī)時間對降低高壓差脹有明顯效果。

3.3 并網(wǎng)帶負(fù)荷階段差脹變化控制

在汽輪發(fā)電機(jī)組同期并列接入電網(wǎng)帶基本負(fù)荷階段，汽輪機(jī)的蒸汽流量顯著增加，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和汽缸劇烈受熱，調(diào)節(jié)級的溫升較大，升負(fù)荷速率成為高壓差脹的關(guān)鍵影響因素，因此，并網(wǎng)后需要100 MW 低負(fù)荷暖機(jī)，這一負(fù)荷階段暖機(jī)要充分，使汽缸在較低的蒸汽參數(shù)下充分膨脹。當(dāng)高壓差脹、低壓差脹和缸脹等參數(shù)趨于穩(wěn)定后再繼續(xù)增帶負(fù)荷，同時保證主再熱蒸汽參數(shù)平穩(wěn)，避免機(jī)組負(fù)荷、蒸汽溫度等參數(shù)反復(fù)變化。增加低負(fù)荷暖機(jī)，可以控制差脹不超限，保證機(jī)組運行安全。同時縮短機(jī)組總的啟動時間，提高啟動過程的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)束語

在機(jī)組的啟動過程中，應(yīng)從投軸封抽真空開始關(guān)注高壓差脹等汽輪機(jī)本體參數(shù)變化，通過鍋爐的燃燒調(diào)整生產(chǎn)合格穩(wěn)定的主再熱蒸汽。沖轉(zhuǎn)過程中滿足條件再進(jìn)行升速，并網(wǎng)接帶負(fù)荷時暖機(jī)要充分，升負(fù)荷速率要符合各項參數(shù)變化要求，避免蒸汽壓力溫度大幅度的反復(fù)變化，以期達(dá)到汽缸和轉(zhuǎn)子自由同步膨脹，汽機(jī)本體參數(shù)在允許范圍內(nèi)。加強(qiáng)對汽輪機(jī)高壓差脹等參數(shù)的變化趨勢監(jiān)視，通過分析找出相關(guān)的影響因素，制定解決辦法，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運行，縮短啟動的時間，進(jìn)而節(jié)約開機(jī)消耗，提高經(jīng)濟(jì)性。