淺析660MW汽輪機冷態啟動暖機時間的控制

徐翔 婁杉

摘 要：上海汽輪機廠660MW超超臨界二次再熱汽輪機在冷態啟動中的620r/min低速暖機階段，因中壓缸進汽量小，導致暖機時間過長，在冷態啟動中耗費了大量時間和成本。本文詳細分析了冷態啟動暖機時間長的原因，并提出了解決方案。

關鍵詞：X7f準則、暖機、冷態啟動

國家能源集團宿遷發電有限公司二期2×660MW二次再熱超超臨界機組選用上海汽輪機廠引進的西門子汽輪機，型式為：超超臨界、二次中間再熱、十級回熱抽汽、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機，型號為N660-31/600/620/620。DEH采用西門子SPPA-T3000控制系統。鍋爐采用上海鍋爐廠超超臨界塔式直流爐，型號為SG-1903/32.45- M6101。

在機組冷態啟動中，由于中壓缸進汽量小等原因，在620r/min低速暖機時需要8小時以上方能完全滿足X7f準則，大大延長了啟動時間、增加了啟動成本。

1.溫度測點布置與X7準則

上海汽輪機廠N660-31/600/620/620型汽輪機中壓缸采用雙流程和三層缸設計，三層缸自內而外分別為內內缸、外內缸、外缸。中壓內內缸溫度測點布置在內內缸第三級葉片位置，內外缸溫度測點布置在內外缸第五、六級葉片位置。

在汽輪機冷態啟動升速過程中，預防轉子低溫脆性損傷是相當重要的，應將中壓轉子充分預暖，使中壓轉子具有較好的抗脆性破壞能力，以增強對升速中較大離心力以及熱應力的承受能力。為判斷汽輪機轉子、汽缸暖機結束，DEH中設置了X7a～X7f準則，在620r/min暖機期間，X7f準則最難以滿足，是制約冷態啟動節點的關鍵因素。

上海汽輪機廠660MW機組中壓轉子采用13Cr9Mo2Co1NiVNbNB（超級馬氏體耐熱鋼），其脆性轉變溫度（FATT）≤116℃。X7f邏輯要求中壓內內缸溫度≥231.6℃、中壓外內缸溫度≥259.7℃這兩個條件全部滿足。如果在X7f準則不滿足情況下強行沖轉，會影響轉子壽命，甚至造成嚴重事故。

2.影響X7f準則滿足的因素分析

660MW汽輪機冷態啟動中在620r/min暖機時，中壓缸調門開度小、進汽量小、蒸汽放熱系數低，加上中壓缸缸體和轉子熱慣性大等因素，導致中壓轉子、內缸金屬溫升速度緩慢。此外，由于中調門開度過小、閥門流量特性較差，中壓調門高頻率抖動。

影響中壓調門開度的主要原因分析：

（1）鍋爐側蒸汽參數偏高。上海汽輪機廠使用說明書中要求的冷態啟動主汽參數8MPa/400℃;一次再熱壓力≤2.0～2.5MPa、一次再熱汽溫度380℃;二次再熱壓力≤0.8～1.0MPa，二次再熱汽溫度380℃。

因鍋爐及旁路特性，如按廠家要求控制主蒸汽壓力8MPa，需維持兩臺磨煤機運行，主/再蒸汽溫度只能控制在500℃左右，較廠家要求高出100℃左右，通過計算，蒸汽流量較設計值低29.17%。

（2）凝汽器背壓。凝汽式汽輪機啟動時，背壓也不需要太低，若背壓太低，則會使蒸汽流量減小而延長暖機時間。上汽660MW汽輪機要求沖轉前凝汽器背壓大于13kPa即可。根據經驗，凝汽器背壓每升高1kPa，汽輪機汽耗增加1.5～2.5%。如凝汽器背壓從4kPa提高至12kPa，蒸汽流量可提高12～20%。

（3）DEH中各汽缸流量分配。二次再熱機組較一次再熱多一個超高壓缸，采用超高壓、高壓、中壓缸聯合啟動方式時，各汽缸根據DEH中預先設定的流量——閥位指令曲線，控制各缸調節汽門的開度。在620r/min定速時，流量指令在8%左右，對應超高壓、高壓、中壓調門開度分別通常在2.5%、5%、2.3%左右，中壓調門開度較小。

3.提高暖機速度的方案

（1）盡早投入汽輪機軸封

啟動前，在盤車投入正常后，可盡早投入汽輪機軸封、抽真空。投入軸封后，中壓缸內缸的溫升速率約1～1.5℃/小時。該方案對減少暖機時間作用有限，但可使鍋爐盡早進行點火、熱態清洗操作，減少沖轉前等待汽水品質合格的時間。

（2）降低鍋爐側蒸汽參數

根據實踐經驗，主汽壓6.0MPa即可滿足汽輪機沖轉至620r/min的要求。在此基礎上對運行方式進行優化調整，汽輪機在沖轉至620r/min時只保持一臺磨煤機運行，煤量控制在48t/h;在升全速前再啟動第二臺磨煤機、將沖轉參數提高到廠家規定值。優化后，機側沖轉參數有明顯下降，主/再熱蒸汽壓力控制在6.0/1.7/0.5MPa，主/再熱蒸汽溫度可降低至465/480/480℃，經計算，蒸汽流量較調整前高16.5%。

（3）降低超高壓、高壓調門的閥限

通過對DEH邏輯的檢查，將超高壓、高壓調門的閥限降低到2.0%是可行的。某次冷態啟動中，降低超高壓、高壓調門的閥限后，超高排、高排溫度均有所降低，同時中壓調門開度由2.51%提高到3.82%，中壓內缸溫升速率達到32.66℃/小時，暖機效果明顯改善，且中調門抖動現象消失。

（4）降低凝汽器背壓

某次溫態啟動，中壓內缸初始溫度148℃。在超高壓/高壓調門的閥限降低到2.0%、其他參數穩定的條件下，通過階段性關閉真空泵進氣蝶閥，將凝汽器背壓由4.2kPa降低并控制在8～12kPa。由下圖可見，降低凝汽器背壓對中壓缸溫升速率影響明顯，中壓內缸溫升率提高了70%以上，僅用了1.85小時即完成了低速暖機。

（5）汽輪機啟動方式優化

如需進一步減少暖機時間，則需要考慮使用中壓缸啟動的方式。中壓缸啟動的優勢是中壓缸單獨運行、進汽量較聯合啟動有所增大，有利于中壓缸暖機。

上海汽輪機廠660MW機組T3000控制系統中設置了“Startup Mode With VHP”和“Startup Mode Without VHP”兩種啟動方式。“With VHP”，是傳統的超高壓、高壓、中壓缸聯合啟動方式。如果選擇“Without VHP”，則超高壓、高壓缸均不參與啟動，僅中壓缸進汽。可以在沖轉前選擇中壓缸啟動，在沖轉至額定轉速，發電機并網后，再手動將超高壓、高壓缸并缸。

4.結論

由于660MW二次再熱汽輪機中壓缸的結構特點，導致中壓轉子暖機過程過長。通過優化沖轉參數、調整鍋爐運行方式、控制凝汽器背壓、降低超高壓/高壓調門的閥限等手段，將低速暖機時間降低到3小時以內，并可避免中壓調門高頻率抖動對閥體的損傷，顯著節約冷態啟動中的時間、輔機電耗和燃料成本。

參考文獻：

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