汽輪機暖機時間長原因分析及運行調(diào)整措施

黃文興

(國能(泉州)熱電有限公司，福建 泉州 362100)

1 概述

某廠二期#3機組使用哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的CLN670-24.2/566/566型汽輪機，額定功率670MW，最大功率達(dá)731.8MW。本汽輪機為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、八級回?zé)岢槠㈦p背壓、凝汽式汽輪機。高中壓采用高中壓合缸、雙層缸結(jié)構(gòu)。機組采用高、中壓缸同時控制啟動的方式。采用雙回路系統(tǒng)：即高壓缸—高壓排汽通風(fēng)閥—凝汽器回路以及中低壓缸—凝汽器回路。這種系統(tǒng)將高壓排汽與旁路隔離開，保證高排維持較低的壓力，避免高壓排汽端的過熱。在高壓排汽加裝通風(fēng)閥，出口接至凝汽器，在啟動過程中，高排通風(fēng)閥處于開啟狀態(tài)，高排逆止門關(guān)閉，保證高壓缸排汽處于低壓狀態(tài)。為避免汽輪機在高負(fù)荷跳閘或失去負(fù)荷后高壓缸葉片立即過熱，應(yīng)迅速打開通風(fēng)閥，避免高排溫度快速升高。汽輪機掛閘后，高壓調(diào)門GV和中壓主汽門RSV全開，汽輪機轉(zhuǎn)速在TV→GV切換前通過主汽門TV內(nèi)的預(yù)啟閥及中壓調(diào)門IV聯(lián)合控制[1]，如圖1所示。

圖1 機組啟動控制流程示意圖

2 現(xiàn)狀分析

汽輪機中速暖機目的有兩個,一是防止材料的脆性破壞和避免過大的熱應(yīng)力，控制汽機差脹。從沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速，主要是提高高中壓轉(zhuǎn)子溫度，防止低溫脆性破壞。在提高轉(zhuǎn)子溫度的過程中，若暖機轉(zhuǎn)速控制太低，蒸汽放熱系數(shù)小，溫度上升慢，延長了暖機時間。二是若轉(zhuǎn)速控制太高，則會因離心力大而產(chǎn)生脆性破壞的危險。同時由于轉(zhuǎn)子比汽缸的質(zhì)面比小，且受熱條件好，汽缸會產(chǎn)生較大的溫差和應(yīng)力[2]。

#3機組汽輪機中速暖機完成的條件為中速暖機時間達(dá)150min且主汽溫達(dá)420℃，再熱汽溫達(dá)355℃且汽缸膨脹均勻無卡澀，高中壓缸缸脹大于5.0mm，脹差正常。通過查閱二期#3機組啟動過程中中速暖機過程的歷史曲線發(fā)現(xiàn)，#3機組自2020年6月23日以后兩次啟機過程中，高中壓缸缸脹速度緩慢，高中壓缸缸脹不滿足大于5.0mm，造成中速暖機停留時間較長，影響啟機進(jìn)度及啟機能耗，也在一定程度上影響高壓缸使用壽命(見表1)。

表1 近兩次中速暖機所需時間及高壓缸脹前后變化情況

3 原因分析

高壓缸調(diào)節(jié)級出口金屬溫度的變化可以反映高壓缸在暖機過程中是否有進(jìn)汽加熱。經(jīng)sis歷史曲線查得#3機組三次沖轉(zhuǎn)至并網(wǎng)各節(jié)點調(diào)節(jié)級出口金屬溫度參數(shù)，由圖2可知，2020年6月23日中速暖機過程中調(diào)節(jié)級溫升達(dá)154.2℃，高壓缸進(jìn)汽正常暖機效果好。而2021年9月21日和10月3日兩次中速暖機過程中調(diào)節(jié)級溫升≤20℃高壓缸幾乎不進(jìn)汽加熱，二期機組采用高中壓缸聯(lián)合沖轉(zhuǎn)方式，但通過溫升可以看出，2900rpm前高壓缸基本未進(jìn)汽(主汽門預(yù)啟閥幾乎不參與轉(zhuǎn)速控制)，汽輪機轉(zhuǎn)速是通過中壓缸控制，直到TV→GV切換后，預(yù)啟閥開大，調(diào)節(jié)級溫度才飛快上漲。

圖2 #3機組三次沖轉(zhuǎn)過程中沖轉(zhuǎn)節(jié)點調(diào)節(jié)級出口金屬溫度對比

高中壓缸聯(lián)合啟動的機組中速暖機過程，高壓缸進(jìn)汽量大小取決于TV內(nèi)預(yù)啟閥開度，因此，對影響#3機組高壓缸進(jìn)汽量大小的幾個影響因素進(jìn)行分析。

從表2可以看出，2020年6月23日#3機組中速暖機過程中TV閥位(8.11%)和IV閥位(10.48%)開度大，有利于高壓缸有進(jìn)汽。2021年9月21日和10月3日兩次暖機過程主汽門TV、IV開度均小于5%，TV內(nèi)的預(yù)啟閥存在閥位小開度調(diào)節(jié)不線性的死區(qū)(當(dāng)主汽門TV閥位小于5%時，主汽門內(nèi)的預(yù)啟閥開度小或?qū)嶋H未開啟)，使高壓缸幾乎沒有進(jìn)汽量，暖機效果差。因此，建議機組檢修期間對主汽門預(yù)啟閥進(jìn)行解體檢查，消除小開度的調(diào)節(jié)死區(qū)。

表2 #3機組幾次中速暖機過程參數(shù)對比

汽輪機掛閘及暖機過程，主汽門TV及中壓調(diào)門IV開度與再熱器氣壓力及真空高低成反比。適當(dāng)降低再熱器壓力及真空，汽輪機調(diào)速系統(tǒng)邏輯會通過開大調(diào)速器門TV/IV閥位，增加高中壓缸進(jìn)汽量來維持轉(zhuǎn)速恒定，而高壓缸進(jìn)汽量的增加有利于高壓缸暖機更充分。

4 優(yōu)化措施建議

在超臨界機組高中壓缸聯(lián)合啟動過程中，若遇到高壓缸暖機不充分或暖機時間長且因各種原因無法對主汽門預(yù)啟閥進(jìn)行解體檢查。消除小開度的調(diào)節(jié)死區(qū)時，可在保證TSI重要參數(shù)在正常范圍的情況下，控制高低旁開度，適當(dāng)降低再熱蒸氣壓力、降低真空，讓主汽門TV閥位控制在6%～10%，避開主汽門TV小開度不進(jìn)汽的死區(qū)，具體控制參數(shù)見表3。同時需要注意：

表3 調(diào)整參數(shù)參考值

①防止沖轉(zhuǎn)參數(shù)過低使主汽門內(nèi)的預(yù)啟閥全開，TV閥位偏差大，DEH操作員切手動而轉(zhuǎn)速不受控制。尤其注意防止暖機結(jié)束后升速至2900rpm過程中TV/IV因再熱器壓力降低而全開。

②加強高排通風(fēng)閥排汽溫度監(jiān)視，必要時噴水降溫，防止真空過低使高排通風(fēng)閥溫度超限。

③適當(dāng)提高主再熱蒸汽的溫度，保證主汽門前大于56℃過熱度，防止汽輪機進(jìn)水。全面檢查汽機及其各輔助系統(tǒng)運行情況，出現(xiàn)異常立即處理。

5 實施驗證

2022年2月18日，#3機組掛閘沖轉(zhuǎn)升速至2000rpm的過程中，將再熱器壓力由0.39MPa降至0.23MPa，真空由-95kPa降至-93.7kPa，TV開度由0%開至9%，IV由0%開至11.7%。在TV開度小于5%前調(diào)節(jié)級出口金屬溫度沒有上漲，而TV開度大于5%后調(diào)節(jié)級出口金屬溫度開始上漲。高壓缸調(diào)節(jié)級金屬溫度、高壓缸缸脹及高壓缸上下壁溫差等均勻上漲。高壓缸暖機效果良好，達(dá)到預(yù)期效果。

2022年2月18日,#3機組中速暖機時間為156分鐘，高壓缸缸脹達(dá)暖機完成條件值5mm，與同冷態(tài)工況的2021年9月21日暖機完成時間240分鐘相比，節(jié)約90分鐘左右(見表4)，不僅保證了高壓缸在中速暖機均勻膨脹的目的，同時也降低了啟機階段的能耗，提高了機組的經(jīng)濟(jì)性。

表4 兩次暖機參數(shù)對比

6 產(chǎn)生的效益

6.1 安全效益

避免了高壓缸后續(xù)升速3000rpm閥切換時，因暖機不充分或蒸汽與高壓缸金屬壁溫差大造成高壓缸缸體熱應(yīng)力沖擊，延長了汽輪機高壓缸使用壽命。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

①提前1.5小時完成機組開機，按照80%負(fù)荷率計算，300MW和670MW機組分別可增發(fā)電量36萬kWh和80.4萬kWh，按照每臺機組開機1次/年，全年產(chǎn)生效益約8萬元。

②開機各階段期間同步產(chǎn)生效益或節(jié)約成本共計3萬元。

綜合以上兩部分，在零投入的情況下，全年共可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益11萬元。