試論9FA型燃機(jī)—汽機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停過(guò)程中的應(yīng)力形成與控制

梁佼鵬 周建

摘?要：本文介紹9FA燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組在啟停過(guò)程中汽輪機(jī)熱應(yīng)力的形成;從溫度匹配、汽輪機(jī)進(jìn)汽方法、主汽溫控制等方面敘述對(duì)汽輪機(jī)熱應(yīng)力的控制方法。

關(guān)鍵詞：燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán);缸溫;汽輪機(jī);熱應(yīng)力;IGV;減溫水;TTXM

1.汽輪機(jī)的熱應(yīng)力

華能金陵燃機(jī)熱電有限公司S109FA燃?xì)?-聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在江蘇電網(wǎng)中作為調(diào)峰運(yùn)行機(jī)組運(yùn)行。汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)和變工況過(guò)程中，由于流經(jīng)汽輪機(jī)各段的蒸汽參數(shù)變化，將引起汽缸和轉(zhuǎn)子溫度的變化在金屬溫度的不穩(wěn)定轉(zhuǎn)變過(guò)程中，金屬內(nèi)外壁或表面各處必然會(huì)產(chǎn)生溫差，因此，金屬內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，而熱應(yīng)力的交變循環(huán)將損耗汽輪機(jī)的壽命。

高溫高壓大功率汽輪機(jī)的啟動(dòng)和帶負(fù)荷，特別是冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程要求十分嚴(yán)格，對(duì)轉(zhuǎn)子和汽缸的熱應(yīng)力要進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視。因?yàn)樵跈C(jī)組啟動(dòng)和帶負(fù)荷過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及汽缸溫度變化將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。如果啟動(dòng)過(guò)程控制不好，將影響汽輪機(jī)的使用壽命，甚至損壞設(shè)備。除了汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)和帶負(fù)荷，產(chǎn)生熱應(yīng)力外，其熱態(tài)啟動(dòng)和主蒸汽溫度變化同樣對(duì)汽輪機(jī)熱應(yīng)力產(chǎn)生不良影響，因此加強(qiáng)機(jī)爐的配合，提高鍋爐的運(yùn)行可靠性是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。汽缸和轉(zhuǎn)子在啟動(dòng)和負(fù)荷變化過(guò)程中，本身的溫度分布是不均勻的，受蒸汽沖刷的表面溫度高，金屬內(nèi)部溫度低，高、中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)汽部分表面溫度較高，中心孔溫度較低，沿著轉(zhuǎn)子半徑存在著一個(gè)由里向外溫度逐步增高的溫度梯度。這個(gè)溫度梯度使金屬各部分膨脹不同，因而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，這種由熱產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力定義為熱應(yīng)力。

2.汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制的意義

汽輪機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程對(duì)汽輪機(jī)汽缸和轉(zhuǎn)子等部件來(lái)說(shuō)是個(gè)加熱的過(guò)程。汽機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，通流部件的溫度幾乎等于室溫。而正常運(yùn)行時(shí)，通流部件的溫度非常高，在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度和缸溫要上升到500度左右，隨著進(jìn)入汽缸蒸汽溫度的提高和流量的增加，蒸汽傳給汽缸和轉(zhuǎn)子的熱量不斷增加，使汽缸和轉(zhuǎn)子的溫度不斷提高，汽缸加熱時(shí)內(nèi)壁溫度高于外壁溫度，內(nèi)壁的熱膨脹受到外壁的約束，受壓縮產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力;而外壁受到內(nèi)壁膨脹的拉伸產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力。同樣，當(dāng)轉(zhuǎn)子被加熱時(shí)轉(zhuǎn)子外表面和中心孔存在溫差，溫度高的外表面受壓縮熱應(yīng)力，中心孔受拉伸熱應(yīng)力。

汽輪機(jī)在降負(fù)荷或停機(jī)的過(guò)程是汽輪機(jī)部件冷卻的過(guò)程，隨著蒸汽溫度的降低和流量下降，汽缸內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子外表面首先被冷卻，而汽缸外壁和轉(zhuǎn)子中心孔則滯后一些，產(chǎn)生的應(yīng)力與啟動(dòng)時(shí)相反。

汽輪機(jī)在啟動(dòng)、升負(fù)荷、穩(wěn)定工況下運(yùn)行、降負(fù)荷至停機(jī)過(guò)程中剛好出現(xiàn)一個(gè)交變熱應(yīng)力循環(huán)。而壓縮和拉伸應(yīng)力得不斷交錯(cuò)循環(huán)，將會(huì)導(dǎo)致金屬產(chǎn)生疲勞裂紋，消耗設(shè)備的使用壽命，并逐漸擴(kuò)大直到斷裂失效。對(duì)于汽輪機(jī)而言，在非穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行（如啟停，增、減負(fù)荷或變溫度運(yùn)行）時(shí)，其金屬部件將受到固定大小和頻率的熱應(yīng)力影響，會(huì)導(dǎo)致材料處于一個(gè)高水平的疲勞度而出現(xiàn)裂紋。減少部件疲勞，控制熱應(yīng)力的最好方法就是控制部件內(nèi)外溫差，控制部件內(nèi)外溫差的最好方法則是延緩部件的升、降溫速率。因此合理的消耗壽命，以便設(shè)備在使用壽命內(nèi)發(fā)揮最大的效益就是設(shè)備熱應(yīng)力控制的目的。這對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.汽輪機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)的劃分及溫度匹配的定義

3.1?汽輪機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)的劃分

根據(jù)S109FA燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組早啟晚停的運(yùn)行情況，將汽輪機(jī)劃分為三種狀態(tài)冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)。汽輪機(jī)高壓缸上缸內(nèi)壁溫度在371℃以上時(shí)稱為熱態(tài)啟動(dòng)。汽輪機(jī)高壓缸上缸內(nèi)壁溫度在204-371℃時(shí)稱為溫態(tài)啟動(dòng)。汽輪機(jī)高壓缸上缸內(nèi)壁溫度在204℃以下稱為冷態(tài)啟動(dòng)。

3.2?溫度匹配的目的及定義

溫度匹配的目的是為了減少汽輪機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中的熱應(yīng)力，確保汽輪機(jī)的壽命。機(jī)組并網(wǎng)后，汽輪機(jī)進(jìn)汽前，根據(jù)汽輪機(jī)狀態(tài)和設(shè)計(jì)要求計(jì)算當(dāng)前匹配的蒸汽參數(shù)值，提出合適的燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度匹配值，由燃料量FSR和IGV共同控制燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度TTXM，以保證余熱鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽經(jīng)過(guò)主汽閥后溫度仍高于汽輪機(jī)汽缸壁溫，從而保證汽缸進(jìn)汽后缸壁均勻受熱，把汽輪機(jī)的熱應(yīng)力控制在可控范圍內(nèi)。

汽輪機(jī)MKVI系統(tǒng)向DCS系統(tǒng)發(fā)送高壓缸進(jìn)汽室第一級(jí)上缸金屬溫度，由DCS系統(tǒng)根據(jù)高壓缸進(jìn)汽室第一級(jí)上缸金屬溫度加上110℃作為燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度控制值，從而實(shí)現(xiàn)燃機(jī)排氣溫度與汽輪機(jī)缸溫的匹配，為了保證高壓主蒸汽溫度進(jìn)入氣缸后對(duì)高壓缸造成冷沖擊造成設(shè)備損傷。同時(shí)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度最大值561℃和最小值371℃進(jìn)行限制，最大值是防止在溫度匹配過(guò)程中，高壓缸未進(jìn)汽過(guò)程中出現(xiàn)余熱鍋爐再熱器干燒、超溫以及汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度超限產(chǎn)生應(yīng)力偏大;最小值則是保證高壓主蒸汽溫度有一定的過(guò)熱度，防止蒸汽帶水保護(hù)汽輪機(jī)，同時(shí)也是燃?xì)廨啓C(jī)在極端工況下也能保證的低限溫度。

4.汽輪機(jī)啟停過(guò)程應(yīng)力變化及控制

4.1?汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)

燃?xì)狻?lián)合循環(huán)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)后，燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)TNR大于100.4即可以投入溫度匹配，此時(shí)汽輪機(jī)的缸溫較低，燃機(jī)MKVI系統(tǒng)會(huì)通過(guò)開大壓氣機(jī)IGV角度來(lái)降低燃機(jī)排氣溫度，使燃機(jī)排氣溫度維持在371℃，當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽條件滿足要求后立即進(jìn)汽，汽輪機(jī)進(jìn)汽模式為“自動(dòng)”，機(jī)組負(fù)荷由燃機(jī)MKVI系統(tǒng)根據(jù)汽輪機(jī)計(jì)算應(yīng)力大小來(lái)控制進(jìn)汽速率，由于汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)缸溫較低，高壓主蒸汽以凝結(jié)換熱的方式將熱量傳遞給缸體，凝結(jié)換熱強(qiáng)度非常劇烈，汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)進(jìn)汽后相關(guān)參數(shù)見表一，從表一可以看出汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)高壓缸溫度上升非?？?，汽輪機(jī)的熱應(yīng)力變化也很明顯。這主要是因?yàn)闇囟绕ヅ渫度牒笕紮C(jī)MKVI是根據(jù)汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸第一級(jí)上缸的金屬溫度加110℃作為燃機(jī)的排氣溫度設(shè)定值，隨著汽輪機(jī)的進(jìn)汽汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸第一級(jí)金屬溫度不斷上升，燃機(jī)排氣溫度設(shè)定值也自動(dòng)上升，主蒸汽溫度不斷上升，燃機(jī)負(fù)荷也不斷增加，而汽輪機(jī)受材料的限制要求溫升很慢。為此我們?cè)谄啓C(jī)冷態(tài)啟動(dòng)中采取以下措施：

（1）汽輪機(jī)進(jìn)汽當(dāng)主調(diào)門開度到達(dá)10%左右時(shí)，此時(shí)汽輪機(jī)的熱應(yīng)力也較大，在MKVI汽機(jī)蒸汽畫面中手動(dòng)點(diǎn)擊汽輪機(jī)負(fù)荷控制HOLD?ON靶標(biāo)，汽輪機(jī)停止進(jìn)汽進(jìn)行低負(fù)荷暖機(jī)，低負(fù)荷暖機(jī)時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組的振動(dòng)、缸脹、差脹、軸向位移、汽輪機(jī)缸溫、上下缸溫差、瓦溫等參數(shù)的變化。待汽輪機(jī)各參數(shù)穩(wěn)定，汽輪機(jī)應(yīng)力穩(wěn)定，蒸汽溫度與缸溫差在30--50℃時(shí)汽輪機(jī)再次進(jìn)汽，如進(jìn)汽過(guò)程出現(xiàn)汽輪機(jī)熱應(yīng)力過(guò)大或振動(dòng)超限立即停止進(jìn)汽，待參數(shù)恢復(fù)正常后繼續(xù)進(jìn)汽。

（2）汽輪機(jī)進(jìn)汽過(guò)程中當(dāng)排氣溫度設(shè)定值上升至380℃以上時(shí)，手動(dòng)將溫度匹配模式由“自動(dòng)”改為“手動(dòng)”方式，人工控制燃機(jī)排氣溫度TTXM的設(shè)定值來(lái)控制汽輪機(jī)缸溫的上升速度，按10℃/10min來(lái)調(diào)節(jié)。此時(shí)缸溫上升速率比較均勻，汽輪機(jī)的熱應(yīng)力也在合理范圍內(nèi)不會(huì)限制汽輪機(jī)進(jìn)汽的速率。

（3）汽輪機(jī)進(jìn)汽完成主調(diào)門開度100%，傳統(tǒng)操作方法將溫度匹配退出，必須待燃機(jī)IGV角度關(guān)至最小全速角49°時(shí)，才能在MKVI主畫面選擇“預(yù)選負(fù)荷”靶標(biāo)，機(jī)組開始繼續(xù)加負(fù)荷，此時(shí)等待IGV角度關(guān)回至49°時(shí)需要等待8—10min，此時(shí)運(yùn)行人員無(wú)法干預(yù)，本文推薦另一種方法：當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽完成后，不退出溫度匹配，溫度匹配仍為“手動(dòng)”調(diào)節(jié)模式，按15℃/10min的速率來(lái)改變?nèi)紮C(jī)排氣溫度TTXM的設(shè)定值，直至TTXM設(shè)定值升至561℃，在人工增加TTXM設(shè)定值的過(guò)程中燃機(jī)IGV的角度緩慢關(guān)至49°，當(dāng)IGV關(guān)至49°后退出溫度匹配，機(jī)組繼續(xù)升負(fù)荷。該方法汽輪機(jī)的熱應(yīng)力會(huì)控制的很好，不會(huì)限制機(jī)組升負(fù)荷的速率，相對(duì)傳統(tǒng)操作方法能節(jié)約機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間5-8min，啟動(dòng)過(guò)程中高壓應(yīng)力最大為75。

（4）汽輪機(jī)進(jìn)汽完成主調(diào)門開度100%后，解除主、再熱蒸汽溫度減溫器后溫度低于504℃超馳關(guān)閉減溫水電動(dòng)截止門和調(diào)節(jié)門，提前投入減溫水控制主再熱蒸汽溫度大于缸溫30℃（保證減溫器后蒸汽具備50℃的過(guò)熱度），避免出現(xiàn)由于主再熱蒸汽溫度過(guò)高，汽輪機(jī)正應(yīng)力過(guò)大限制機(jī)組加負(fù)荷。

（5）汽輪機(jī)進(jìn)汽完成主調(diào)門開度100%后，不要立即投入汽輪機(jī)IPC控制模式，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)如過(guò)早投入汽輪機(jī)IPC模式，汽輪機(jī)主調(diào)門剛開足又關(guān)回去節(jié)流調(diào)節(jié)，不利于汽輪機(jī)充分暖機(jī)加負(fù)荷，待機(jī)組負(fù)荷110MW以上，機(jī)組負(fù)荷不受限制時(shí)投入IPC模式。

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)升負(fù)荷的速率主要受限制于汽輪機(jī)的熱應(yīng)力的影響，因此在整個(gè)汽輪機(jī)進(jìn)汽過(guò)程中操作要慢，汽輪機(jī)充分暖機(jī)，嚴(yán)密監(jiān)視振動(dòng)、缸脹、差脹、軸向位移、汽輪機(jī)缸溫、上下缸溫差、瓦溫等參數(shù)的變化。

表一：汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)參數(shù)情況

主調(diào)門開度

10%

25%

50%

100%

高壓缸溫（℃）

148

280

305

326

中壓缸溫（℃）

96

266

282

302

高壓應(yīng)力

43

68

75

68

中壓應(yīng)力

25

75

71

68

4.2汽輪機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)進(jìn)汽后，高壓缸缸溫下降不明顯，但缸溫上升的速度很快，汽輪機(jī)的熱應(yīng)力也很快由負(fù)變正，汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)見表二，華能金陵燃機(jī)熱電有限公司的汽輪機(jī)型號(hào)是哈汽D10優(yōu)化型產(chǎn)品，采用高中壓合缸，溫態(tài)啟動(dòng)初期由于高壓主蒸汽流量小，經(jīng)汽輪機(jī)做功后的蒸汽進(jìn)入HRSG再熱器中換熱效果差，再熱汽的溫度、壓力較低對(duì)汽輪機(jī)中壓缸會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)應(yīng)力，而且負(fù)應(yīng)力時(shí)間也會(huì)較長(zhǎng)，因此汽輪機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)要適當(dāng)提高汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)，加強(qiáng)對(duì)再熱系統(tǒng)的疏水，待負(fù)應(yīng)力變正后關(guān)閉疏水。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)燃機(jī)負(fù)荷基本不受限制，而汽輪機(jī)的升負(fù)荷速率受汽輪機(jī)金屬材料應(yīng)力的限制，為了平衡兩者之間的矛盾，在汽輪機(jī)溫度啟動(dòng)過(guò)程中我們主要采取以下措施：

（1）燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)受天然氣華白指數(shù)限制，要求燃機(jī)燃料輔助截止閥ASV前天然氣溫度150°時(shí)才允許投入溫度匹配模式，否則燃機(jī)燃燒脈動(dòng)較大，易造成燃機(jī)燃燒系統(tǒng)損壞，但由于機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)鍋爐升溫升壓較慢，待燃機(jī)燃料輔助截止閥ASV前天然氣溫度到達(dá)150°一般機(jī)組并網(wǎng)后需等待25min左右，此時(shí)汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)已經(jīng)滿足要求，本文推薦汽輪機(jī)先進(jìn)汽待天然氣溫度到達(dá)150°后再投入溫度匹配，此時(shí)當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽后會(huì)限制燃機(jī)負(fù)荷，運(yùn)行人員需控制好燃?xì)獾呐艢鉁囟萒TXM，燃機(jī)排氣溫度按照汽輪機(jī)進(jìn)汽前的排氣溫度TTXM控制，當(dāng)排氣溫度TTXM下降時(shí)燃機(jī)手動(dòng)加負(fù)荷，避免出現(xiàn)由于汽輪機(jī)進(jìn)汽后燃機(jī)限負(fù)荷TTXM下降造成主汽溫下跌，影響汽輪機(jī)進(jìn)汽。在燃機(jī)燃料輔助截止閥ASV前天然氣溫度未到達(dá)150°之前要控制好燃機(jī)的燃燒基準(zhǔn)溫度TTRX在1750℉左右，避免燃機(jī)燃燒方式由次先導(dǎo)向先導(dǎo)預(yù)混模式切換，造成機(jī)組燃燒脈動(dòng)大，燃燒方式來(lái)回切換。

（2）汽輪機(jī)進(jìn)汽當(dāng)主調(diào)門開度到達(dá)25%左右時(shí)，此時(shí)汽輪機(jī)的熱應(yīng)力也較大，在MKVI汽機(jī)蒸汽畫面中手動(dòng)點(diǎn)擊汽輪機(jī)負(fù)荷控制HOLD?ON靶標(biāo)，汽輪機(jī)停止進(jìn)汽進(jìn)行低負(fù)荷暖機(jī)，低負(fù)荷暖機(jī)時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組的振動(dòng)、缸脹、差脹、軸向位移、汽輪機(jī)缸溫、上下缸溫差、瓦溫等參數(shù)的變化。待汽輪機(jī)各參數(shù)穩(wěn)定，汽輪機(jī)應(yīng)力穩(wěn)定，蒸汽溫度與缸溫差在30--50℃時(shí)汽輪機(jī)再次進(jìn)汽，如進(jìn)汽過(guò)程出現(xiàn)汽輪機(jī)熱應(yīng)力過(guò)大或振動(dòng)超限立即停止進(jìn)汽，待參數(shù)恢復(fù)正常后繼續(xù)進(jìn)汽。

（3）如汽輪機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)缸溫較低，燃機(jī)需要通過(guò)開大IGV角度獲得較低燃機(jī)排氣溫度TTXM時(shí)，汽輪機(jī)進(jìn)汽完成主調(diào)門開度100%，不退出溫度匹配，將溫度匹配改為“手動(dòng)”調(diào)節(jié)模式，按15℃/10min的速率來(lái)改變?nèi)紮C(jī)排氣溫度TTXM的設(shè)定值，直至TTXM設(shè)定值升至561℃，在人工增加TTXM設(shè)定值的過(guò)程中燃機(jī)IGV的角度緩慢關(guān)至49°，當(dāng)IGV關(guān)至49°后退出溫度匹配，機(jī)組繼續(xù)升負(fù)荷。該方法汽輪機(jī)的熱應(yīng)力會(huì)控制的很好，不會(huì)限制機(jī)組升負(fù)荷的速率，相對(duì)傳統(tǒng)操作方法能節(jié)約機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)間3min，減少機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。

表二：汽輪機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)參數(shù)情況

主調(diào)門開度

10%

25%

50%

100%

高壓缸溫（℃）

195

323

333

357

中壓缸溫（℃）

178

298

304

318

高壓應(yīng)力

-6

65

58

45

中壓應(yīng)力

-5

20

35

48

4.3汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)，機(jī)組并網(wǎng)后待燃機(jī)燃料輔助截止閥ASV前天然氣溫度到達(dá)150°時(shí)投入溫度匹配，一般機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)等待天然氣溫度需要10min左右，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)由于汽輪機(jī)的高壓內(nèi)缸第一級(jí)的溫度較高，對(duì)于早啟晚停機(jī)組缸溫一般在510℃以上，燃機(jī)通過(guò)加負(fù)荷來(lái)提高燃機(jī)的排氣溫度TTXM到達(dá)溫度匹配的上限值561℃，在燃機(jī)燃料輔助截止閥ASV前天然氣溫度未到達(dá)150°之前要控制好燃機(jī)的燃燒基準(zhǔn)溫度TTRX在1750℉左右，避免燃機(jī)燃燒方式由次先導(dǎo)向先導(dǎo)預(yù)混模式切換，造成機(jī)組燃燒脈動(dòng)大，燃燒方式來(lái)回切換。汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)由于進(jìn)汽參數(shù)較高，汽輪機(jī)進(jìn)汽初期由于汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量較小，經(jīng)過(guò)調(diào)門節(jié)流后主蒸汽溫度低于汽輪機(jī)各部件的溫度，這樣進(jìn)汽初期汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸表面會(huì)受到冷卻的拉應(yīng)力，后階段隨著主調(diào)門的開大和燃機(jī)負(fù)荷的增加，高壓主汽溫不斷提高，高于汽輪機(jī)各部件的溫度后以對(duì)流換熱的形式將熱量傳遞給汽輪機(jī)，此時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸表面受壓應(yīng)力，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)進(jìn)汽后相關(guān)參數(shù)見表三。針對(duì)上述汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中要經(jīng)歷一個(gè)壓拉應(yīng)力過(guò)程，我們采取控制應(yīng)力的方法：

（1）提高汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)的進(jìn)汽參數(shù)，當(dāng)主蒸汽溫度高于高壓缸上內(nèi)缸第一級(jí)溫度后，汽輪機(jī)開始進(jìn)汽。

（2）汽輪機(jī)進(jìn)汽后將溫度匹配由“自動(dòng)”模式改為“手動(dòng)”模式，通過(guò)手動(dòng)增加燃機(jī)排氣溫度TTXM定值，從而提高主再熱蒸汽的溫度，到達(dá)減小汽輪機(jī)高中壓缸轉(zhuǎn)子和缸體表面的負(fù)應(yīng)力。

表三：汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)參數(shù)情況

主調(diào)門開度

10%

25%

50%

100%

高壓缸溫（℃）

520

513

520

530

中壓缸溫（℃）

508

493

494

502

高壓應(yīng)力

-20

0

4

15

中壓應(yīng)力

-8

-68

-62

-7

4.4滑參數(shù)停機(jī)

當(dāng)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)主設(shè)備故障需要臨時(shí)檢修時(shí)，為了節(jié)約機(jī)組檢修工期，縮短機(jī)組停機(jī)盤車時(shí)間，此時(shí)我們需要采用滑參數(shù)停機(jī)，最大限度降低汽輪機(jī)的缸溫，提前進(jìn)入檢修。由于GE公司未提供相關(guān)滑參數(shù)停機(jī)的技術(shù)資料，本文主要介紹通過(guò)“手動(dòng)”控制溫度匹配的方法進(jìn)行滑參數(shù)停機(jī)。滑參數(shù)停機(jī)耗時(shí)約4小時(shí)，滑參數(shù)停機(jī)后汽輪機(jī)高壓缸缸溫最低可以降至380℃，滑參數(shù)停機(jī)過(guò)程中應(yīng)控制好主、再汽溫度與缸溫之差在+5～-20℃，同時(shí)保證蒸汽具有50℃過(guò)熱度，嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組的振動(dòng)、缸脹、差脹、軸向位移、汽輪機(jī)缸溫、上下缸溫差、瓦溫等參數(shù)的變化，如果有參數(shù)變化過(guò)快或是達(dá)到報(bào)警值，必須暫停降汽溫，待相關(guān)參數(shù)變化穩(wěn)定后再進(jìn)行操作。滑參數(shù)停機(jī)的主要操作步驟：

（1）機(jī)組負(fù)荷降至280MW。

（2）聯(lián)系熱控，退出主、再熱蒸汽溫度低強(qiáng)關(guān)主、再熱蒸汽減溫水門邏輯。

（3）預(yù)選負(fù)荷設(shè)定為140MW，機(jī)組開始減負(fù)荷，注意IGV開始關(guān)閉，TTXM上升，此時(shí)應(yīng)密切注意主、再熱汽溫的變化情況，控制主、再汽溫不低于550℃。

（4）降負(fù)荷過(guò)程中控制好汽包水位，密切監(jiān)視機(jī)組振動(dòng)變化情況。

（5）負(fù)荷至140MW左右時(shí)，手動(dòng)退出中壓背壓控制閥，注意監(jiān)視中壓旁路閥自動(dòng)工作情況，控制旁路閥后溫度在150℃內(nèi)。

（6）通過(guò)預(yù)選負(fù)荷控制，緩慢降負(fù)荷，監(jiān)視燃機(jī)排氣溫度變化，直至燃機(jī)排氣溫度降至560℃左右。此過(guò)程中控制主、再熱汽溫下降速率在規(guī)定范圍內(nèi)。

（7）在余熱鍋爐“Overview”界面中將溫度匹配改為手動(dòng)模式，設(shè)定溫度匹配定值為560℃，在Mark?Ⅵ溫度匹配頁(yè)面投入溫度匹配。

（8）每十分鐘降低“溫度匹配”設(shè)定值10℃，根據(jù)應(yīng)力情況適當(dāng)調(diào)整，控制汽溫、缸溫下降速率在規(guī)定范圍內(nèi)。

（9）當(dāng)主汽壓力在5MPa左右時(shí)，將高壓旁路切至手動(dòng)，手動(dòng)退出IPC，維持高壓調(diào)門在全開狀態(tài)。

（10）當(dāng)主汽溫度到400℃左右，開啟高、中主汽門閥座前后疏水、高壓主蒸汽管道疏水、再熱蒸汽管道疏水。

（11）當(dāng)溫度匹配定值降至371℃，并穩(wěn)定30分鐘后，在Mark?Ⅵ汽輪機(jī)控制頁(yè)面上點(diǎn)擊“Auto?Stop”，汽輪機(jī)負(fù)荷降到0。在高壓調(diào)門關(guān)閉時(shí)，將高壓旁路投自動(dòng)模式，維持主汽壓力相對(duì)穩(wěn)定。

（12）當(dāng)高壓調(diào)門全關(guān)后，退出溫度匹配，機(jī)組點(diǎn)擊stop按正常程序停機(jī)。

5.結(jié)束語(yǔ)

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)在啟停過(guò)程中各部件要經(jīng)歷壓—拉和拉—壓的過(guò)程，其中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的工作狀況最惡劣，既要受到熱應(yīng)力的影響又要受離心力的作用，汽輪機(jī)頻繁啟停會(huì)造成設(shè)備疲勞損壞，在汽輪機(jī)運(yùn)行中要多關(guān)注汽輪機(jī)熱應(yīng)力的變化，控制好蒸汽溫度與汽輪機(jī)金屬溫度的溫差。針對(duì)S109F燃?xì)?-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組通過(guò)手動(dòng)溫度匹配來(lái)控制燃機(jī)排氣溫度TTXM定值、汽輪機(jī)間斷進(jìn)汽、提前介入主再熱減溫水等方法來(lái)控制汽輪機(jī)啟停過(guò)程中的熱應(yīng)力，保證汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中不受熱應(yīng)力限制加負(fù)荷速率，從而提高機(jī)組的啟動(dòng)速度，節(jié)約機(jī)組啟動(dòng)成本，在機(jī)組需要臨時(shí)檢修時(shí)可以提前降低汽輪機(jī)的缸溫，為機(jī)組臨檢節(jié)約時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)華電集團(tuán)公司.《大型燃?xì)狻?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書》[M].中國(guó)電力出版社，2009.

[2]GE公司.9F燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行維護(hù)手冊(cè).

[3]華能金陵燃機(jī)熱電有限公司汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程.2014年10月第三版.

作者介紹：

梁佼鵬（1985-），男，山西陽(yáng)泉人，華能金陵燃機(jī)熱電有限公司運(yùn)行主值，從事燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行工作。

周建（1982-），男，江蘇鹽城人，華能金陵燃機(jī)熱電有限公司運(yùn)行值長(zhǎng)，從事燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行管理工作。