超高壓汽輪機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)易出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策

摘 要：一次中間再熱大容量汽輪發(fā)電機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的操作過(guò)程，它的許多因素都決定著啟動(dòng)的成敗。220MW機(jī)組在極熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中及其容易的產(chǎn)生溫差超限、動(dòng)靜摩擦、脹差超限等一系列問(wèn)題，特別是印尼北蘇門答臘島這種電網(wǎng)比較小的海島，電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致的高負(fù)荷跳機(jī)情況不斷出現(xiàn)，使得機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)變得頻繁，這里通過(guò)對(duì)棉蘭電廠二號(hào)機(jī)組在多次極熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行研究分析，從而總結(jié)出規(guī)律。

關(guān)鍵詞：220MW；汽輪機(jī)極；脹差；溫差；問(wèn)題；對(duì)策

印度尼西亞棉蘭電廠一期是廣東火電工程有限公司在印尼的EPC項(xiàng)目，項(xiàng)目是兩臺(tái)220MW的常規(guī)燃煤?jiǎn)卧茩C(jī)組。汽輪發(fā)電機(jī)組采用的是北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司的設(shè)備。主汽額定壓力12.75MPa，主汽額定溫度535℃，再熱蒸汽額定壓力2.3MPa，再熱額定溫度535℃。

所謂汽輪機(jī)極熱態(tài)啟動(dòng)是指汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸上缸內(nèi)壁金屬溫度大于400℃的啟動(dòng)。極熱態(tài)啟動(dòng)是對(duì)汽輪機(jī)威脅最大的一種啟動(dòng)方式，若汽缸壁溫差大或操作不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引起汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦，甚至?xí)a(chǎn)生大軸彎曲。

為了避免機(jī)組在日后啟動(dòng)運(yùn)行中出現(xiàn)汽輪機(jī)軸溫度上升速度過(guò)快、缸溫差、脹差超限，從而導(dǎo)致動(dòng)靜摩擦，軸、瓦振動(dòng)等一系列問(wèn)題的出現(xiàn)；廣東火電工程有限公司調(diào)試項(xiàng)目組結(jié)合棉蘭項(xiàng)目二號(hào)機(jī)組在調(diào)試及運(yùn)行多次頻繁的極熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行探討研究總結(jié)，從而摸索汽輪發(fā)電機(jī)組在極熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程容易出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策。

1 棉蘭電廠二號(hào)機(jī)組在極熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及原因

1.1 主蒸汽溫度，高壓軸封蒸汽溫度不好控制

由于極熱態(tài)啟動(dòng)，汽輪機(jī)高中壓缸的缸溫都很高，這樣對(duì)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)的參數(shù)，特別是溫度有了更高的要求。極熱態(tài)啟動(dòng)都要求主再熱蒸汽經(jīng)過(guò)高中壓主汽門節(jié)流，調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴膨脹后溫度仍然不低于缸溫，以防止汽缸金屬溫度被冷卻。同理，高壓軸封的供氣溫度也一樣，所以主再熱蒸汽的溫度在選擇上盡量取高值。而極熱態(tài)啟動(dòng)初期和帶初始負(fù)荷階段，高低壓加熱器投入前后，蒸汽流量波動(dòng)很大，同時(shí)鍋爐側(cè)油槍和磨煤機(jī)交替運(yùn)行，磨煤機(jī)啟動(dòng)臺(tái)數(shù)不斷增大，爐膛溫度不斷變化，主蒸汽蒸發(fā)量，主蒸汽溫度也在不斷變化，這樣就使的主再熱蒸汽溫度控制變得困難。

1.2 高壓缸上下缸溫差過(guò)大

汽輪機(jī)在極熱態(tài)啟動(dòng)通常是由于非正常原因?qū)е碌奶鴻C(jī)之后的重新啟動(dòng)，例如棉蘭電廠二號(hào)機(jī)組多次極熱態(tài)啟動(dòng)就出現(xiàn)這樣的情況。汽輪機(jī)從高溫狀態(tài)逐漸冷卻下來(lái)的結(jié)果是：下氣缸比上氣缸冷卻的快，所以汽輪機(jī)上下缸會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的溫差。如果溫差過(guò)大，持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，及其容易導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓缸縱向中心線變成凸面向上的弧線，這就是所謂的貓拱背變形，使得汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)處動(dòng)靜葉片間隙減小甚至消失。

1.3 負(fù)脹差不斷增大

2014年11月由于電網(wǎng)系統(tǒng)中有一個(gè)電廠突然跳機(jī)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩，影響使得二號(hào)機(jī)組在218MW負(fù)荷時(shí)發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)電機(jī)跳機(jī)。由于機(jī)電大連鎖的保護(hù)作用，汽輪機(jī)直接保護(hù)跳機(jī)。由于當(dāng)時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)跳機(jī)原因不確定，損壞程度沒(méi)有全面把握，電氣專業(yè)調(diào)試技術(shù)人員在盤點(diǎn)發(fā)電機(jī)故障時(shí)花費(fèi)了接近2小時(shí)的時(shí)間，這時(shí)從汽輪機(jī)DCS畫面TSI參數(shù)看到高中低壓缸脹差出現(xiàn)負(fù)值的情況。主要是高負(fù)荷停機(jī)之后，軸溫度相對(duì)缸溫度冷卻的快，且不斷接近報(bào)警甚至跳機(jī)值的趨勢(shì)，特別是低壓缸脹差。而印尼電網(wǎng)調(diào)度中心又要求起機(jī)保負(fù)荷，這時(shí)起機(jī)就變得很困難，沖轉(zhuǎn)參數(shù)就變得十分苛刻。

1.4 大軸振動(dòng)值接近報(bào)警值

二號(hào)機(jī)組在多次極熱態(tài)啟停的過(guò)程中就有出現(xiàn)振動(dòng)大的情況，甚至達(dá)到跳機(jī)值導(dǎo)致汽輪機(jī)保護(hù)跳機(jī)情況的出現(xiàn)。主要是對(duì)沖轉(zhuǎn)參數(shù)和負(fù)荷上升率，溫升率的選擇上控制的不夠好，極熱態(tài)啟動(dòng)對(duì)沖轉(zhuǎn)壓力、沖轉(zhuǎn)溫度、升速率、金屬溫升速率、負(fù)荷上升率等參數(shù)的選擇上都有嚴(yán)格的要求。

2 極熱態(tài)啟動(dòng)常見問(wèn)題的處理措施

2.1 主再熱蒸汽溫度控制的調(diào)整措施

廣東火電棉蘭項(xiàng)目二號(hào)機(jī)組在極熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)北京北重廠家的要求，主蒸汽溫度要比高壓缸內(nèi)缸上壁金屬溫度高出65℃到100℃，再熱蒸汽溫度要比中壓缸上壁金屬溫度高出50℃到90℃。且主再熱蒸汽溫度要有50℃以上的過(guò)熱度。因?yàn)橹挥羞@樣才能保證主再熱蒸汽溫度經(jīng)過(guò)自動(dòng)主氣門節(jié)流，導(dǎo)熱管散熱之后溫度比內(nèi)缸金屬溫度高。主要是汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)升速帶負(fù)荷是一個(gè)加熱的過(guò)程，絕不允許出現(xiàn)冷卻的情況，特別是極熱態(tài)啟動(dòng)的情況下。我們可以通過(guò)鍋爐投煤升溫，主再熱蒸汽減溫水微調(diào)，汽機(jī)主再熱蒸汽管道疏水，高溫軸封管道疏水，高低旁聯(lián)合調(diào)整，使主再熱蒸汽溫度，軸封溫度在允許范圍之內(nèi)，使其符合沖轉(zhuǎn)條件。

2.2 上下缸溫差過(guò)大問(wèn)題

對(duì)于極熱態(tài)啟動(dòng)，由于下缸疏水管與凝汽器連通，導(dǎo)致下缸溫度容易比上缸冷的快。廣東火電棉蘭項(xiàng)目二號(hào)機(jī)組調(diào)試組結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取了以下三個(gè)措施：其一，對(duì)于不能在進(jìn)入盤車之前沖轉(zhuǎn)的情況，為防止溫差不斷擴(kuò)大，在盤車之后，極熱態(tài)沖轉(zhuǎn)之前，選擇對(duì)高中壓缸本體疏水門關(guān)閉進(jìn)行悶缸，進(jìn)入沖轉(zhuǎn)之后，可適當(dāng)延遲高中壓缸本體疏水門關(guān)閉時(shí)間；其二；對(duì)高中壓缸底部進(jìn)行保溫層加厚；其三，在沖轉(zhuǎn)之后，適當(dāng)提高真空值，使其疏水更大順暢。通過(guò)多次實(shí)踐，收到良好的效果，高中壓缸上下缸溫差能很好的控制在合格的溫差之內(nèi)。

2.3 振動(dòng)問(wèn)題的處理措施

汽輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的原因多種多樣，分為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。振動(dòng)原因包括：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機(jī)組中心不正的激振力、電磁激振，氣流沖擊，油膜震蕩等等，我們只有根據(jù)振動(dòng)特性，確定振動(dòng)性質(zhì)和振源，然后再尋找產(chǎn)生振動(dòng)的具體原因。我們這里僅針對(duì)棉蘭二號(hào)機(jī)組多次極熱態(tài)啟動(dòng)中，單獨(dú)從啟動(dòng)熱力參數(shù)控制上，如何減少振動(dòng)問(wèn)題上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)；其一，選擇好沖轉(zhuǎn)參數(shù)。因?yàn)槭菢O熱態(tài)啟動(dòng)，根據(jù)實(shí)踐，沖轉(zhuǎn)時(shí)蒸汽參數(shù)為主蒸汽壓力8.0MPa，主蒸汽溫度480℃，再熱蒸汽壓力為0.6MPa，再熱蒸汽溫度470℃，從沖轉(zhuǎn)到帶100MW負(fù)荷暖機(jī)結(jié)束，要求主蒸汽壓力，溫度保持8.0MPa，480基本不變。其二，控制好升速率，根據(jù)二號(hào)機(jī)組多次極熱態(tài)啟動(dòng)情況來(lái)看，該機(jī)組不適宜進(jìn)行中速暫停暖機(jī)檢查，從盤車沖轉(zhuǎn)到3000r/min過(guò)程中，應(yīng)一次而過(guò)，升速率為每分鐘300r/min，通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速為升速率500r/min，極熱態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程應(yīng)迅速、平穩(wěn)。

2.4 脹差問(wèn)題的預(yù)防措施

只有當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升至相應(yīng)的起始點(diǎn)后，蒸汽才對(duì)汽輪機(jī)組各金屬部件進(jìn)行加熱，而正常情況下這一過(guò)程機(jī)組脹差是由負(fù)值向正值逐漸緩慢轉(zhuǎn)變的。廣東火電棉蘭項(xiàng)目調(diào)試組結(jié)合多次極熱態(tài)啟動(dòng)實(shí)踐情況，對(duì)超高壓汽輪機(jī)如何減少和避免正，負(fù)脹差值過(guò)大總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。其一，在沖轉(zhuǎn)剛開始，如果負(fù)脹差偏大，可以加大高溫軸封蒸汽的溫度和壓力和提高升負(fù)荷的速度。其二，極熱態(tài)啟動(dòng)后期如果脹差出現(xiàn)正值且不是很大，在報(bào)警范圍之內(nèi)，盡量不要投用夾層加熱裝置。如果沖轉(zhuǎn)時(shí)缸溫相對(duì)主蒸汽溫度，不是很高，脹差出現(xiàn)正方向報(bào)警情況，可選擇性投用夾層加熱裝置或者減少高溫軸封的蒸汽壓力和溫度，延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間。通過(guò)這些措施，二號(hào)機(jī)組在后期的極熱態(tài)啟動(dòng)中脹差都能控制在很好的范圍之內(nèi)。

3 極熱態(tài)啟動(dòng)安全運(yùn)行的注意要點(diǎn)

3.1 必須先投軸封，后抽真空

因?yàn)闃O熱態(tài)啟動(dòng)缸溫很高，首先應(yīng)進(jìn)行軸封供汽系統(tǒng)暖管和充分疏水，再向軸封供汽，建立汽機(jī)真空。用高溫軸封供汽時(shí)，必須注意汽源溫度和壓力，將其控制在合適的范圍內(nèi)。

3.2 時(shí)刻調(diào)整潤(rùn)滑油溫度

汽輪機(jī)從極熱態(tài)跳機(jī)到重新掛閘沖轉(zhuǎn)再到帶至額定負(fù)荷過(guò)程都是一個(gè)相對(duì)很短的過(guò)程，在這段時(shí)間潤(rùn)滑油溫度都是一個(gè)先減后升的急劇變化過(guò)程。如果油溫偏離正常油溫時(shí)，就很容易導(dǎo)致油膜不穩(wěn)定、大軸振動(dòng)、產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦、大軸晃動(dòng)等情況，所以極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)刻調(diào)整好油溫很重要。

3.3 控制好凝汽器真空

從跳機(jī)開始到帶到一定的負(fù)荷過(guò)程中，汽輪機(jī)管道疏水，本體疏水閥門都是開啟狀態(tài)，而由于主再熱蒸汽管道內(nèi)蒸汽和積水均是高溫高壓狀態(tài)，既為使的管道疏水更加順暢排出，快速提高主再熱蒸汽溫度，又避免低壓缸安全防爆門動(dòng)作，在沖轉(zhuǎn)初期保持凝汽器高真空顯得很重要。

3.4 時(shí)刻調(diào)整高壓軸封壓力

汽機(jī)從沖轉(zhuǎn)前再帶到初始負(fù)荷過(guò)程中，軸封供汽先是由主蒸汽供氣再到自密封再到一段漏氣導(dǎo)到五號(hào)低加的過(guò)程。為避免軸封供汽壓力出現(xiàn)負(fù)值或一段，二段軸封壓力過(guò)大的情況，在掛閘到升負(fù)荷的過(guò)程中，必須時(shí)刻關(guān)注調(diào)整好軸封壓力，才能使機(jī)組平穩(wěn)的運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

廣東火電調(diào)試項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)印尼棉蘭項(xiàng)目二號(hào)機(jī)組調(diào)試過(guò)程中的不斷摸索，不斷完善，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，相信對(duì)機(jī)組日后的平穩(wěn)、安全運(yùn)行以起到一個(gè)很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]印尼棉蘭2x220MW汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程[S].

[2]北京北重220MW汽輪機(jī)設(shè)計(jì)使用說(shuō)明書[S].

[3]北京北重220MW汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖紙[S].

[4]廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)院棉蘭項(xiàng)目2*220MW熱力系統(tǒng)圖[S].

[5]電廠汽輪機(jī)原理及探討[M].中國(guó)電力出版社.

作者簡(jiǎn)介：趙如波（1988-），男，廣東汕頭人，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東火電工程有限公司，助理工程師。