600 MW汽輪機的優(yōu)化啟動

黃小軍

(湖南華電長沙發(fā)電有限公司，長沙　410203)

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600 MW汽輪機的優(yōu)化啟動

黃小軍

(湖南華電長沙發(fā)電有限公司，長沙410203)

根據(jù)湖南華電長沙發(fā)電有限公司機組現(xiàn)狀，在安全、合理的情況下，對汽輪機啟動沖轉(zhuǎn)時間分配及啟動參數(shù)進行了合理調(diào)整，并在實施過程中全程跟蹤，使汽輪機的中速暖機時間由4.0 h縮短為2.5 h，提高了暖機效果，節(jié)省了啟機能耗，增加了上網(wǎng)電量，并根據(jù)實際暖機情況，進一步提出增加汽缸烘干裝置的優(yōu)化措施。

汽輪機；優(yōu)化；啟動時間；暖機；沖轉(zhuǎn)

0　引言

湖南華電長沙發(fā)電有限公司(以下簡稱長沙發(fā)電公司)一期2×600 MW超臨界機組汽輪機為東方汽輪機有限公司引進日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、3缸4排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機，型號為N600-24.2/566/566，額定出力為600 MW。機組采用復(fù)合變壓運行方式，汽輪機具有8段非調(diào)整回?zé)岢槠?，汽輪機的額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。主蒸汽經(jīng)汽輪機主蒸汽閥后進入到4個高壓調(diào)節(jié)閥，經(jīng)過導(dǎo)管進入汽輪機噴嘴膨脹做功。再熱蒸汽經(jīng)汽輪機中壓聯(lián)合汽閥分為2路導(dǎo)管(4根管)進入汽輪機噴嘴膨脹做功。中壓缸做功后的蒸汽經(jīng)1根異徑連通管分別進入2個低壓缸，做功后的乏汽排入雙背壓凝汽器。機組默認啟動方式為中壓缸啟動。汽輪機沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)總共需要5 h左右，對電廠并網(wǎng)時間有一定影響。通過采取針對性措施，在滿足啟動過程中汽輪機金屬溫升、溫差、缸脹及脹差等暖機參數(shù)要求的同時，縮短汽輪機暖機沖轉(zhuǎn)時間，既能降低啟機能耗，又能滿足電網(wǎng)的快速并網(wǎng)要求[1]。

1　現(xiàn)狀分析

通過對建廠以來汽輪機啟、停情況進行觀察發(fā)現(xiàn)，汽輪機冷態(tài)啟動時，通過高壓缸倒暖、閥殼預(yù)暖等措施可以在汽輪機沖轉(zhuǎn)初期使高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度達到150 ℃，高壓調(diào)節(jié)閥外壁溫度達到180 ℃，中壓缸第1級內(nèi)壁溫度在送軸封后可以上升到60～80 ℃。沖轉(zhuǎn)參數(shù)控制如下：主蒸汽壓力，4.5～5.0 MPa；主蒸汽溫度，400 ℃；再熱蒸汽壓力，0.6 MPa；再熱蒸汽溫度，380 ℃；真空度，-92 kPa左右。升速至1 500 r/min中速暖機4 h后高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度可以達到規(guī)程規(guī)定的320 ℃，而中壓缸第1級內(nèi)壁溫度最高只能達到300 ℃，汽缸絕對膨脹能達到10 mm左右，然后中速暖機結(jié)束升速到3 000 r/min并網(wǎng)帶負荷。以下列舉幾次啟動的暖機參數(shù)。

(1)2015年5月28日，#1機組沖轉(zhuǎn)前，主蒸汽壓力為5.55 MPa，主蒸汽溫度為408 ℃，再熱蒸汽壓力為0.63 MPa，再熱蒸汽溫度為398 ℃，真空度為-89.0 kPa，沖轉(zhuǎn)過程參數(shù)見表1。

(2)2015年6月29日，#2機組沖轉(zhuǎn)前，主蒸汽壓力為4.57 MPa，主蒸汽溫度為391 ℃，再熱蒸汽壓力為0.62 MPa，再熱蒸汽溫度為391 ℃，真空度為-93.3 kPa，沖轉(zhuǎn)過程參數(shù)見表2。

(3)2015年7月14日，#2機組沖轉(zhuǎn)前，主蒸汽壓力為4.14 MPa，主蒸汽溫度為398 ℃，再熱蒸汽壓力為0.63 MPa，再熱蒸汽溫度為390 ℃，真空度為-92.2 kPa，沖轉(zhuǎn)過程參數(shù)見表3。

廠家啟動說明書給出的高、中壓轉(zhuǎn)子壽命曲線如圖1所示(陰影區(qū)為轉(zhuǎn)子中心的應(yīng)力極限，此區(qū)內(nèi)嚴禁運行；各條曲線上數(shù)值為每次循環(huán)的壽命消耗，用百分比表示)，中壓進汽室及高壓調(diào)節(jié)級缸體內(nèi)、外壁溫度允許差值如圖2所示。

通過以上列舉可以看出：

(1)采用高壓缸倒暖時，廠家規(guī)定高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度暖至150 ℃時倒暖結(jié)束并進行悶缸，但實際在悶缸過程中，調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度會下降，這樣會導(dǎo)致汽缸初始溫度沒有達到150 ℃。如果在高壓缸倒暖時能夠把高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度暖至170～180 ℃再進行悶缸，這樣就提高了汽缸初始溫度，縮短了暖機時間[2]。

(2)降低初參數(shù)和真空度，增加沖轉(zhuǎn)的蒸汽流量，可以加快暖機[3]。

(3)機組在沖轉(zhuǎn)至1 500 r/min暖機1.5 h后，由于進汽量的限制，汽輪機的汽缸內(nèi)壁溫度上升幅度開始大幅度減小。高壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的150 ℃加熱到320 ℃，溫度上升170 ℃，根據(jù)圖2可知，高壓轉(zhuǎn)子每小時溫度上升不超70 ℃，均在允許的壽命消耗0.001%內(nèi)，也就是說在2.5～3.0 h內(nèi)加熱至320 ℃是允許的；中壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的80 ℃加熱到320 ℃，溫度上升240 ℃，根據(jù)圖2可知，中壓轉(zhuǎn)子每小時溫度上升不超90 ℃，在允許的壽命消耗0.003%內(nèi)，也就是說在2.5～3.0 h內(nèi)加熱至320 ℃是允許的。汽輪機在1 500 r/min暖機運行中高壓調(diào)節(jié)閥處于固定開度，主要靠中壓調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，高壓調(diào)節(jié)閥在不變開度下，從歷次沖轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)高壓缸暖機2.5 h就能達到廠家要求的320 ℃，而中壓缸通過4.0 h的暖機很難達到廠家要求的320 ℃。在沖轉(zhuǎn)至1 500 r/min暖機1.5 h后，中壓缸溫度上升幅度減小到每0.5 h上升10 ℃左右，如果這時將汽輪機轉(zhuǎn)速提高到2 200 r/min并保持暖機(1 500 r/min暖機已將轉(zhuǎn)子溫度提高到轉(zhuǎn)子脆性轉(zhuǎn)變溫度122 ℃以上)，高壓調(diào)節(jié)閥因暖機模式保持開度不變，高壓缸溫度不會大幅上升，而開大中壓調(diào)節(jié)閥維持轉(zhuǎn)速，就會使中壓缸進汽量增加，加快上升中壓缸溫度，使中壓缸提前達到暖機要求的溫度[4]。

表1　#1機組沖轉(zhuǎn)暖機參數(shù)(2015年5月28日)

表2　#2機組沖轉(zhuǎn)暖機參數(shù)(2015年6月29日)

表3　#2機組沖轉(zhuǎn)暖機參數(shù)(2015年7月14日)

圖1　高、中壓轉(zhuǎn)子壽命曲線

圖2　中壓進汽室及高壓調(diào)節(jié)級缸體內(nèi)、外壁溫度允許差值

(4)根據(jù)圖2可知，當(dāng)暖機至高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度為320 ℃時，其內(nèi)、外壁溫度差不能超過140 ℃；中壓進汽室內(nèi)壁溫度暖至320 ℃時，其內(nèi)、外壁溫度差不能超過180 ℃。

2　制定措施

(1)降低沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主蒸汽壓力，3.50～4.00 MPa；主蒸汽溫度，380～400 ℃；再熱蒸汽壓力，0.40～0.45 MPa；再熱蒸汽溫度，360～380 ℃；真空度，-88 kPa。

(2)汽輪機高壓缸倒暖，將高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度暖至170～180 ℃后保持悶缸。

(3)將汽輪機1 500 r/min沖轉(zhuǎn)期間中速暖機時間由4.0 h縮短為1.5 h，增加汽輪機2 200 r/min沖轉(zhuǎn)期間中速暖機時間，暫定為1 h，可根據(jù)中壓進汽室內(nèi)壁溫度的上升情況適當(dāng)延長。

(4)將汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)中暖機運行切除轉(zhuǎn)速條件由原來的1 500 r/min修改為2 200 r/min，以實現(xiàn)2 200 r/min暖機高壓調(diào)節(jié)閥不關(guān)閉，保持原來開度進行暖機。

3　實施情況

2015年8月2日，長沙發(fā)電公司#2機組采用優(yōu)化啟動方案進行啟動試驗，試驗情況如下。

(1)通過汽輪機倒暖將高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度加熱至170 ℃以上。

(2)沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主蒸汽壓力，3.67 MPa；主蒸汽溫度，381 ℃；再熱蒸汽壓力，0.43 MPa；再熱蒸汽溫度，380 ℃；真空度，-90.2 kPa。

(3)沖轉(zhuǎn)暖機試驗中機組各項參數(shù)見表4。

2015年10月12日，長沙發(fā)電公司#1機組采用優(yōu)化啟動方案進行啟動試驗，試驗中機組各項參數(shù)見表5。

表4　#2機組沖轉(zhuǎn)暖機試驗中機組各項參數(shù)

表5　#1機組沖轉(zhuǎn)暖機試驗中機組各項參數(shù)

·24·

續(xù)表

4　結(jié)論

(1)優(yōu)化前，汽輪機1 500 r/min中速暖機4 h后，調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度最高能達到廠家規(guī)定的320 ℃，而中壓進汽室內(nèi)壁溫度不能達到廠家要求的320 ℃。優(yōu)化后，在汽輪機1 500 r/min暖機1.5 h后，#1機組調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度能達到317 ℃，#2機組能達到288 ℃；在轉(zhuǎn)速提升至2 200 r/min暖機1.0 h后，#1機組調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度達到332 ℃，#2機組達到319 ℃，#1機組中壓進汽室內(nèi)壁溫度達到329 ℃，#2機組達到306 ℃(#2機組因汽缸膨脹較#1機組慢，后在2 200 r/min增加暖機30 min)，這樣就在2.5 h中速暖機后達到了廠家要求的中速暖機合格要求。

(2)優(yōu)化后，在沖轉(zhuǎn)初期，汽輪機的金屬溫升幅度最大為80 ℃/h，而后溫升速度控制在30～60 ℃/h，符合溫升要求。

(3)優(yōu)化后，調(diào)節(jié)級內(nèi)、外壁最大溫差出現(xiàn)在#1機組沖轉(zhuǎn)到1 500 r/min的初期，為72 ℃，而后隨著暖機的進行，溫差逐漸變小，控制在廠家要求的140 ℃以內(nèi)。

(4)通過分析以上參數(shù)可知，中速暖機效果優(yōu)于以前，使汽輪機膨脹在中速暖機中更加充分。

(5)優(yōu)化后，汽輪機啟動沖轉(zhuǎn)時間由以前的5.0 h縮短到3.5 h以內(nèi)，大幅縮短啟動時間，減少啟動能耗，估算節(jié)省啟動煤耗40.0 t，節(jié)省油耗1.5 t，節(jié)水300.0 t，以市場煤價400 元/t，#0柴油5 000 元/t，電廠制水成本10元/t計算，每次啟機產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益(40×400+1.5×5 000+300×10)÷10 000=2.65(萬元)，按2015年2臺機組啟機10次計算，每年產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益2.65×10=26.5(萬元)，再加上廠用電的節(jié)省和提前上網(wǎng)產(chǎn)生的電量，預(yù)估每年產(chǎn)生效益達40萬元以上。

(6)優(yōu)化后，汽輪機啟動沖轉(zhuǎn)時間縮短，給啟動不確定因素預(yù)留了較長時間，保證機組并網(wǎng)時間的準(zhǔn)確性。

(7)將高壓缸預(yù)暖的高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度提高至170 ℃后，因中壓缸第1級溫度只能通過過橋汽封漏汽進行預(yù)暖，溫度最高只能達到90 ℃左右，這樣就使高、中壓轉(zhuǎn)子溫度偏差達80 ℃，如果過橋漏汽較小，中壓缸第1級溫度有可能達不到90 ℃，這樣就只能降低高壓缸預(yù)暖溫度，對啟動沖轉(zhuǎn)的暖機時間帶來影響。針對此情況，建議電廠聯(lián)系廠家，在中壓缸安裝汽缸烘干裝置，在烘干裝置內(nèi)加裝電加熱裝置，可以在停機后進行烘干，利于汽輪機停機保養(yǎng)，又可以在機組啟動前進行中壓缸預(yù)暖，使之能與高壓缸預(yù)暖溫度匹配。

[1]任浩仁，盛德仁，任容，等.600 MW機組中壓缸啟動過程的優(yōu)化研究[J].動力工程學(xué)報，2002，22(5)：1954-1958.

[2]孫奉仲.大型汽輪機運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]康松，楊建明，胥建群,等.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]張志明.汽輪機啟動過程中安全經(jīng)濟優(yōu)化的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2006.

(本文責(zé)編：弋洋)

2016-03-24；

2016-06-22

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1674-1951(2016)07-0020-05

黃小軍(1970—)，男，四川宜賓人，高級技師，從事汽輪機運行技術(shù)管理方面的工作(E-mail:txh555687@sina.com)。