1 000 MW二次再熱超超臨界汽輪機(jī)啟動方式和沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇

張世偉， 崔凱峰, 葉　羅， 張國鈺， 胥建群

(1. 國電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225300;　2. 東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院， 南京 210096)

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1 000 MW二次再熱超超臨界汽輪機(jī)啟動方式和沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇

張世偉1， 崔凱峰1, 葉羅1， 張國鈺1， 胥建群2

(1. 國電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225300;2. 東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院， 南京 210096)

相比一次再熱，1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)啟動面臨系統(tǒng)復(fù)雜、啟動參數(shù)更高等難點(diǎn)，結(jié)合某電廠1 000 MW二次再熱機(jī)組生產(chǎn)調(diào)試過程中幾次典型汽輪機(jī)啟動，介紹該類型汽輪機(jī)機(jī)組在啟動方式和參數(shù)控制上的優(yōu)化調(diào)整。

汽輪機(jī)； 二次再熱； 沖轉(zhuǎn)參數(shù)； 啟動方式； 排汽溫度

隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展，1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組將成為未來主力機(jī)型。和一次再熱機(jī)組相比，二次再熱機(jī)組的啟動參數(shù)更高，系統(tǒng)更復(fù)雜，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的難度更大。啟動階段流量低，需要控制排汽溫度不因鼓風(fēng)發(fā)熱升高；閥門更多，轉(zhuǎn)速控制困難等。所以選擇合適的啟動方式和沖轉(zhuǎn)參數(shù)對汽輪機(jī)安全可靠啟動起著重要的作用。筆者研究了1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)啟動方式和參數(shù)的選擇，將為今后同類機(jī)組的投運(yùn)提供寶貴的經(jīng)驗。

1　系統(tǒng)配置

某1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)型號為N1000-31/600/610/610，結(jié)構(gòu)為二次中間再熱、五缸四排汽、單軸、單背壓、反動凝汽式汽輪機(jī)。整個汽輪發(fā)電機(jī)組由7根轉(zhuǎn)子(5缸)、9個軸承組成，軸系全長約54 m，其中盤車裝置采用液動馬達(dá)安裝于1號軸承座內(nèi)，推力軸承安裝在超高壓、高壓缸之間的2號軸承座上。機(jī)組旁路系統(tǒng)采用高、中、低壓三級串聯(lián)旁路。系統(tǒng)配置見圖1。

2　典型啟動分析

2.1 設(shè)計啟動方式和參數(shù)

該汽輪機(jī)在啟動上根據(jù)停機(jī)時間和超高壓轉(zhuǎn)子平均溫度劃分為冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)啟動4種，具體劃分見表1。

表1　汽輪機(jī)狀態(tài)劃分

在設(shè)計中，決定在冷態(tài)時采取超高壓缸、高壓缸、中壓缸聯(lián)合啟動，且沖轉(zhuǎn)過程中超高排通風(fēng)閥開啟。熱態(tài)和極熱態(tài)啟動時，采用高、中壓缸聯(lián)合啟動，待蒸汽流量達(dá)到一定值后(約為150 MW對應(yīng)蒸汽流量)再并入超高壓缸。

對于沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇給出了以下建議，見表2。

表2　建議沖轉(zhuǎn)參數(shù)

2.2 冷態(tài)啟動

第一次沖轉(zhuǎn)，采用三缸聯(lián)合啟動，沖轉(zhuǎn)前參數(shù)為：機(jī)側(cè)參數(shù)10.6 MPa/3.5 MPa/1.1 MPa、417 ℃/444 ℃/454 ℃，并確定870 r/min為低速暖機(jī)。各參數(shù)見表3。

表3　首次沖轉(zhuǎn)主要參數(shù)

注：1)VHP—超高壓缸；2)HP—高壓缸；3)IP—中壓缸；4)CV—調(diào)節(jié)閥。

首次啟動總體成功，在升速過程中主機(jī)瓦溫、軸振均達(dá)到設(shè)計要求，其中軸振最大的6號軸承在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)振動為3.6 mm/s，瓦溫最大的5號軸承峰值為95 ℃。

沖轉(zhuǎn)成功后，隨即按既定的程序進(jìn)行超速試驗和電氣相關(guān)試驗，在此過程中汽輪機(jī)經(jīng)歷了數(shù)次沖轉(zhuǎn)。對暴露出的問題提出以下優(yōu)化建議：

(1) 首次汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)置偏高(實際一、二次再熱器汽溫沖轉(zhuǎn)時超過設(shè)計值70 K左右)，不利于暖機(jī)及排汽溫度控制，故優(yōu)化沖轉(zhuǎn)參數(shù)：超高壓缸進(jìn)汽7.5 MPa/400 ℃,高壓缸進(jìn)汽2.8 MPa/380 ℃，中壓缸進(jìn)汽0.8 MPa/380 ℃。

(2) 汽輪機(jī)長時間空負(fù)荷試運(yùn)，超高排通風(fēng)閥處于開啟狀態(tài)(設(shè)計考慮汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時超高壓缸進(jìn)汽流量低，防止超高壓缸鼓風(fēng)及末級葉片溫度高)，高溫蒸汽長時間沖刷導(dǎo)致低壓外缸不正常的溫升。所以通過優(yōu)化啟動方式，超高排通風(fēng)閥不再參與啟動控制，只參與超高壓缸抽真空。

(3) 長時間空負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)鼓風(fēng)產(chǎn)生熱量，致使超高壓缸和高壓缸排汽溫升增大[1]，在汽輪機(jī)3 000 r/min時排汽溫度均達(dá)到430 ℃，與軸封供汽溫差超過常規(guī)設(shè)計80 K以上，存在一定安全隱患。繼而需要對供汽軸封系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高超高壓、高壓軸封進(jìn)汽溫度至320～350 ℃，控制中、低壓缸軸封進(jìn)汽溫度300 ℃。

2.3 熱態(tài)啟動

首次熱態(tài)啟動，啟動前參數(shù)為：14.06 MPa/5.31 MPa/2.36 MPa、476 ℃/491 ℃/483 ℃。由于主汽溫度(476 ℃)低于超高壓轉(zhuǎn)子溫度，沒有滿足足夠過熱度準(zhǔn)則，所以采用雙缸啟動方式進(jìn)行沖轉(zhuǎn)(VHP直接切除)。

此次啟動至3 000 r/min過程中，軸振最大的5號軸承在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)振動為2.2 mm/s，瓦溫最大的5號軸承峰值為79 ℃。在3 000 r/min進(jìn)行電氣試驗過程中，機(jī)組振動和瓦溫上升較為明顯，5號軸承振動上升為4.6 mm/s，瓦溫最大的3號軸承最高達(dá)到113 ℃。但隨著電氣試驗結(jié)束機(jī)組并網(wǎng)，主機(jī)振動、瓦溫逐漸趨穩(wěn)并得到改善。

并網(wǎng)后當(dāng)機(jī)組負(fù)荷150 MW，超高壓缸自動投入，超高壓調(diào)節(jié)閥開啟，閥位從0迅速開至12%。由于此次控制的沖轉(zhuǎn)參數(shù)較高并且為配合電氣試驗在3 000 r/min停留時間較長，高排溫度并未隨著負(fù)荷和蒸汽量的增加而有所降低,達(dá)到了491.1 ℃；同時超高排汽溫度更是達(dá)到512.9 ℃，超高壓缸為保護(hù)末級葉片切缸保護(hù)動作，超高壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。隨后由于鍋爐側(cè)原因，機(jī)組手動MFT，此次啟動失敗。

熱態(tài)啟動的難點(diǎn)在于：超高壓、高壓缸缸溫較高，難以達(dá)到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)所需要的蒸汽溫度。經(jīng)過研究后決定，沖轉(zhuǎn)采用三缸聯(lián)合啟動，經(jīng)過多次熱態(tài)成功啟動的實踐，證明該方案切實可靠。列舉某次沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)前機(jī)側(cè)主要參數(shù)為超高壓缸缸溫416 ℃，超高壓轉(zhuǎn)子溫度426 ℃；沖轉(zhuǎn)參數(shù)控制為10 MPa/4.2 MPa/1.28 MPa、450 ℃/502 ℃/481 ℃。沖轉(zhuǎn)過程中，通過控制好主汽、一次再熱器再熱壓力，合理分配了超高壓缸、高壓缸進(jìn)汽量，保證一次再熱器再熱壓力為3.8 MPa左右。主機(jī)至3 000 r/min后，機(jī)組迅速并網(wǎng)加負(fù)荷至150 MW。從此次沖轉(zhuǎn)過程看，超高壓缸、高壓缸進(jìn)汽量分配合理，各缸排汽溫度一致平緩上升，并網(wǎng)后隨著蒸汽流量變大，排汽溫度降低。

通過數(shù)次熱態(tài)啟動的比較，超高壓、高壓缸排汽溫度高是最大的控制難點(diǎn)，總結(jié)經(jīng)驗推薦以下控制方法：

(1) 合理分配超高壓缸、高壓缸進(jìn)汽量。沖轉(zhuǎn)過程中控制好主汽、一次再熱器再熱壓力，保證超高壓缸壓比與高壓缸壓比。

(2) 熱態(tài)時盡量保證進(jìn)汽溫度高于缸溫的前提下，沖轉(zhuǎn)參數(shù)建議超高壓缸進(jìn)汽10 MPa/510 ℃,高壓缸進(jìn)汽3.8 MPa/510 ℃，中壓缸進(jìn)汽1.0 MPa/510 ℃。

(3) 熱態(tài)沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min后，應(yīng)盡快安排并網(wǎng)并帶負(fù)荷至150 MW，時間控制在15 min之內(nèi)為宜。

綜上所述，在實際汽輪機(jī)啟動過程中需加強(qiáng)監(jiān)視超高壓、高壓缸排汽溫度，采用三缸聯(lián)合啟動方式并網(wǎng)，可直接并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行；若采用兩缸方式并網(wǎng)，需迅速并入超高壓缸。采用方式有：(1)適當(dāng)降低一次再熱器再熱壓力；(2)超高壓調(diào)節(jié)閥閥位從0迅速開至適當(dāng)開度。在投入超高壓缸運(yùn)行時，超高排通風(fēng)閥關(guān)閉，超高排逆止門開啟后，進(jìn)入三缸聯(lián)合啟動，并入后再合理分配超高壓缸與高壓缸流量，控制好各缸排汽溫度不超限。

2.4 排汽溫度高控制策略

2.4.1 超高壓缸排汽溫度高控制策略

當(dāng)超高壓缸排汽溫度高時首先減小中壓調(diào)節(jié)閥的開度，減少中壓缸的進(jìn)汽量，增大超高壓缸的進(jìn)汽量，見圖2；如果超高壓缸排汽溫度進(jìn)一步上升，則關(guān)閉超高壓缸調(diào)節(jié)閥，超高排通風(fēng)閥打開，將超高壓缸抽真空，由高、中壓缸控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。

2.4.2 高壓缸排汽溫度高控制策略

如果高壓缸排汽溫度過高，首先減小中壓調(diào)節(jié)閥的開度，減少中壓缸的進(jìn)汽量，增大高壓缸的進(jìn)汽量，見圖3；如果高壓缸排汽溫度進(jìn)一步上升，則先關(guān)閉超高壓調(diào)節(jié)閥，超高排通風(fēng)閥打開，將超高壓缸抽真空，中壓調(diào)節(jié)閥開度保持不變，開大高壓調(diào)節(jié)閥；如果高壓缸排汽溫度繼續(xù)上升，則關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)閥，高排通風(fēng)閥打開，由中壓缸控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。

3　結(jié)語

合適的啟動方式和沖轉(zhuǎn)參數(shù)是汽輪機(jī)能否順利啟動的關(guān)鍵。該1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)機(jī)組在不同工況下的啟動方式及參數(shù)控制上的優(yōu)化調(diào)整，可為今后同類型的機(jī)組啟動提供寶貴的經(jīng)驗。

[1] 田豐. 汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2011: 34-98.

Start-up Mode and Turning Parameter Selection of a 1 000 MW Ultra-supercritical Double-reheat Steam Turbine

Zhang Shiwei1, Cui Kaifeng1, Ye Luo1, Zhang Guoyu1, Xu Jianqun2

(1. Guodian Taizhou Power Generation Co., Ltd., Taizhou 225300, Jiangsu Province, China;2. School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China)

Compared with single-reheat steam turbine, the start-up process of 1 000 MW ultra-supercritical double-reheat steam turbine is faced with such difficulties as more complex system and higher start-up parameters, etc. Combining the typical start-up process of steam turbine in a 1 000 MW double-reheat unit during production and commissioning period, an introduction is presented to the optimization and adjustment on start-up mode and parameter control of similar steam turbines.

steam turbine; double-reheat; turning parameter; start-up mode; exhaust temperature

2016-01-19

張世偉(1983—)，男，工程師，主要從事火電廠集控運(yùn)行管理工作。

E-mail: zhangsw@gdtz.com.cn

TK262

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1671-086X(2016)05-0350-03