328.5MW亞臨界汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)研究與應(yīng)用

天津大港發(fā)電廠 姚春莊 楊廷文

328.5MW亞臨界汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)研究與應(yīng)用

天津大港發(fā)電廠 姚春莊 楊廷文

大港電廠328.5MW亞臨界機(jī)組調(diào)試時，以鄰機(jī)抽汽為汽源，采用高壓缸進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)定速，完成機(jī)組部分調(diào)試工作。通過對沖轉(zhuǎn)后技術(shù)數(shù)據(jù)的分析，證明了這種鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)方式是安全的，經(jīng)濟(jì)的。

汽輪機(jī)；鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)；高壓缸進(jìn)汽

0 引言

大港發(fā)電廠一期2×328.5燃油機(jī)組，2003年實(shí)施燃油機(jī)組技術(shù)改造工程，將原有的兩臺燃油鍋爐拆除，在原地新建兩臺相同容量的燃煤鍋爐。同時汽輪發(fā)電機(jī)側(cè)進(jìn)行了大量的改造工作，汽機(jī)的調(diào)試工作量很大。

為加快改造工程的整體進(jìn)度，安排汽輪發(fā)電機(jī)側(cè)改造工作先于鍋爐側(cè)完成，并實(shí)施了改造機(jī)組的鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗，利用相鄰運(yùn)行機(jī)組（#3機(jī)）的抽汽，沖動#2汽輪發(fā)電機(jī)組，在鍋爐吹管完成前，完成汽輪機(jī)設(shè)備的調(diào)試工作，這樣鍋爐吹管結(jié)束后，汽輪機(jī)調(diào)試可直接進(jìn)入沖轉(zhuǎn)帶負(fù)荷試驗，縮短了調(diào)試工期，使機(jī)組提前完成168小時試運(yùn)工作。

1 鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)方式的研究

大港發(fā)電廠一期工程兩臺汽輪發(fā)電機(jī)組，是意大利ANSALDO公司按照美國通用電氣公司（GE）技術(shù)許可證生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)（N328.5-16.7/538/538），汽輪機(jī)有8級抽汽，本體配置了兩個高壓主汽門、四個高壓調(diào)速汽門和兩個中壓再熱聯(lián)合汽門。汽輪機(jī)未設(shè)計旁路系統(tǒng)，冷態(tài)啟動方式為高中壓缸聯(lián)合啟動，啟動沖轉(zhuǎn)采用主汽門內(nèi)旁路控制升速。

1.1 鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗關(guān)鍵技術(shù)要求

鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗與機(jī)組的冷態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)過程相同，也是轉(zhuǎn)子升速和轉(zhuǎn)子與汽缸被加熱升溫的過程，汽輪機(jī)各部件的熱應(yīng)力和機(jī)械狀態(tài)均在發(fā)生變化，為保證沖轉(zhuǎn)試驗安全，在系統(tǒng)配置和沖轉(zhuǎn)參數(shù)上，要滿足以下條件和要求：

（1）限制汽輪機(jī)金屬部件的熱應(yīng)力。首先，在汽輪機(jī)啟動沖轉(zhuǎn)時，保證蒸汽溫度和金屬溫度的失配在允許范圍內(nèi)。其次是要按照啟動壽命損耗曲線來控制升溫速率，應(yīng)選擇壽命損耗較小的溫度變化率，將壽命損耗控制在0.01%以下。

（2）控制轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差。在機(jī)組啟動沖轉(zhuǎn)過程中，通過選擇合適的沖轉(zhuǎn)參數(shù)和對汽輪機(jī)進(jìn)行啟動前的適當(dāng)預(yù)熱來控制脹差在允許的范圍內(nèi)。

（3）控制汽缸的溫差及熱變形。在汽輪機(jī)啟動沖轉(zhuǎn)前和沖轉(zhuǎn)過程中，限制汽輪機(jī)汽缸金屬溫差，這是保證機(jī)組啟動安全的重要條件。GE公司規(guī)定的高中壓缸上下缸溫差不大于28℃，高中壓缸內(nèi)外壁溫差在35℃以下。

（4）滿足高壓缸與中壓缸進(jìn)汽溫度的匹配要求。高中壓缸合缸布置、且再熱蒸汽反向流動的中間再熱汽輪機(jī)，要限制過熱蒸汽和再熱蒸汽的溫度差。

（5）轉(zhuǎn)子預(yù)熱到脆性轉(zhuǎn)變溫度以上。328.5MW機(jī)組說明書要求，高壓轉(zhuǎn)子的預(yù)熱溫度為149℃以上，中壓轉(zhuǎn)子預(yù)熱溫度為54℃以上。

（6）控制低壓缸的排汽溫度、壓力。汽輪機(jī)在啟動及低負(fù)荷階段，必須對低壓缸排汽溫度進(jìn)行控制，328.5MW機(jī)組說明書要求，低壓缸排汽溫度不超過80℃。GE規(guī)定汽輪機(jī)在轉(zhuǎn)速超過2/3額定轉(zhuǎn)速時，排汽壓力不應(yīng)高于13.6kPa（127mmHg），在低壓缸噴水減溫投入的情況下，汽輪機(jī)低壓缸排汽缸溫度不大于52℃時，機(jī)組可以在低負(fù)荷下連續(xù)運(yùn)行。

圖1 GE公司機(jī)組冷態(tài)啟動曲線

圖2 鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗系統(tǒng)連接

（7）保證供汽機(jī)組運(yùn)行的安全。防止抽汽量過大對供汽機(jī)組的運(yùn)行安全產(chǎn)生影響，并提前控制火嘴擺動和使用下層磨。

1.2 沖轉(zhuǎn)方式的選擇

鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗也選擇以高壓缸進(jìn)汽為主的沖轉(zhuǎn)方式，在控制上與機(jī)組的實(shí)際的冷態(tài)啟動情況相同，在ETS和TSI正常投入的情況下，由DEH進(jìn)行升速控制。

與機(jī)組實(shí)際冷態(tài)啟動情況不同的是，鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗時，由于高壓缸排汽不進(jìn)入鍋爐再熱器加熱，其溫度較低，如再進(jìn)入中壓缸則會導(dǎo)致低壓缸各級的濕度較大，對低壓缸葉片有沖蝕，因此高壓缸排汽經(jīng)過噴水降溫后直接引入凝汽器。為了減少高中壓缸合缸處的應(yīng)力和中低壓缸鼓風(fēng)損失，中壓缸采用獨(dú)立的汽源。

1.3 沖轉(zhuǎn)汽源的選擇

1.3.1 高壓缸汽源選擇

高壓缸進(jìn)汽參數(shù)的選取，首先要滿足蒸汽溫度和金屬溫度的失配在最佳范圍內(nèi)，即高壓缸調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度要高于金屬溫度28～56℃。其次，選擇供汽機(jī)組哪一級抽汽還要考慮供汽量足夠用來沖動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。下圖1為GE公司提供的汽輪機(jī)冷態(tài)啟動曲線，從中可以看出，當(dāng)鍋爐主汽參數(shù)為5 MPa、350℃沖轉(zhuǎn)時，蒸汽流量約為20～30t/h。

鄰機(jī)（3號汽輪機(jī)）供汽機(jī)組2段抽汽的供汽量較大，除用于本級高壓加熱器78 t/h抽汽量外，還可供116 t/h的廠用輔助蒸汽。抽汽壓力3.59MPA,溫度323℃?？紤]供汽管道壓力和溫度損失，汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽參數(shù)為2.94MPa、313℃。與亞臨界機(jī)組冷態(tài)啟動時的高壓缸進(jìn)汽參數(shù)接近?？梢詽M足鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)對蒸汽量和蒸汽溫度的要求。

1.3.2 中壓缸進(jìn)汽汽源的選擇

按照GE汽輪機(jī)啟動導(dǎo)則規(guī)定，在機(jī)組空負(fù)荷時，中壓缸進(jìn)汽溫度不低于高壓缸進(jìn)汽溫度167℃。兼顧管道連接的方便性，選用輔助蒸汽系統(tǒng)15ata聯(lián)箱蒸汽作為中壓缸進(jìn)汽汽源，溫度約260～280℃左右。

1.4 鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)管道的連接

鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗系統(tǒng)連接如圖2所示。汽輪機(jī)兩條高壓過熱蒸汽進(jìn)汽管道，只使用一條管道，也就是只使用一個高壓主汽門的內(nèi)旁路進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，另一條用封頭堵塞，在蒸汽管道接口與汽輪機(jī)自動主汽門之間，保留有啟動疏水接口。

高壓缸排汽管道用直徑較大的管道通過布置在疏水箱頂部的噴水減溫器，對高壓缸排汽噴水降溫后引入凝汽器。在高壓缸排汽與凝汽器之間加裝了隔離閥門。中壓缸進(jìn)汽管道連接在15ata聯(lián)箱至空加系統(tǒng)供氣管上，管道的設(shè)計蒸汽流量為70～100t/h。

2 鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗過程

汽輪機(jī)鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗操作與機(jī)組正常冷態(tài)啟動基本相同。各項操作步驟均按照運(yùn)行規(guī)程的要求去執(zhí)行，汽輪機(jī)組的保護(hù)均投入，由DEH系統(tǒng)控制沖轉(zhuǎn)。真空控制在-90～-95Kpa。沖車前臨時系統(tǒng)高壓缸、中壓缸進(jìn)汽管路吹管打靶合格并經(jīng)充分暖管、疏水。

（1）摩擦檢查。沖轉(zhuǎn)試驗采用1號自動主汽門內(nèi)旁路控制進(jìn)汽，升速率選為80rpm/min，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到600rpm，，機(jī)組打閘，就地進(jìn)行摩擦情況檢查。

表1 2號機(jī)組鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗時的脹差記錄

表2 2號機(jī)組沖轉(zhuǎn)試驗時汽輪機(jī)排汽溫度變化

（2）摩擦檢查后，機(jī)組轉(zhuǎn)速降至200rpm時,汽輪機(jī)第二次掛閘，汽輪機(jī)中壓聯(lián)合汽門全部開啟，開始中壓缸進(jìn)汽。手動緩慢開啟中壓缸進(jìn)汽閥門，用中壓缸進(jìn)汽使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子升速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到800rpm時，保持閥門開度，保持進(jìn)入中壓缸的蒸汽流量不變，維持汽輪機(jī)800rpm轉(zhuǎn)速。此時顯示中壓缸進(jìn)汽量為11.5t/h，。

（3）高壓缸進(jìn)汽繼續(xù)升速。在DEH盤上設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速2500rpm，升速率選定50～80rpm/min，在CRT上監(jiān)視汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升情況。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至2500rpm時，維持定速運(yùn)行，提高潤滑油溫度至42℃以上。機(jī)組繼續(xù)升速至2700rpm時，進(jìn)行危急保安器充油閉鎖試驗，繼續(xù)升速至3000rpm額定轉(zhuǎn)速。進(jìn)行機(jī)組定速后的檢查，包括汽輪機(jī)振動，軸承溫度，低壓缸排汽溫度等。參數(shù)穩(wěn)定后可以進(jìn)行勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)的試驗。

表3 汽缸金屬溫度變化率和變化值

圖3 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命損耗曲線

3 鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)技術(shù)分析

3.1 脹差

脹差的變化反映了汽缸和轉(zhuǎn)子的加熱狀態(tài)的差異。從表1脹差數(shù)據(jù)，可以看出，鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中脹差均在正常的范圍內(nèi)，而且整個沖轉(zhuǎn)過程中，脹差變化較小，這表明鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)方式和參數(shù)的選擇是合適的。

3.2 高壓缸進(jìn)汽參數(shù)變化

2號機(jī)高壓缸進(jìn)汽參數(shù)可以滿足定速3000rpm的要求。但#3機(jī)來的主蒸汽臨時供汽管路長度300m帶來的壓降損失較大，沖轉(zhuǎn)過程中，高壓缸進(jìn)口壓力從3.66 MPa降到2.39 MPa，壓力降低1.22MPa。但高壓缸進(jìn)汽管道設(shè)計能夠滿足汽輪機(jī)定速所需的蒸汽量，管道又做了良好的保溫，散熱較少，蒸汽溫度變化不大。

3.3 汽缸排汽溫度

鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗汽輪機(jī)排汽溫度變化情況如下表2。中壓缸排汽溫度保持正常。低壓缸在噴水減溫自動投入的情況下，低壓缸排汽溫度，在沖轉(zhuǎn)試驗前為32℃，轉(zhuǎn)子3000rpm定速后為36℃，最高升至44℃，低壓缸排汽溫度完全控制在正常的范圍內(nèi)，表明在凝汽器高真空條件下，低壓缸的鼓風(fēng)摩擦損失較小。

3.4 沖轉(zhuǎn)試驗對供汽機(jī)組運(yùn)行的影響

鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)時鄰機(jī)負(fù)荷減少約15MW；再熱蒸汽壓力降低0.4～0.5MPa。供汽機(jī)組鍋爐采用投入下層磨煤機(jī)運(yùn)行，過熱器和再熱器管屏無超溫現(xiàn)象。短時間內(nèi)供汽機(jī)組補(bǔ)水量的增大，但沒有造成機(jī)組運(yùn)行困難。機(jī)組其他參數(shù)基本沒有變化。因此，鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗過程中供汽機(jī)組的運(yùn)行安全不會受到影響。

3.5 汽輪機(jī)的壽命損耗

根據(jù)（圖3）汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子壽命損耗曲線，以及表3所列的汽缸金屬溫度變化，對鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗時的壽命損耗進(jìn)行估算。無論是汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子還是中壓轉(zhuǎn)子，由于溫度變化值和溫度變化率都很小。從壽命損耗曲線查得其壽命損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.001%。

因為汽源參數(shù)選擇合理，高中壓汽缸呈平穩(wěn)加熱狀態(tài)，汽缸的內(nèi)外壁最大溫差18℃，上下壁溫差最大22℃，滿足汽輪機(jī)溫差限制的要求。之后，又將鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗時的振動值與機(jī)組正常冷態(tài)啟動時的振動值進(jìn)行比較。兩種沖轉(zhuǎn)方式的振動幅值和趨勢相同，說明了鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗可以客觀地反映機(jī)組真實(shí)運(yùn)行狀況。

4 結(jié)論

（1）大港電廠一期兩臺機(jī)組亞臨界汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗，與機(jī)組實(shí)際冷態(tài)啟動方式基本相同，在ETS和TSI保護(hù)投入的情況下，由DEH控制升速，試驗過程安全，易于控制；

（2）試驗臨時系統(tǒng)連接方便，費(fèi)用投入少，對供汽機(jī)組的運(yùn)行影響?。?/p>

（3）利用鄰機(jī)種轉(zhuǎn)試驗，可提前完成新建或擴(kuò)建機(jī)組的部分調(diào)試工作，降低機(jī)組調(diào)試期間的費(fèi)用消耗，具有較好的效益，有一定的推廣應(yīng)用價值。

（4）采用鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)方式完成汽輪機(jī)的調(diào)試，可以節(jié)約大量燃油和廠用電，并且提前發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的缺陷，提前處理，使機(jī)組提前發(fā)電，這次大港電廠鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗試驗，提前發(fā)現(xiàn)缺陷使工期進(jìn)度縮短10天，綜合統(tǒng)計，鄰機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗后獲得直接經(jīng)濟(jì)效益1074.5萬元。通過鄰機(jī)沖試驗還可以進(jìn)一步完成發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)變壓器組的實(shí)驗，其經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。

1.328.5MW機(jī)組說明書

2.GE汽輪機(jī)啟動導(dǎo)則

3.張兆基：汽輪機(jī)啟動運(yùn)行方式與安全性經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系 熱力發(fā)電