中壓缸和高中壓缸聯(lián)合啟動的對比與分析

摘? 要：目前國內(nèi)有三大動力廠：上海電氣、東方電氣和哈爾濱電氣。各自汽輪機組啟動方式各有特色，上汽機組大部分使用的是高中壓缸聯(lián)合啟動，而東汽機組則較多推薦使用中壓缸啟動方式。本文根據(jù)自己親身經(jīng)歷的300MW亞臨界上汽機組（皖能運檢越南廣寧項目）和660MW超臨界東汽機組（皖能運檢印度科瑞希納項目）對比分析了這兩種不同機組啟動方式的區(qū)別和操作過程中遇到的問題及各自的優(yōu)缺點。

關鍵詞：汽輪機;中壓缸;高中壓缸聯(lián)合;啟動方式

中圖分類號：TK263? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

1 兩個項目的機組概況

1.1 皖能運檢越南廣寧項目

皖能運檢越南廣寧項目一、二期四臺從300MW亞臨界機組采用上海汽輪機廠生產(chǎn)的N300-16.7/538/538型汽輪機，是新型的亞臨界、單軸、一次中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機。該機組啟動方式有帶旁路的高中壓缸聯(lián)合啟動和不帶旁路的高壓缸啟動兩種方式可選，正常操作采用的帶旁路的高中壓缸聯(lián)合啟動[1]。

1.2 皖能運檢印度科瑞希納項目

皖能運檢印度科瑞希納項目一期2×660MW為超臨界機組，配備的汽輪機為東方汽輪機廠引進日立技術生產(chǎn)制造的超臨界壓力、一次中間再熱、沖動式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，型號為：N660-24.2/565/600。該機組設置為高低壓二級串聯(lián)旁路，廠家推薦并且機組默認的啟動方式為中壓缸啟動[5]。

2 兩種啟動方式的流程描述

2.1 高中壓缸聯(lián)合啟動

高中壓缸聯(lián)合啟動可以理解為高壓主汽門和中壓調(diào)節(jié)汽門進行對機組轉(zhuǎn)速的調(diào)試啟動，旁路控制是必不可少的。啟動流程中有切閥步驟，一般是兩次自動切閥，一次手動切閥。

2.2 中壓缸啟動

中壓缸啟動的機組，啟動初期高壓調(diào)門全關，由中壓調(diào)門控制汽機的轉(zhuǎn)速，在進行全啟動期間，投入“Heat Soak”后高壓調(diào)門會微開對高壓缸進行正暖。在沖轉(zhuǎn)前期還有一個高壓缸倒暖的過程。

2.3 兩種啟動方式的區(qū)別

兩種啟動方式在掛閘沖轉(zhuǎn)過程進氣閥門不一樣，高中壓聯(lián)合啟動是有高中壓調(diào)門和高主門切換進氣，而中亞缸啟動則是一開始只有中調(diào)進氣，只有在全冷態(tài)投入正暖模式的情況下才會微開高調(diào)。從另外一個方面講，二者又有一個相似的地方，在中壓缸投入正暖以及切缸之后，中壓缸啟動的本質(zhì)其實可以理解為中壓向高中壓切換聯(lián)合進氣的啟動階段。

基于理論層面而言，中壓缸啟動方式與高中壓缸聯(lián)合啟動方式進行對比得出，中壓缸啟動方式更占有優(yōu)勢地位，因為它在不同的情況中實現(xiàn)在短時間內(nèi)快速啟動，并且使得鍋爐在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)沖轉(zhuǎn)參數(shù)。而且，對于旁路系統(tǒng)而言，中壓缸啟動方式要實現(xiàn)更高標準的操作程度。鍋爐的啟動循環(huán)系統(tǒng)和中壓缸啟動方式二者之間相輔相成，無法脫離其中一方進行，這樣才能保證機組啟動的穩(wěn)定性能。

2.4 兩種啟動方式適用的場合

冷態(tài)啟動使用中缸啟動會縮短啟動時間，但一般先要預熱中缸，而且對脹差的控制也容易些，有利于機組的熱膨脹。熱態(tài)時用高中缸聯(lián)合啟動和中壓缸啟動其實差不多。

兩種啟動方式相匹配的場合要旁路相支撐，將汽機高、低壓兩級串聯(lián)旁路作為機組旁路系統(tǒng)。機組旁路系統(tǒng)容量要求要達到：40%BMCR是高旁容量的標準，高旁的蒸汽流量與噴水流量二者的總和構(gòu)成了低旁容量。旁路容量的裕量要在一定的標準范圍內(nèi)（要在大于等于旁路容量5%的標準）。

3 啟動過程中遇到與需注意的問題

3.1 上汽高中壓缸聯(lián)合啟動過程中遇到的問題

3.1.1 高排溫度高

在高中壓缸聯(lián)合啟動的運行期間，高壓旁路閥存在開啟區(qū)域內(nèi)，一定量的蒸汽先是經(jīng)由高壓旁路，再進入冷卻再熱器，直接后果就是使得高壓缸流量的降低，基于同步轉(zhuǎn)速和低負荷工作期間內(nèi)，高壓缸鼓風的情況較為頻繁，因此在工作期間內(nèi)高排溫度是其中需要加大關注度的數(shù)據(jù)之一[4]。尤其是在并網(wǎng)前的等待時間不宜過長，在越南廣寧項目有一次啟動過程中，由于電氣側(cè)有故障處理，一直不能并網(wǎng)，汽機已經(jīng)3000rpm空轉(zhuǎn)很長時間，高排溫度已經(jīng)接近跳機值427℃，所幸的是在跳機值到達直接電氣故障處理完畢，并網(wǎng)后隨著蒸汽流量的增大和流通，高排溫度下降很明顯

3.1.2 低壓缸排氣溫度高

正常帶負荷在工作期間內(nèi)，高排導致的再熱蒸汽會幾乎都會進入中壓缸，一般而言，對于高壓缸流量而言，中壓缸流量持相同或者低的狀態(tài)，所以在低壓缸中出現(xiàn)鼓風導致的熱量出現(xiàn)可能性極小。因為低壓缸的葉片長，轉(zhuǎn)速越高，鼓風發(fā)熱就會越劇烈。

3.1.3 切閥的控制

整個啟動過程有三次切閥，兩次自動切閥，一次手動切閥。切閥過程的關鍵是保持再熱壓力穩(wěn)定。在TV-GV切閥前，一定要確定蒸汽溫度在標準閥切換溫度之上，同時，高壓進汽室（高調(diào)門汽室）內(nèi)壁金屬溫度也一定要處于與和主汽壓力匹配的飽和溫度持平或者高于的狀態(tài)，這樣可以有效降低汽室蒸汽因為調(diào)閥而出現(xiàn)的壓力增大并逐漸凝結(jié)水的可能性[8]。

3.2 東汽中壓缸啟動過程中遇到的問題

3.2.1 高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)外壁溫差大

印度科瑞希納項目兩臺機組為東汽新型機組，在首次純冷態(tài)已經(jīng)項目前期的幾次啟動，600rpm～1500rpm升速過程中出現(xiàn)過調(diào)節(jié)級內(nèi)外壁溫差大的情況，內(nèi)外壁溫差最高達到過120℃，這種情況下沒有別的手段干預，只能慢慢暖機，達到極限值時只能通過打閘后再次沖轉(zhuǎn)處理。這個原因不是單方面的，一個是首次純冷態(tài)金屬溫度低，另外一個就是沒夾層加熱且暖機時間又不能縮短。不過隨著機組啟動次數(shù)的慢慢增多，汽缸應力的變化，在隨后的過程中這個溫差一直控制在極限范圍之內(nèi)。

3.2.2 高壓缸脹差接近報警跳機值

在兩臺機組首次啟動過程中，發(fā)現(xiàn)高中壓缸脹差負向偏大，接近報警值，尤其是#1機組更為明顯，這個對于正常運行工況來說是不能接受，后來廠家給予了澄清，機組軸向間隙的設定充分考慮了各種極限工況，有充足的安全裕度，最終廠家根據(jù)實際運行參數(shù)對其進行了重新計算和修正。

3.2.3 廠家提供的初版啟動曲線蒸汽參數(shù)不合理

首次啟動時，采取的是廠家提供的初版啟動曲線，冷態(tài)工況下沖轉(zhuǎn)參數(shù)為：主蒸汽8.73Mpa/335℃，再熱蒸汽1.1Mpa/315℃，用此參數(shù)沖轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)一個問題，主蒸汽溫度335℃相對與8.73Mpa對應的飽和溫度有些不合理，將此情況給東汽廠反應之后得到了升版，主蒸汽沖轉(zhuǎn)參數(shù)由原來的8.73Mpa/335℃修改至6Mpa/380℃，再熱蒸汽由原來的1.1Mpa/315℃修改至了1.1Mpa/320℃。修改之后，在今后的啟動過程中機組安全得到了一定的保障。

3.3 兩種啟動方式均需注意的問題

3.3.1 軸封蒸汽的控制

軸封供汽參數(shù)的不穩(wěn)定與機組脹差和振動之間存在一定的作用性，送軸封期間調(diào)試不準確極有可能導致脹差超限、動靜摩擦的情況發(fā)生。軸封供汽壓力、溫度和時間是造成軸封供汽作用域差脹的主要導致因素，軸封蒸汽參數(shù)越高，供汽時間越長，對差脹影響越大[8]。

3.3.2 低壓脹差的控制

在汽輪機中存在蒸汽的情況下，轉(zhuǎn)動部件和汽缸同時處于膨脹的狀態(tài)中。轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不大，溫升很快，所以膨脹較汽缸速度更加快并且出現(xiàn)差脹情況。軸向間隙也存在于汽輪機轉(zhuǎn)動部件和靜止部件內(nèi)，根據(jù)標準要求，差脹在汽輪機中是被允許存在的，然而差脹值大于標準值的時候，極大程度會造成轉(zhuǎn)動部分和靜止部分撞擊情況的發(fā)生[6]。

3.3.3 真空的控制

對于低壓差脹而言，真空具有一定程度的作用性：一方面真空降低，排汽溫度升高，低壓缸排汽口壓力升高，缸體內(nèi)外壓差減小，兩者促進低壓缸缸體膨脹，從而減小低壓差脹;另一方面，若軸封汽壓不變，低壓缸軸封段軸封汽量減少，轉(zhuǎn)子加熱減弱也使低壓差脹減小。因此啟動過程中不要將凝汽器真空控制得過高[6]。

3.3.4 旁路的控制

兩種啟動方式對旁路要求均較高，從鍋爐點火到汽輪機沖轉(zhuǎn)前的升溫升壓，維持主汽壓力與再熱蒸汽壓力穩(wěn)定，將多余的啟動蒸汽經(jīng)低旁排入凝汽器防止再熱器干燒[8]。

4結(jié)語

通過以上論述可以發(fā)現(xiàn)，兩種啟動方式各有特色。在純冷態(tài)啟動時，雖然中壓缸沖轉(zhuǎn)前預先進行了倒暖，表面是是減少了啟動時間，但是在中速暖機時東汽的中壓缸啟動要比上汽的高中壓缸聯(lián)合啟動時間長下。在啟動過程中，就切閥方式而言，高中壓缸聯(lián)合啟動的切閥方式困難程度是最低的，中壓缸啟動并網(wǎng)過后的切缸反而存在不成功跳機的可能性。

在機組冷態(tài)啟動時，經(jīng)過預暖后高壓轉(zhuǎn)子溫度已超過150℃，采用中壓缸啟動時，中壓轉(zhuǎn)子溫升比高中壓聯(lián)合啟動的要快，能使轉(zhuǎn)子盡快度過低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，提高了轉(zhuǎn)子的安全性[7]。

從保護鍋爐再熱器的角度來說，采用中壓缸啟動時，高中壓缸聯(lián)合啟動低于再熱蒸汽流量，這有助于提高鍋爐再熱器的安全穩(wěn)定性。并且，再熱蒸汽的升溫程度也能夠靠中壓缸啟動來迅速調(diào)節(jié)，降低了再熱蒸汽溫度的不達標出現(xiàn)的熱應力情況，讓中壓缸溫度和再熱蒸汽溫度的適應程度更高，極大的抑制了由于機組熱態(tài)而導致的負脹差情況的可能性[7]。

參考文獻

[1] N300-16.7/538/538 型300MW 中間再熱凝汽式汽輪機概述及運行說明書[Z].上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠，2008.

[2] 越南廣寧熱電股份公司300MW汽機運行規(guī)程[Z].2008-05-15.

[3] （WBN）D600C-000110ASM汽輪機預暖系統(tǒng)說明書[Z].東方電氣集團東方汽輪機廠，2012.

[4] （WBN）D660H-000106ASM汽輪機啟動運行說明書[Z].東方電氣集團東方汽輪機廠，2012.

[5] 印度科瑞希納2*660MW超臨界發(fā)電機組汽機運行維護手冊（第二卷）[Z].2013-04-15.

[6] 田莉，陳華桂.600MW超臨界汽輪機高中壓缸聯(lián)合啟動問題分析及處理[J].廣西電力2008（1）：17-19.

[7] 陳華桂，秦惠敏，盧修連，高遠.600MW超臨界汽輪機組中壓缸啟動分析[J].江蘇電機工程2006（03）：19-22.

[8] 何冬輝，魏長宏，安凱.高中壓缸聯(lián)合冷態(tài)啟動關鍵控制要點分析[J].東北電力技術2014（1）：27-31.

[9] 何輝，吳強.600MW超臨界機組汽輪機中壓缸啟動機故障分析處理[J].華電技術2009（03）：5-8.[A1]

收稿日期：2019-11-05

作者簡介：陳章宏（1990—），男，安徽當涂人，本科，研究方向：汽輪機啟動方式、汽輪機組主機及輔助設備運行方式及異常分析。

The Comparison and Analysis of Intermediate Pressure Cylinder and High-Intermediate Pressure Cylinder Starting-up

CHEN Zhang-hong

（Anhui Wenergy Power Operation and Maintenance Co.，Ltd.，

Hefei Anhui? 230088）

Abstract： At present， there are three electric equipment groups in China： Shanghai electric Co，Ltd（SEC）， Dongfang electric Co.，Ltd（DEC） and Harbin electric Co.，Ltd（HEC）.The starting mode of each steam turbine unit has its own characteristics. Most of the SEC units use the High-Intermediate Pressure cylinder start-up， while the DEC is more recommended to use the starting mode of the Intermediate Pressure cylinder.In this paper， according to own personal experience of the 300MW subcritical SEC unit （ANHUI WENERGY POWER OPERATION AND MAINTENANCE CO.，LTD in Vietnam Quang Ninh project） and 660MW supercritical DEC unit （ANHUI WENERGY POWER OPERATION AND MAINTENANCE CO.，LTD in India TPCIL project） comparative analysis the difference of the two different units startup mode and the problems encountered during operation and the advantages and disadvantages of their own.

Key words： turbine;intermediate pressure cylinder; high-Intermediate pressure cylinder;starting-up mode

文獻2.3.9未上標，已核實，要求原文刊發(fā)