600 MW 超臨界汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)的高壓差脹控制

蘇廣華

（國(guó)電蚌埠發(fā)電有限公司，安徽蚌埠 233411）

0 引言

當(dāng)差脹超過(guò)規(guī)定值時(shí)，無(wú)論是正差脹還是負(fù)差脹，都會(huì)使汽輪機(jī)動(dòng)葉和靜葉之間的軸向相對(duì)距離減小，甚至發(fā)生動(dòng)靜部分的摩擦，進(jìn)而引起汽輪機(jī)組振動(dòng)增大，甚至葉片損壞和大軸彎曲等嚴(yán)重事故。在實(shí)際運(yùn)行中，若差脹增大甚至超標(biāo)，則應(yīng)通過(guò)運(yùn)行調(diào)整進(jìn)行控制，以保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)某引進(jìn)型N600-24.2/566/566 超臨界汽輪機(jī)的冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中高壓差脹增大趨勢(shì)的分析，制定相應(yīng)的調(diào)整措施，控制差脹在規(guī)定范圍內(nèi)并縮短暖機(jī)時(shí)間，對(duì)機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性都有重大意義。

1 機(jī)組概況

汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠的引進(jìn)型超臨界600 MW 中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)N600-24.2/566/566，超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、具有八級(jí)非調(diào)整回?zé)岢槠捎枚āǖ膹?fù)合變壓運(yùn)行方式，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min。

（1）汽輪機(jī)蒸汽流程。機(jī)組啟動(dòng)采用高壓缸、中壓缸同時(shí)控制啟動(dòng)的方式（BYPASS ON），系統(tǒng)配備高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽由高壓主汽門(mén)和高壓調(diào)節(jié)閥并通過(guò)4 根連接閥門(mén)和高壓缸的導(dǎo)汽管進(jìn)入高壓汽輪機(jī)，再經(jīng)過(guò)葉片級(jí)的做功后通過(guò)高壓外缸下部的排汽口進(jìn)入再熱器，進(jìn)一步提高電廠循環(huán)的熱效率。蒸汽從再熱器再次升溫后通過(guò)兩個(gè)中壓主汽門(mén)和4 個(gè)調(diào)節(jié)閥返回到中壓缸，再經(jīng)中壓缸向上排汽口的兩根中低壓連通管流入雙流、反動(dòng)式的低壓缸，蒸汽做功后向下進(jìn)入凝汽器。

（2）高壓差脹保護(hù)值。高中壓缸采用高中壓合缸、雙層缸結(jié)構(gòu)，沿水平中分面分開(kāi)，形成上缸和下缸。內(nèi)缸上部和下部用定位銷(xiāo)導(dǎo)向，并維持相對(duì)汽輪機(jī)軸線的正確位置，保證其隨溫度變化可以自由膨脹和收縮。高壓差脹儀安裝位置在機(jī)組前軸承箱內(nèi)，主要作用是指示轉(zhuǎn)子和汽缸之間的相對(duì)軸向位移和軸向間隙變化趨勢(shì)。汽輪機(jī)的高壓差脹整定的報(bào)警值和脫扣值由汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)決定，該汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子伸長(zhǎng)報(bào)警9.62 mm、遮斷值10.28 mm，轉(zhuǎn)子縮短報(bào)警值-4.56 mm、遮斷值-3.8 mm，冷態(tài)值0 mm。

2 冷態(tài)啟動(dòng)程序

2.1 啟動(dòng)程序確定

根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽之前，通過(guò)高壓缸第一級(jí)處的金屬溫度值T 確定采用合適的啟動(dòng)程序：當(dāng)高壓（HP）轉(zhuǎn)子的金屬初始溫度值T<204 ℃，應(yīng)按冷態(tài)啟動(dòng)程序進(jìn)行；當(dāng)T≥204 ℃時(shí)，按熱態(tài)啟動(dòng)程序進(jìn)行。

2.2 高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)

該機(jī)組采用帶旁路的汽輪機(jī)啟動(dòng)，即高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)。采用雙回路系統(tǒng)：一路由高壓缸→高壓排汽通風(fēng)閥→凝汽器回路；另一路由中壓缸→低壓缸→凝汽器回路。啟動(dòng)時(shí)主蒸汽溫度和壓力等參數(shù)的選擇應(yīng)該落在給定的“冷態(tài)啟動(dòng)主蒸汽參數(shù)”曲線所劃分的區(qū)域內(nèi)，冷態(tài)啟動(dòng)進(jìn)入汽輪機(jī)入口的主蒸汽溫度過(guò)熱度不低于56 ℃、主蒸汽溫度不大于427 ℃，這樣汽輪機(jī)能夠得到均勻加熱和最佳的差脹。

轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)至定速3000 r/min 的主要步驟如下：

社會(huì)工作的增能理論和陸九淵的心學(xué)理論作為古今中外兩種不同的理論肯定擁有巨大的區(qū)別，這一點(diǎn)是毋庸置疑的。但是經(jīng)過(guò)比較，我們欣喜的發(fā)現(xiàn)，兩種理論也同時(shí)具有多種重要的相似點(diǎn)。這意味著增能理論在中國(guó)傳統(tǒng)主流思想中是有著些許對(duì)應(yīng)的。這樣我們?cè)谧鲈瞿芾碚摫就粱ぷ骰蛟瞿芾碚摫就翆?shí)踐工作的時(shí)候就有了可以憑借的本土思想資源。

（1）確認(rèn)DEH（Digital Electro-Hydraulic Control system，汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)）在BYPASS ON 方式，汽機(jī)掛閘沖轉(zhuǎn)升速至600 r/min，進(jìn)行120 s 閥記憶，之后轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)換為T(mén)V/IV共同控制（其中，TV 表示高壓主汽門(mén)控制回路，IV 表示中壓調(diào)門(mén)控制回路）。

（2）汽輪機(jī)磨檢后升速至1200 r/min 進(jìn)行中速暖機(jī)。

（3）中速暖機(jī)結(jié)束后，升速到2800 r/min 進(jìn)行240 s 狀態(tài)記憶。

（4）閥門(mén)狀態(tài)記憶結(jié)束，升速到2870 r/min 后進(jìn)行TV/GV轉(zhuǎn)速控制切換（GV 表示高壓調(diào)門(mén)控制回路）。

（5）TV/GV 閥切換完成后，以50 r/min 的升速率定速3000 r/min，進(jìn)入發(fā)電機(jī)同期控制階段。

3 汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程差脹的變化和控制

機(jī)組冷態(tài)開(kāi)機(jī)到正常參數(shù)接帶負(fù)荷這一過(guò)程，蒸汽溫度的變化必然會(huì)引起汽缸膨脹。通過(guò)各階段暖機(jī)過(guò)程后，汽缸和轉(zhuǎn)子的溫度逐步相近，兩者之間的相對(duì)膨脹差值隨之減小，動(dòng)靜部分的相對(duì)軸向間隙變大。通過(guò)冷態(tài)開(kāi)機(jī)的不同階段對(duì)高壓差脹的變化進(jìn)行分析并采用相適應(yīng)的控制手段。冷態(tài)啟動(dòng)整個(gè)過(guò)程中，高壓差脹隨軸封投運(yùn)和轉(zhuǎn)速等變化趨勢(shì)如圖1 所示。

圖1 冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中高壓差脹變化趨勢(shì)

3.1 投軸封階段差脹變化控制

這一階段軸封汽溫度高于汽輪機(jī)汽缸和轉(zhuǎn)子溫度，但此時(shí)汽量較小、對(duì)汽缸的膨脹影響不大，而使汽封處的軸頸伸長(zhǎng)較大，差脹值表現(xiàn)正方向變化。在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，適當(dāng)降低軸封進(jìn)汽溫度，對(duì)沖轉(zhuǎn)前控制差脹有明顯的作用。軸封溫度應(yīng)按以下原則控制：高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子軸封蒸汽與轉(zhuǎn)子表面金屬溫差應(yīng)小于111 ℃，同時(shí)軸封蒸汽溫度有14 ℃以上的過(guò)熱度，以防軸封汽帶水或汽缸進(jìn)水。

從曲線分析，機(jī)組盤(pán)車(chē)狀態(tài)時(shí)高壓差脹0.64 mm，與汽輪機(jī)運(yùn)行說(shuō)明書(shū)規(guī)定的冷態(tài)高壓差脹0 mm 相近，差脹符合冷態(tài)開(kāi)機(jī)要求。隨著投軸封抽真空的進(jìn)行差脹上升，至真空建立后穩(wěn)定在2.88 mm。

3.2 暖機(jī)階段差脹變化控制

汽輪機(jī)由盤(pán)車(chē)狀態(tài)沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速3000 r/min 的過(guò)程，蒸汽的流通量逐漸增大，轉(zhuǎn)子質(zhì)量小而快速發(fā)生膨脹，而進(jìn)入高壓缸蒸汽量少、溫度低，汽缸相對(duì)膨脹量小，因此高壓差脹持續(xù)增大。恰恰這個(gè)階段是控制高壓差脹正值大小的關(guān)鍵。

3.2.1 冷態(tài)沖轉(zhuǎn)的初參數(shù)

冷態(tài)啟動(dòng)中的差脹控制好壞和主、再熱汽溫控制密切相關(guān)。在啟動(dòng)初期，再熱蒸汽主要隨著主汽溫度變化，因此嚴(yán)格控制主汽溫度是為控制差脹增大打下的牢固基礎(chǔ)。主蒸汽溫度和壓力等參數(shù)的選擇應(yīng)該處在“冷態(tài)啟動(dòng)主蒸汽參數(shù)”曲線所示劃分的區(qū)域，根據(jù)啟動(dòng)蒸汽曲線和實(shí)際啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，沖轉(zhuǎn)前的主蒸汽溫度控制在350～380 ℃，主汽壓力2.0～2.5 MPa，再熱蒸汽溫度約310 ℃，壓力0.05～0.10 MPa。汽溫主要通過(guò)給煤量、給水量和風(fēng)量的匹配進(jìn)行控制，若高壓差脹持續(xù)升高而主蒸汽溫度控制不理想，可以采取降低鍋爐給煤量1～2 t/h 的辦法降低主汽溫度和壓力。

3.2.2 升溫升壓速率

嚴(yán)格按照冷態(tài)啟動(dòng)曲線控制升溫升壓速率，保持參數(shù)的穩(wěn)定不超限是控制差脹的重要辦法。在點(diǎn)火的初始升壓階段，汽水分離器出口溫度低于100 ℃時(shí)，控制蒸汽升溫速率不大于1.1 ℃/min；在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，分離器出口蒸汽的升溫速率不大于1.5 ℃/min，汽水分離器和貯水箱金屬內(nèi)壁溫升不大于5 ℃/min，內(nèi)外壁溫差≤25 ℃。

機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，第一臺(tái)制粉系統(tǒng)啟動(dòng)后，給煤量控制在23～25 t/h，若汽溫汽壓上升趨于平穩(wěn)再少量增加給煤量，避免煤量過(guò)大引起升溫速率大，汽溫升高較快。

3.2.3 汽輪機(jī)滑銷(xiāo)系統(tǒng)

機(jī)組啟動(dòng)前，為防止出現(xiàn)高中壓汽缸兩側(cè)膨脹不均、汽缸絕對(duì)膨脹值滯后或膨脹值跳變等由于滑銷(xiāo)系統(tǒng)卡澀造成的異常情況，應(yīng)提前對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行臺(tái)板注油，保證汽缸自由膨脹。

3.2.4 蒸汽流量大小

中速暖機(jī)時(shí)，蒸汽流量小，汽缸加熱膨脹相對(duì)轉(zhuǎn)子小，可以通過(guò)調(diào)整增加流通量縮短暖機(jī)時(shí)間。真空系統(tǒng)保留一臺(tái)真空泵運(yùn)行，必要時(shí)截流入口電動(dòng)閥，控制機(jī)組的凝汽器真空在85～90 kPa；高低壓加熱器隨機(jī)投入，以增加機(jī)組的抽汽量，提高汽缸的加熱速度。高低壓加熱器的投入也提高了給水溫度，減少爐側(cè)給煤量的，同時(shí)縮短暖機(jī)達(dá)到提高啟動(dòng)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。

3.2.5 暖機(jī)時(shí)間和轉(zhuǎn)速

在中速暖機(jī)過(guò)程中高壓差脹不斷上升到7.72 mm，高壓差脹存在無(wú)法控制升至超限的情況，此時(shí)通過(guò)繼續(xù)提高汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)泊桑效應(yīng)使轉(zhuǎn)子變粗、變短，升速至3000 r/min 過(guò)程中，高壓差脹下降至7.18 mm。同時(shí)高轉(zhuǎn)速增加了蒸汽進(jìn)量，汽缸膨脹速度上升，相對(duì)遲滯高壓差脹的變化。定速3000 r/min后，利用機(jī)組并網(wǎng)前的時(shí)間將汽缸充分暖透，高壓差脹將會(huì)平穩(wěn)最終下降。額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)80 min 以后，高壓差脹達(dá)到最大值8.95 mm，至并網(wǎng)前出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。通過(guò)理論分析實(shí)際現(xiàn)象，提高轉(zhuǎn)速和延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間對(duì)降低高壓差脹有明顯效果。

3.3 并網(wǎng)帶負(fù)荷階段差脹變化控制

在汽輪發(fā)電機(jī)組同期并列接入電網(wǎng)帶基本負(fù)荷階段，汽輪機(jī)的蒸汽流量顯著增加，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和汽缸劇烈受熱，調(diào)節(jié)級(jí)的溫升較大，升負(fù)荷速率成為高壓差脹的關(guān)鍵影響因素，因此，并網(wǎng)后需要100 MW 低負(fù)荷暖機(jī)，這一負(fù)荷階段暖機(jī)要充分，使汽缸在較低的蒸汽參數(shù)下充分膨脹。當(dāng)高壓差脹、低壓差脹和缸脹等參數(shù)趨于穩(wěn)定后再繼續(xù)增帶負(fù)荷，同時(shí)保證主再熱蒸汽參數(shù)平穩(wěn)，避免機(jī)組負(fù)荷、蒸汽溫度等參數(shù)反復(fù)變化。增加低負(fù)荷暖機(jī)，可以控制差脹不超限，保證機(jī)組運(yùn)行安全。同時(shí)縮短機(jī)組總的啟動(dòng)時(shí)間，提高啟動(dòng)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)從投軸封抽真空開(kāi)始關(guān)注高壓差脹等汽輪機(jī)本體參數(shù)變化，通過(guò)鍋爐的燃燒調(diào)整生產(chǎn)合格穩(wěn)定的主再熱蒸汽。沖轉(zhuǎn)過(guò)程中滿足條件再進(jìn)行升速，并網(wǎng)接帶負(fù)荷時(shí)暖機(jī)要充分，升負(fù)荷速率要符合各項(xiàng)參數(shù)變化要求，避免蒸汽壓力溫度大幅度的反復(fù)變化，以期達(dá)到汽缸和轉(zhuǎn)子自由同步膨脹，汽機(jī)本體參數(shù)在允許范圍內(nèi)。加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)高壓差脹等參數(shù)的變化趨勢(shì)監(jiān)視，通過(guò)分析找出相關(guān)的影響因素，制定解決辦法，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，縮短啟動(dòng)的時(shí)間，進(jìn)而節(jié)約開(kāi)機(jī)消耗，提高經(jīng)濟(jì)性。