D11型汽輪機逆流暖缸技術應用及改進

王建偉，朱意兵，陳源鎖

（浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司，浙江 寧波 315400）

D11型汽輪機逆流暖缸技術應用及改進

王建偉，朱意兵，陳源鎖

（浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司，浙江 寧波 315400）

為縮短D11汽輪機冷態啟動時間，研究實施高壓缸逆流暖缸技術，從安全性和經濟性兩方面分析采用逆流暖缸對機組的影響，并針對實施逆流暖缸后出現的問題提出改進方案。

汽輪機；逆流暖缸；改進方案；燃氣輪機

浙江國華余姚燃氣發電工程配置1套S209FA燃氣蒸汽聯合循環發電機組，燃機與汽機分軸布置，采用 “二拖一”運行模式，汽機為GE公司D11型機組，配置高中壓串聯旁路系統，采用中壓缸啟動方式。

1 逆流暖缸技術的提出

在原有控制方式下，汽輪機采用中壓缸啟動方式，高壓缸在冷態啟動過程中沒有蒸汽進入，直至汽機并網并帶上一定負荷時，才進行高壓缸順流進汽切換，但此時高壓主汽溫度和高壓汽缸的溫度差較大，導致高壓缸進汽后汽缸轉子表面產生較大熱應力，之后由于轉子表面溫度上升較快，使表面和中心產生較大溫差，又在轉子中心孔產生較大熱應力；為控制應力，需要對機組進行長時間的低負荷暖機，嚴重影響了機組運行經濟性。低負荷長時間運行也增加了燃機的壽命損耗，容易引起燃燒故障，低負荷工況下的燃機污染物排放也較大。

為改善這種運行工況，研究如何在中壓缸啟動過程中提高高壓汽缸溫度，縮小高壓缸進汽后的溫差，經安全可靠性論證分析，最終提出冷態啟動過程中對高壓缸進行逆流暖缸的技術方案并實施應用。

2 逆流暖缸技術的實施

2.1 控制軟件修改

D11型汽輪機采用逆流閥和逆流排放閥，逆流系統應用于汽機溫熱態啟動，由再熱冷段蒸汽向高壓缸逆向流動，從高壓最末級流至高壓進汽室，通過逆流排放閥排至凝汽器，以防止溫熱態啟動過程中高壓缸過熱，主要目的是冷卻高壓轉子，因此稱為逆流冷卻。逆流排放閥在汽機啟動后自動打開，逆流閥根據高壓進汽部分的溫度測量值控制閥門，原設計開閥條件是溫度204℃且汽機轉速達75%額定轉速。即如果汽輪機在盤車狀態下，汽缸金屬溫度高于204℃，則控制系統判定機組處于溫熱態狀態；當轉速達到75%額定轉速時，逆流閥即自動打開。

為使逆流冷卻系統同時具備逆流暖缸的功能，將溫度控制參數由204℃降低至38℃，因為汽機啟動前靠軸封蒸汽就能使高壓缸溫度達到38℃，啟動后轉速達到75%轉速時，逆流閥即打開。再熱冷段蒸汽來自高壓旁路，一般可超過250℃，再熱冷段蒸汽逆流進入高壓缸后，使高壓缸在啟動過程中即開始加熱暖缸，達到提前升高高壓缸壁溫的目的。

2.2 應用中的注意點

應用逆流暖缸技術不需改造一次設備，利用現有管路系統，通過控制軟件的變更，拓展了原設計的應用范圍，在經濟運行和改善設備安全性方面均達到了預期目的。具體實施中應注意以下幾個方面：

（1）控制高壓旁路后的蒸汽溫度，使再熱冷段汽溫保持足夠的過熱度，以免蒸汽進入高壓缸后冷凝，導致汽缸水擊。

（2）控制高壓旁路后蒸汽壓力。雖然壓力上升可加大逆流暖缸蒸汽流量，提高暖缸效果，但會相應降低過熱度。

（3）汽機高壓缸排汽逆止閥與高壓旁路間的蒸汽管路應提前進行充分暖管和疏水，因為該段管路在啟動期間是一段死區，且管路較長，容易積存空氣，管壁溫度也較低，如未進行充分疏水和排氣，容易造成凝汽器真空突降和對該段管道的熱沖擊。

3 逆流暖缸技術實施效果

3.1 啟動指標對比

方案實施前后的啟動指標對比如表1所示。

表1 實施前后的啟動指標

3.2 壽命改善對比

由圖1，2可見，實施逆流暖缸技術后，高壓缸溫度變化速率大幅度減低，最大變化率從300℃/h降低至170℃/h。

4 存在問題

圖1 技改前汽機壽命曲線（高壓）

圖2 技改后汽機壽命曲線（高壓）

目前，該技術實際應用效果較好，但逆流閥開啟時真空突降問題比較明顯，并存在一定風險。目前采取以下解決措施：

（1）對高壓缸排汽至再熱器入口管段進行充分暖管和疏水、排汽，兩側再熱冷段入口電動閥前疏水保持開啟一直到逆流正常。

（2）逆流閥開啟前預先啟動備用真空泵，并關閉高壓缸排汽母管疏水閥，以減緩空氣進入凝汽器。

5 改進措施

采取上述措施雖有一定效果，但仍存在真空下降幅度大的情況，且真空下降過程中缺乏較好的控制手段，所以采取以下措施改進：

（1）設置逆流閥遠方控制按鈕，真空下降時臨時關閉逆流閥，真空恢復后再重新開啟，使進入凝汽器的空氣減少，真空降幅縮小。

（2）在逆流閥或高壓缸排汽逆止閥處裝設疏水閥，在暖管疏水階段排出逆流閥前的冷再管路空氣，使逆流閥開啟后沒有空氣進入凝汽器。

（3）設計真空低自動關閉逆流閥控制邏輯，當符合逆流閥開啟條件時，若真空降至設定值可使逆流閥自動關閉，真空回升到一定程度后再重新打開，其作用和第一條措施相同，只是通過自動控制程序來代替人工干預。

以上3條改進措施，任一條均可改變目前存在的逆流閥開啟時真空下降幅度大的狀況。

6 結語

D11型汽輪機進行逆流暖缸后，啟動時間縮短25 min，高壓缸熱應力水平大幅下降，縮短了燃機低負荷運行時間，取得了較好的經濟和安全效益。采用該技術無需系統設備的投入，僅在控制軟件和操作技術上進行完善和改進，適用于所有同類型機組。對于D10型汽輪機或V94.3機組，則需要重新設計管路系統，但改造后的效益比較明顯。

（本文編輯：徐 晗）

Application and Improvement of Reverse Flow Warming Technology for D11 Steam Turbine High-Pressure Cylinder

WANG Jian-wei，ZHU Yi-bing，CHENG Yuan-suo
（Zhejiang Guohua Yuyao Fuel Gas Power Generation Co.，Ltd，Ningbo Zhejiang 315400，China）

In order to shorten the cold start time of D11 Steam Turbine,the research and application of the reverse warming technology for high-pressure cylinder were carried out.This paper analyzes the effect of the implementation on the unit in terms of safety and economy and proposes the improvement plan according to the problems found after the implementation.

steam turbine；reverse flow cylinder warming；improvementplan；gas turbine

TK247

B

1007-1881（2010）12-0038-03

2010-06-29

王建偉（1973-），男，浙江臺州人，助理工程師，從事燃氣輪機電廠運行技術管理工作。