微油模式下機組冷態啟動的低壓缸差脹控制

羅 晶

（臺州發電廠，浙江 臺州 318016）

1 概述

臺州發電廠7號、8號汽輪發電機組為北重－阿爾斯通N330－17.75/540/540，單軸三缸亞臨界中間一次再熱雙排汽凝汽式汽輪機。汽輪機采用中壓缸沖轉，滑壓啟動。該機組不設法蘭螺栓加熱裝置，其高、中、低壓缸夾層的加熱與冷卻汽源分別來自調節級、中壓缸第五級后的抽汽、低壓缸的各級抽汽。汽輪機組的滑銷系統及汽缸、轉子的膨脹方向如圖1所示。

汽輪機在啟動、停機及異常工況下，常因轉子加熱（或冷卻）比汽缸快而產生膨脹差值（簡稱差脹）。無論是正差脹還是負差脹，當其達到某一數值時，汽輪機軸向動靜部分就要相碰發生摩擦，嚴重時可能導致設備損壞。為了避免因為差脹過大引起動靜摩擦，大型機組一般都設有差脹保護，當差脹達到極限危險值時，保護裝置動作緊急停機，切斷汽缸進汽。

生產廠家在汽輪機設計時已按預定啟動程序進行差脹計算，并按最大差脹值確定各檔軸封間隙和流通間隙，認為可排除差脹對機組啟停的限制作用，因而未設差脹保護。因此電廠規定當汽輪機差脹達到極限值時，采取手動停機方式，差脹限值見表1。

表1 臺州發電廠330 MW機組汽輪機差脹限值 mm

2 低壓缸差脹過大的原因分析

2.1 問題的產生

在國家節能減排的大背景下，為了減少啟、停爐的燃油，臺州發電廠相繼對7號和8號機組進行了鍋爐微油點火改造。采用微油點火后，機組啟動階段的燃燒率遠低于原來投用大油槍時的燃燒率，使整個啟動過程延長了1.5～2 h，而汽輪機軸封汽系統按規定在鍋爐點火前就應投入，以建立凝汽器真空。這樣，在機組冷態啟動沖轉前，軸封汽對轉子的加熱時長增加，加熱效應更為突出，導致汽輪機低壓缸正差脹在沖轉前就已偏大；沖轉至額定轉速后，低壓缸正差脹達到或超過報警值，甚至到停機值，嚴重延緩了機組的啟動進程，甚至對機組啟動的安全性造成影響。

圖1 汽輪機滑銷系統

2.2 調查與分析

對2008年6月8號爐微油點火改造后的機組冷態啟動情況進行抽樣調查，并對機組冷態啟動低壓缸正差脹偏大情況進行了統計分析。圖2顯示的兩次啟動進程中，低壓缸差脹一次達到了手動停機值，另一次也明顯超過報警值。

這兩次啟動均采用先抽真空后鍋爐點火的方式，即先投軸封汽系統再對凝汽器抽真空，待凝汽器真空值達到20 kPa以上，鍋爐開始點火。在軸封供汽抽真空階段，因為在加熱過程中轉子溫度升高的速度比汽缸快，相應的膨脹速度也比汽缸快。當投入軸封系統對汽封供汽時，汽封套受熱后向兩側膨脹，對整個汽缸的膨脹影響不大。而與汽封相對應的轉子主軸段在受熱后則伸長明顯。汽封供熱對轉子伸長值的影響是由供汽溫度決定的，同時也受加熱時間的影響。而在這兩次啟動中，沖轉前的軸封系統投用時間長達4 h，期間軸封汽溫度也始終按150℃控制，軸封供汽對轉子的加熱效應非常明顯地體現在低壓差脹的增量上，分別達到了5.311 mm（2009年6月18日）和3.39 mm（2010年5月27日）。

圖2 8號機兩次冷態啟動低壓缸差脹變化曲線

低壓缸正差脹增大的常規因素還有：汽機沖轉參數太高；沖轉過程中暖機不良；低負荷時暖機不良；加負荷過快和帶負荷時主再熱汽溫度提升過快等，所以嚴格按照要求控制相關啟動參數也很重要。

3 控制低壓缸正差脹的措施

3.1 提高微油槍投運成功率

在實際啟動過程中，微油槍點火不成功的情況非常普遍，噴頭濾網堵塞或者噴頭積炭發生最多，造成機組升溫、升壓時間（即鍋爐點火至汽機沖轉時間）太長。采取以下措施可以使油槍投運成功率明顯提高：增加每月定期試點次數，加強運行中的日常維護，機組停運后全面檢查微油槍并保證檢修質量，機組啟動過程中提倡檢修人員“隨時待命、主動維護”理念。

3.2 降低低壓軸封蒸汽溫度

運行規程規定低壓軸封正常溫度設定為150℃，不得低于120℃。而該溫度由一個基地式減溫水調整門調節，且設定值由熱控人員在執行機構內部給定，運行人員無法設定，故每次投軸封均需低壓軸封汽溫度達到150℃。目前采取的措施是每次投軸封時聯系熱控將低壓軸封汽溫度設定值改至120℃。從安全性分析，正常低壓軸封汽壓力約為15 kPa，對應的飽和溫度為101℃，有足夠的過熱度避免軸封帶水。以120℃的低壓軸封汽投運，能減少對軸頸加熱，降低軸封漏汽溫度，使差脹降低。實踐證明，采取這種方法的效果相當明顯。

3.3 推遲凝汽器抽真空時間

運行規程規定必須先投軸封、拉真空至20 kPa以上才允許鍋爐點火，這是為了防止鍋爐點火后產生的疏水或蒸汽排入凝汽器造成超壓。而實際情況是：鍋爐冷態啟動且過程比較順利的情況下，微油點火、制粉系統投運90 min后汽包才起壓。而8號機組的啟動疏水擴容器（主蒸汽管道疏水、再熱熱段管道疏水、再熱冷段管道疏水和一級抽汽管道疏水）是向大氣排放的，并非排往凝汽器，即使鍋爐起壓，其它至凝汽器的疏水在短時間內也不會造成熱沖擊。因此采取的措施是：在鍋爐點火前試投軸封系統拉真空，驗證系統正常后即停運，等制粉系統投運、鍋爐汽包起壓時再開始投軸封系統拉真空。

3.4 適當降低汽機沖轉參數

330 MW機組有以下沖轉參數規定：主汽壓力/溫度為4.0 MPa/380℃、再熱蒸汽壓力/溫度為1.5 MPa/360℃。只要維持足夠的過熱度，降低汽機的沖轉參數反而有利于減少機組的熱沖擊。曾有一次啟動過程將主/再熱蒸汽溫度降為320℃/300℃（過熱度分別為70℃/100℃），有效地控制了各缸差脹。另外調整凝汽器真空、增加沖轉蒸汽流量，各低壓加熱器隨汽機沖轉投運等措施也能起到減少低壓缸差脹的作用。

4 措施實施后的變化情況

2011年2 月，8號機組調停后冷態啟動時采取了上述措施控制低壓差脹，從軸封系統投運到沖轉，低壓缸正差脹增長很小，完全在正常許可范圍內（見圖3）。整個啟動過程中，機組低壓缸差脹最大控制在約7.6 mm，低于8.05 mm的報警值，證明以上措施是有效的，保證了機組的順利啟動。

圖3 措施實施后8號機冷態啟動低壓缸差脹變化曲線

5 結語

順利啟動是機組安全、高效運行的前提，舊設備的改造、新設備的投運往往帶來新的問題，在發現問題的同時，要對影響因素進行判斷分析，從中找出主要因素，并制定對策加以處理。

[1]侯絢紅，任生友.機組啟動過程中差脹異常及對策[J].江西電力，2004（1）:33-35.

[2]單以建，李新軍.某中間再熱機組低壓缸脹差偏大原因的分析及處理[J].熱力透平，2008（6）:132-135.