哈汽135MW 汽輪機冷態(tài)啟動過程優(yōu)化

單錦宏

（鹽城發(fā)電有限公司，江蘇 鹽城 224003）

1 簡介

鹽城發(fā)電有限公司#10 機是由哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的超高壓、中間再熱、雙缸、雙排汽、單抽、凝汽式汽輪機。

135MW 汽輪機采用的是壓力法滑參數(shù)方式啟動。進(jìn)入汽輪機的蒸汽有調(diào)門控制，這種啟動方式可減少蒸汽節(jié)流，但沖轉(zhuǎn)時調(diào)門只有部分開啟，蒸汽只通過汽缸的某一弧段，容易使汽缸受熱不均勻，各部溫差較大，暖機不充分或掌握不好，很容易引起機組振動。

啟動過程的升速率要根據(jù)蒸汽與金屬之間的溫差匹配情況來決定的。在整個啟動過程中，一般采用2～3 個升速率，低速檢查結(jié)束后，以100～200r/min 的升速率將汽輪機轉(zhuǎn)速升到中速，并進(jìn)行中速暖機。中速暖機時，要特別注意避開臨界轉(zhuǎn)速，防止進(jìn)入共振區(qū)，從而引起強烈振動。中速暖機后，繼續(xù)升速，通過臨界轉(zhuǎn)速時，要迅速而平穩(wěn)地通過，切忌在臨界轉(zhuǎn)速下停留以免造成強烈振動。

2 135MW 機組近幾年來冷態(tài)啟動的情況

通過調(diào)閱近幾年的啟動曲線和開機資料參數(shù)可以看出：在#10 機組的啟動過程中，有10 次之多是因機組軸振超標(biāo)而停機，轉(zhuǎn)速基本上都是在1500rpm 左右，并且振動值快速增大，根本無法在此轉(zhuǎn)速停留（見表1）。

截取2012 年07 月23 日#10 機缸溫，具體如表2 所示。由表1 可見高中壓缸外壁溫度上升不明顯，說明外缸未完全膨脹開。

哈汽廠提供的啟動說明書，要求機組低速暖機時投入夾層加熱裝置。

3 汽輪機的啟動的理論分析

3.1 汽輪機啟動原理

汽輪機的啟動是指把汽輪機從靜止或盤車狀態(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速并將負(fù)荷逐漸增加到額定負(fù)荷或電網(wǎng)要求負(fù)荷的過程。合理的啟動方式應(yīng)使汽輪機各部件的熱應(yīng)力，熱變形、汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差和轉(zhuǎn)動部件的振動等均維持在較好的水平。從經(jīng)濟性上考慮，合理的啟動方式是啟動速度最快、啟動時間最短。最佳的啟動方式應(yīng)是兩者的結(jié)合，即尋求合理的加熱方式，使啟動過程中機組各部分的熱應(yīng)力、熱變形、轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差以及振動值等均維持在允許范圍內(nèi)，盡快把機組的金屬溫度均勻地提高到工作溫度，進(jìn)入正常運行狀態(tài)。

在機組的啟動過程中主要是考慮汽輪機的熱膨脹，熱膨脹就是金屬在受熱后，要求各個方位都要膨脹。啟動時，汽缸膨脹的數(shù)值取決于汽缸的長度、材質(zhì)和汽輪機的熱力過程。由于汽缸的軸向尺寸大，故汽缸的軸向膨脹成為重要的監(jiān)視指標(biāo)。

3.2 新蒸汽參數(shù)的選擇

新蒸汽參數(shù)選擇低有利于減少蒸汽對汽輪機部件的熱沖擊和熱應(yīng)力，同時在保持相同轉(zhuǎn)速下所需的蒸汽流量可以增加。這對高、中壓缸的均勻加熱和帶走低壓缸內(nèi)因鼓風(fēng)摩擦而產(chǎn)生的熱量都是有利的。通常在汽輪機內(nèi)流速相等的情況下，高壓過熱蒸汽和濕蒸汽的換熱系數(shù)較大，而低壓微過熱蒸汽，其換熱系數(shù)較小。在相同條件下，僅為高壓過熱蒸汽的1/10。所以，汽輪機冷態(tài)啟動時，為了避免金屬產(chǎn)生過大的溫差，一般采用低壓微過熱蒸汽。

表1 #10 機組啟動部分資料

表2 #10 機缸溫表

3.3 汽輪機的暖機

暖機的目的主要有2 個，即防止材料脆性破壞和避免過大的熱應(yīng)力。135MW 汽輪發(fā)電機組軸系長，臨界轉(zhuǎn)速也比較分散，較難找到合適的暖機轉(zhuǎn)速。在提高轉(zhuǎn)子溫度的過程中，若暖機轉(zhuǎn)速控制太低，則放熱系數(shù)小，加熱慢，延長啟動時間及增加損失；若暖機轉(zhuǎn)速控制得太高，則會因離心力過大而帶來脆性破壞的危險。因此在確定暖機轉(zhuǎn)速時，要兩者兼顧。

3.4 冷態(tài)啟動不正常的一般原因（見表3）

表3 冷態(tài)啟動不正常的一般原因列表

4 135MW 機組冷態(tài)一次啟動不成功的原因分析

（1）135MW 機組高、中壓內(nèi)外缸采用高窄法蘭結(jié)構(gòu)，取消了法蘭加熱裝置，汽缸夾層加熱對于控制汽缸膨脹，高、中壓差脹尤為重要，哈汽廠提供的啟動說明書要求：在500rpm 暖機時才投入汽缸夾層加熱，這在#10 機開機的過程中，高中壓缸外壁溫度上升不明顯，汽缸的膨脹明顯跟不上轉(zhuǎn)子的膨脹，啟動后正差脹變化很大。

（2）哈汽廠提供的啟動說明書，要求中速暖機的轉(zhuǎn)速為1500 rpm。然而通過進(jìn)一步查閱#10 機組之前的開機資料，發(fā)現(xiàn)汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速分別為1578rpm，1641rpm 和1425rpm，經(jīng)過查閱大量有關(guān)資料，說明1500rpm 左右是汽輪發(fā)電機組的共振區(qū)域，按哈汽廠提供的啟動說明書，停留在1500rpm 進(jìn)行中速暖機是不可能的。

（3）原哈汽廠提供的啟動說明書要求中速暖機時間為5min，可是在開機過程中我們發(fā)現(xiàn)汽缸的絕對膨脹明顯跟不上轉(zhuǎn)子的膨脹，啟動后正差脹偏高。

5 135MW 機組冷態(tài)啟動優(yōu)化的攻關(guān)

關(guān)于#10 機組較長時間無法一次啟動成功，引起了公司領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)技術(shù)人員的高度重視，從原因的剖析到實踐的快速采用，采取了一系列可行的措施并進(jìn)行了實施。

5.1 高中壓缸外壁溫度上升不明顯的原因分析與處理方法

針對高中壓缸外壁溫度上升不明顯這一情況，在近幾次的機組啟動過程中，機運人員在做好注意事項的基礎(chǔ)上，合理調(diào)配人員，在機組啟動中，要求盤車脫扣后即投入機組汽缸夾層加熱裝置，同時稍提高機組真空，加強機組疏水，通過幾次的啟動分析，發(fā)現(xiàn)機組汽缸膨脹和高低壓差脹有了明顯的變化，查閱啟動曲線，發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)下缸溫度比以前高了近40℃左右，有效地控制了機組的高、低壓差脹。這為以后進(jìn)行機組規(guī)程修改提供了依據(jù)，規(guī)定機組啟動沖轉(zhuǎn)后即投夾層加熱。

5.2 針對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速與暖機轉(zhuǎn)速相矛盾的處理方法

通過征詢哈汽廠，提出我公司對機組啟動升速過程中的暖機方案，經(jīng)過幾次啟動試驗后，獲得了較好的效果（見表4）。

表4 轉(zhuǎn)速對比列表

5.3 沖轉(zhuǎn)升速過程中振動變化時的處理方法

根據(jù)機組轉(zhuǎn)速變化及時改變升速率，防止在某一轉(zhuǎn)速下機組振動急劇增加。在通過臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生自激振動時應(yīng)當(dāng)采用改變升速率，利用外部的擾動改變自激頻率的方法，也取得了一定效果。

5.4 嚴(yán)格控制啟動過程中暖機時間

解決暖機時間不充分，通過征詢哈汽廠，提出本公司對機組啟動升速過程中的暖機升速時間方案，經(jīng)過幾次啟動試驗后，查閱多次機組啟動數(shù)據(jù)，通過對比分析，得出了較科學(xué)的哈汽135MW 機組的啟動升速暖機時間表（見表5-6）。

另外由于蒸汽通過調(diào)節(jié)級焓降較大，根據(jù)沖轉(zhuǎn)蒸汽最合理的是低壓微過熱蒸汽的原則，現(xiàn)在開機我們選擇新蒸汽參數(shù)為1.5MPa，250℃，并且在開機過程中嚴(yán)格控制主蒸汽和再熱蒸汽的溫差不超過40℃，左右側(cè)進(jìn)汽溫差不超過20℃，以達(dá)到較好的啟動效果。

表5 原來暖機升速時間及有關(guān)參數(shù)參考表

6 修改機組啟動規(guī)定

在上述幾項優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上，公司主管部門根據(jù)現(xiàn)狀，在2012 年底修改了哈汽135MW 機組運行規(guī)程，進(jìn)行了嚴(yán)格的機組啟動規(guī)定。

7 采取優(yōu)化方法后的幾次冷態(tài)啟動情況

7.1 #10 機組在2013 年的啟動情況表（見表6）

表6 現(xiàn)暖機升速時間及有關(guān)參數(shù)參考表

7.2 任選一次啟動主要參數(shù)記錄表供參考

從以上2 張表中可以看出#10 機從2013 年起保持一次沖轉(zhuǎn)成功的記錄，機組的高低壓差脹、缸脹、高中內(nèi)缸上下缸溫差以及機組各軸承振動都在可控范圍內(nèi)，充分說明了#10 機組冷態(tài)啟動優(yōu)化后是比較成功的。

8 結(jié)語

135MW 機組一次冷態(tài)滑啟耗費約在20 萬元左右，多一次啟動均需多耗費3～5 萬元，2013 年機組連續(xù)在5 次啟動過程中達(dá)到了一次沖轉(zhuǎn)成功，以多啟動一次多耗費4 萬元算：5 次啟動×4 萬元=20 萬元，即為公司節(jié)約了至少20 萬元（不計運行和檢修人員重復(fù)勞動所累計的耗費）。

經(jīng)過優(yōu)化后的啟動方案和技術(shù)措施，不但保證了機組的經(jīng)濟性，更為今后新機組在缺少資料的情況下去大膽探索，求證科學(xué)提供了精典范例。

表7 #10 機組在2013 年的啟動情況表

表8 #10 機組啟動主要參數(shù)記錄表（2013 年06 月30 日）

［1］山西省電力工業(yè)局.汽輪機設(shè)備運行技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，2007.

［2］國家職業(yè)技能鑒定站.汽輪機運行值班員［M］.北京：中國電力出版社，1999.

［3］胡念蘇.汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2006.