淺談660MW超臨界汽輪機(jī)中壓缸啟動(dòng)特性

周 鋒

（河南恩湃高科集團(tuán)有限公司，河南 鄭州450000）

0 引言

汽輪機(jī)的啟動(dòng)方式按進(jìn)汽方式的不同可以分為高壓缸啟動(dòng)、高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)、中壓缸啟動(dòng)。對(duì)于高壓缸啟動(dòng)和高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)的啟動(dòng)方式，在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，一般要求中速暖機(jī)或高速暖機(jī)時(shí)中壓排汽溫度必須超過(guò)脆性轉(zhuǎn)變溫度（FATT），以避免災(zāi)難性的轉(zhuǎn)軸脆性斷裂事故問(wèn)題。冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于再熱溫度較低，沖轉(zhuǎn)及升速過(guò)程中蒸汽流量較小，有可能出現(xiàn)中壓缸轉(zhuǎn)子溫度尚未超過(guò)FATT時(shí)，機(jī)組已定速的現(xiàn)象，這就限制了啟動(dòng)速度。中壓缸啟動(dòng)能夠較好地克服這些缺陷，減少熱沖擊程度，提高啟動(dòng)速度?，F(xiàn)以鶴壁鶴淇發(fā)電有限公司660MW機(jī)組為例，淺談中壓缸冷態(tài)啟動(dòng)（長(zhǎng)期停機(jī)）特性。

圖1 悶缸時(shí)間曲線

圖2 高壓缸預(yù)暖程序

1 機(jī)組概況

鶴壁鶴淇發(fā)電有限公司采用東方汽輪機(jī)廠自主技術(shù)生產(chǎn)的C660／578－25／0．3／600／600超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。采用雙側(cè)節(jié)流進(jìn)汽，配置了兩個(gè)TV和GV、兩個(gè)RSV和IV。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制（DEH）與分散控制系統(tǒng)（DCS）采用艾默生OVATION系統(tǒng)，機(jī)組默認(rèn)方式為中壓缸啟動(dòng)。

2 啟動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)介

2．1 從鍋爐點(diǎn)火到?jīng)_轉(zhuǎn)

2．1．1 高壓缸預(yù)暖

在冷態(tài)啟動(dòng)中，高壓缸不進(jìn)汽或只進(jìn)少量蒸汽，因而得不到充分加熱，啟動(dòng)前需對(duì)高壓缸進(jìn)行預(yù)暖，實(shí)現(xiàn)預(yù)暖最有效的措施是高壓缸中通入蒸汽使汽缸內(nèi)壓力升高，從而使汽缸金屬溫度升高至蒸汽對(duì)應(yīng)的飽和溫度或更高，通常規(guī)定此壓力為0．5～0．7MPa，溫度測(cè)點(diǎn)為高壓第一級(jí)后高壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁溫度和高壓第一級(jí)后高壓內(nèi)缸下半內(nèi)壁溫度。當(dāng)此兩點(diǎn)溫度低于150℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行高壓缸預(yù)暖；當(dāng)溫度大于150℃時(shí)，就不需要預(yù)暖了。預(yù)暖時(shí)，汽輪機(jī)處于遮斷狀態(tài)，盤車投入運(yùn)行，真空在－86．8kPa以上，冷段再熱管道疏水閥完全打開，VV閥全關(guān)。預(yù)暖蒸汽參數(shù)溫度比飽和溫度高28℃以上，否則會(huì)產(chǎn)生附加的推力。通過(guò)操作高壓缸倒暖閥、導(dǎo)汽管疏水閥、冷段管道疏水閥，以高壓內(nèi)缸的金屬溫升率限制和高壓缸內(nèi)壓力為主要依據(jù)控制溫升率。預(yù)暖中，如汽封蒸汽漏入高壓缸，使缸內(nèi)壓力升高，必要時(shí)可打開VV閥控制缸內(nèi)壓力。待高壓第一級(jí)后高壓內(nèi)缸內(nèi)壁溫度達(dá)到150℃之后，應(yīng)立即進(jìn)行高壓缸悶缸。悶缸時(shí)應(yīng)按制造廠提供的悶缸時(shí)間曲線進(jìn)行。悶缸時(shí)間曲線如圖1所示，高壓缸預(yù)暖程序如圖2所示。

2．1．2 閥殼預(yù)暖

高壓缸預(yù)暖結(jié)束后，當(dāng)高壓調(diào)節(jié)閥蒸汽室內(nèi)壁或外壁溫度低于150℃時(shí)，在汽輪機(jī)啟動(dòng)前必須預(yù)熱調(diào)節(jié)閥蒸汽室，以免汽輪機(jī)一旦啟動(dòng)，調(diào)節(jié)閥蒸汽室遭受過(guò)大的熱沖擊。預(yù)熱用的主蒸汽通過(guò)右側(cè)高壓主汽閥預(yù)啟閥進(jìn)入調(diào)節(jié)閥蒸汽室。為實(shí)現(xiàn)暖閥的控制，調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)專門配備了暖閥主件，以控制右側(cè)高壓主汽閥預(yù)啟閥的開啟。暖閥時(shí)，汽機(jī)掛閘，盤車投入，高壓調(diào)節(jié)閥內(nèi)外壁溫度偏差在80℃以下。點(diǎn)擊控制畫面的“閥殼預(yù)暖”按鈕，右側(cè)高主門試驗(yàn)電磁閥失電，暖閥隔離電磁閥帶電，暖閥開電磁閥帶電，控制閥門開度達(dá)到21%后，暖閥開電磁閥失電保位。當(dāng)高調(diào)閥內(nèi)外壁溫差大于80℃時(shí)，暖閥主件電磁閥控制主汽門關(guān)閉，當(dāng)溫差小于70℃時(shí)重新打開。DEH自動(dòng)控制閥門的開關(guān)，直至調(diào)閥蒸汽室內(nèi)外壁溫度達(dá)到150℃以上，溫差在50℃以下。為防止電磁閥不能保位，暖閥主件中設(shè)置了暖閥關(guān)電磁閥，當(dāng)右側(cè)主汽門開度達(dá)到25%時(shí)，使暖閥關(guān)電磁閥帶電，控制溫度不會(huì)上升得過(guò)快和過(guò)高。

2．2 從汽機(jī)沖轉(zhuǎn)到切缸

2．2．1 摩擦檢查

選擇目標(biāo)轉(zhuǎn)速200r／min，按每分鐘100r／min的升速率由中調(diào)門控制進(jìn)行升速。當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速升至200r／min時(shí)，按下控制畫面的“摩檢”按鈕，DEH閥位指令切為0，給定轉(zhuǎn)速跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速。所有調(diào)節(jié)汽門全關(guān)，轉(zhuǎn)速下降。降速過(guò)程中進(jìn)行摩擦檢查，用聽(tīng)音針檢查汽機(jī)動(dòng)靜部分是否有摩擦聲音，并監(jiān)視各軸承溫度及振動(dòng)值，一旦有異常應(yīng)立即打閘停機(jī)。摩檢完成后機(jī)組不打閘停機(jī)，繼續(xù)維持200r／min運(yùn)行。

2．2．2 中速暖機(jī)

摩檢結(jié)束后，中調(diào)門維持汽機(jī)200r／min運(yùn)行，這時(shí)可設(shè)置中速暖機(jī)目標(biāo)為1 500r／min，可投入正暖方式。正暖方式投入條件為實(shí)際轉(zhuǎn)速低 于 300r／min，目 標(biāo) 轉(zhuǎn) 速 大 于202r／min。正暖方式投入后，VV 閥全開，中調(diào)門指令置0，這時(shí)點(diǎn)擊“進(jìn)行”按鈕，實(shí)際轉(zhuǎn)速在400r／min以下，按每分鐘30r／min的升速率由高調(diào)控制升速。當(dāng)轉(zhuǎn)速給定值達(dá)到400r／min以上時(shí)，給定值保持，等待實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到400r／min。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到400r／min時(shí)，高調(diào)門的流量指令被鎖定。暖機(jī)10s后，DEH自動(dòng)投入“進(jìn)行”，轉(zhuǎn)速以每分鐘100r／min的升速率由中調(diào)門控制升速到1 500r／min。中速暖機(jī)的目標(biāo)為：中壓缸排汽溫度達(dá)到250℃，正暖結(jié)束，此時(shí)認(rèn)為中壓轉(zhuǎn)子心部溫度高于脆性轉(zhuǎn)變溫度（80℃）。當(dāng)暖機(jī)完成后，按下正暖“切除”按鈕，VV閥全關(guān)，高調(diào)門指令置為0，高調(diào)門的開度以一定的速率轉(zhuǎn)移至中調(diào)門上繼續(xù)控制轉(zhuǎn)速。

2．2．3 升至額定轉(zhuǎn)速及并網(wǎng)控制

中速暖機(jī)結(jié)束后，汽機(jī)繼續(xù)進(jìn)行升速。目標(biāo)轉(zhuǎn)速3 000r／min，升速率設(shè)置為每分鐘100r／min，根據(jù)汽機(jī)振動(dòng)情況，設(shè)置三階臨界轉(zhuǎn)速，分別為第一階851～1 051r／min、第二階 1 651～2 043r／min、第 三 階 2 444～2 644r／min。當(dāng) 轉(zhuǎn) 速 進(jìn) 入 臨 界 區(qū) 域 后，汽 機(jī) 以 每 分 鐘400r／min的升速率快速通過(guò)臨界區(qū)。汽機(jī)轉(zhuǎn)速升至額定3 000r／min時(shí)，可投入同期信號(hào)，DEH自動(dòng)接收同期信號(hào)增減轉(zhuǎn)速，找到同期點(diǎn)后，油開關(guān)閉合。DEH在原閥位指令的基礎(chǔ)上和主汽壓力修正閥位指令疊加后乘以中調(diào)閥位指令修正系數(shù)3．46，帶5%的初負(fù)荷。

2．3 從汽機(jī)切缸到帶額定負(fù)荷

2．3．1 汽機(jī)進(jìn)行中壓、高壓缸切換

并網(wǎng)后，中調(diào)門開度在85%，維持初負(fù)荷，選擇合適的主蒸汽參數(shù)及再熱蒸汽參數(shù)進(jìn)行切缸操作。按下控制換面“缸切換”按鈕，高調(diào)門閥位指令系數(shù)實(shí)現(xiàn)從0到1的切換轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速率為0．01／s，即100s后，高調(diào)指令系數(shù)轉(zhuǎn)換為1，高調(diào)門開始接受流量指令的控制，負(fù)荷控制切換到高壓缸。高調(diào)門開始開時(shí)，關(guān)閉VV閥。高中壓汽缸切換期間機(jī)組以33MW／min的升負(fù)荷率增加負(fù)荷，切換完成后機(jī)組負(fù)荷升至120MW。從參數(shù)上看，切缸完成特征如下：1）高排壓力大于再熱蒸汽壓力，高排逆止閥順利打開；2）高壓缸排汽金屬溫度不再有上升趨勢(shì)。若出現(xiàn)高排逆止閥打不開，高壓缸排汽金屬溫度大于440℃，保護(hù)停機(jī)。

圖3 冷態(tài)啟動(dòng)曲線

2．3．2 機(jī)組升負(fù)荷

切缸操作完成后，高、中、低壓缸金屬溫度達(dá)到帶20%～30%負(fù)荷水平。為防止汽缸被冷卻，應(yīng)提升主蒸汽及再熱蒸汽參數(shù)，以3．3MW／min的升速率提升負(fù)荷至200MW，并進(jìn)行低負(fù)荷暖機(jī)，暖機(jī)時(shí)間為30min，再按制造廠提供的啟動(dòng)曲線升負(fù)荷至額定負(fù)荷。冷態(tài)啟動(dòng)曲線如圖3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了超臨界汽輪機(jī)中壓缸啟動(dòng)過(guò)程及步驟，為以后同類型機(jī)組基建調(diào)試工作提供了借鑒和參考。

［1］金生祥，周小明，卜保生．日立600MW機(jī)組中壓缸啟動(dòng)［J］．中國(guó)電力，2004（10）．

［2］東方汽輪機(jī)有限公司．汽輪機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行說(shuō)明書［Z］，2014．