600 MW汽輪機的優化啟動

黃小軍

(湖南華電長沙發電有限公司，長沙　410203)

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600 MW汽輪機的優化啟動

黃小軍

(湖南華電長沙發電有限公司，長沙410203)

根據湖南華電長沙發電有限公司機組現狀，在安全、合理的情況下，對汽輪機啟動沖轉時間分配及啟動參數進行了合理調整，并在實施過程中全程跟蹤，使汽輪機的中速暖機時間由4.0 h縮短為2.5 h，提高了暖機效果，節省了啟機能耗，增加了上網電量，并根據實際暖機情況，進一步提出增加汽缸烘干裝置的優化措施。

汽輪機；優化；啟動時間；暖機；沖轉

0　引言

湖南華電長沙發電有限公司(以下簡稱長沙發電公司)一期2×600 MW超臨界機組汽輪機為東方汽輪機有限公司引進日立技術生產制造的超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、3缸4排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機，型號為N600-24.2/566/566，額定出力為600 MW。機組采用復合變壓運行方式，汽輪機具有8段非調整回熱抽汽，汽輪機的額定轉速為3 000 r/min。主蒸汽經汽輪機主蒸汽閥后進入到4個高壓調節閥，經過導管進入汽輪機噴嘴膨脹做功。再熱蒸汽經汽輪機中壓聯合汽閥分為2路導管(4根管)進入汽輪機噴嘴膨脹做功。中壓缸做功后的蒸汽經1根異徑連通管分別進入2個低壓缸，做功后的乏汽排入雙背壓凝汽器。機組默認啟動方式為中壓缸啟動。汽輪機沖轉到并網總共需要5 h左右，對電廠并網時間有一定影響。通過采取針對性措施，在滿足啟動過程中汽輪機金屬溫升、溫差、缸脹及脹差等暖機參數要求的同時，縮短汽輪機暖機沖轉時間，既能降低啟機能耗，又能滿足電網的快速并網要求[1]。

1　現狀分析

通過對建廠以來汽輪機啟、停情況進行觀察發現，汽輪機冷態啟動時，通過高壓缸倒暖、閥殼預暖等措施可以在汽輪機沖轉初期使高壓缸調節級內壁溫度達到150 ℃，高壓調節閥外壁溫度達到180 ℃，中壓缸第1級內壁溫度在送軸封后可以上升到60～80 ℃。沖轉參數控制如下：主蒸汽壓力，4.5～5.0 MPa；主蒸汽溫度，400 ℃；再熱蒸汽壓力，0.6 MPa；再熱蒸汽溫度，380 ℃；真空度，-92 kPa左右。升速至1 500 r/min中速暖機4 h后高壓缸調節級內壁溫度可以達到規程規定的320 ℃，而中壓缸第1級內壁溫度最高只能達到300 ℃，汽缸絕對膨脹能達到10 mm左右，然后中速暖機結束升速到3 000 r/min并網帶負荷。以下列舉幾次啟動的暖機參數。

(1)2015年5月28日，#1機組沖轉前，主蒸汽壓力為5.55 MPa，主蒸汽溫度為408 ℃，再熱蒸汽壓力為0.63 MPa，再熱蒸汽溫度為398 ℃，真空度為-89.0 kPa，沖轉過程參數見表1。

(2)2015年6月29日，#2機組沖轉前，主蒸汽壓力為4.57 MPa，主蒸汽溫度為391 ℃，再熱蒸汽壓力為0.62 MPa，再熱蒸汽溫度為391 ℃，真空度為-93.3 kPa，沖轉過程參數見表2。

(3)2015年7月14日，#2機組沖轉前，主蒸汽壓力為4.14 MPa，主蒸汽溫度為398 ℃，再熱蒸汽壓力為0.63 MPa，再熱蒸汽溫度為390 ℃，真空度為-92.2 kPa，沖轉過程參數見表3。

廠家啟動說明書給出的高、中壓轉子壽命曲線如圖1所示(陰影區為轉子中心的應力極限，此區內嚴禁運行；各條曲線上數值為每次循環的壽命消耗，用百分比表示)，中壓進汽室及高壓調節級缸體內、外壁溫度允許差值如圖2所示。

通過以上列舉可以看出：

(1)采用高壓缸倒暖時，廠家規定高壓缸調節級內壁溫度暖至150 ℃時倒暖結束并進行悶缸，但實際在悶缸過程中，調節級內壁溫度會下降，這樣會導致汽缸初始溫度沒有達到150 ℃。如果在高壓缸倒暖時能夠把高壓缸調節級內壁溫度暖至170～180 ℃再進行悶缸，這樣就提高了汽缸初始溫度，縮短了暖機時間[2]。

(2)降低初參數和真空度，增加沖轉的蒸汽流量，可以加快暖機[3]。

(3)機組在沖轉至1 500 r/min暖機1.5 h后，由于進汽量的限制，汽輪機的汽缸內壁溫度上升幅度開始大幅度減小。高壓轉子金屬溫度從沖轉前的150 ℃加熱到320 ℃，溫度上升170 ℃，根據圖2可知，高壓轉子每小時溫度上升不超70 ℃，均在允許的壽命消耗0.001%內，也就是說在2.5～3.0 h內加熱至320 ℃是允許的；中壓轉子金屬溫度從沖轉前的80 ℃加熱到320 ℃，溫度上升240 ℃，根據圖2可知，中壓轉子每小時溫度上升不超90 ℃，在允許的壽命消耗0.003%內，也就是說在2.5～3.0 h內加熱至320 ℃是允許的。汽輪機在1 500 r/min暖機運行中高壓調節閥處于固定開度，主要靠中壓調節閥來調節轉速，高壓調節閥在不變開度下，從歷次沖轉中發現高壓缸暖機2.5 h就能達到廠家要求的320 ℃，而中壓缸通過4.0 h的暖機很難達到廠家要求的320 ℃。在沖轉至1 500 r/min暖機1.5 h后，中壓缸溫度上升幅度減小到每0.5 h上升10 ℃左右，如果這時將汽輪機轉速提高到2 200 r/min并保持暖機(1 500 r/min暖機已將轉子溫度提高到轉子脆性轉變溫度122 ℃以上)，高壓調節閥因暖機模式保持開度不變，高壓缸溫度不會大幅上升，而開大中壓調節閥維持轉速，就會使中壓缸進汽量增加，加快上升中壓缸溫度，使中壓缸提前達到暖機要求的溫度[4]。

表1　#1機組沖轉暖機參數(2015年5月28日)

表2　#2機組沖轉暖機參數(2015年6月29日)

表3　#2機組沖轉暖機參數(2015年7月14日)

圖1　高、中壓轉子壽命曲線

圖2　中壓進汽室及高壓調節級缸體內、外壁溫度允許差值

(4)根據圖2可知，當暖機至高壓缸調節級內壁溫度為320 ℃時，其內、外壁溫度差不能超過140 ℃；中壓進汽室內壁溫度暖至320 ℃時，其內、外壁溫度差不能超過180 ℃。

2　制定措施

(1)降低沖轉參數：主蒸汽壓力，3.50～4.00 MPa；主蒸汽溫度，380～400 ℃；再熱蒸汽壓力，0.40～0.45 MPa；再熱蒸汽溫度，360～380 ℃；真空度，-88 kPa。

(2)汽輪機高壓缸倒暖，將高壓缸調節級內壁溫度暖至170～180 ℃后保持悶缸。

(3)將汽輪機1 500 r/min沖轉期間中速暖機時間由4.0 h縮短為1.5 h，增加汽輪機2 200 r/min沖轉期間中速暖機時間，暫定為1 h，可根據中壓進汽室內壁溫度的上升情況適當延長。

(4)將汽輪機數字電液控制系統(DEH)中暖機運行切除轉速條件由原來的1 500 r/min修改為2 200 r/min，以實現2 200 r/min暖機高壓調節閥不關閉，保持原來開度進行暖機。

3　實施情況

2015年8月2日，長沙發電公司#2機組采用優化啟動方案進行啟動試驗，試驗情況如下。

(1)通過汽輪機倒暖將高壓缸調節級內壁溫度加熱至170 ℃以上。

(2)沖轉參數：主蒸汽壓力，3.67 MPa；主蒸汽溫度，381 ℃；再熱蒸汽壓力，0.43 MPa；再熱蒸汽溫度，380 ℃；真空度，-90.2 kPa。

(3)沖轉暖機試驗中機組各項參數見表4。

2015年10月12日，長沙發電公司#1機組采用優化啟動方案進行啟動試驗，試驗中機組各項參數見表5。

表4　#2機組沖轉暖機試驗中機組各項參數

表5　#1機組沖轉暖機試驗中機組各項參數

·24·

續表

4　結論

(1)優化前，汽輪機1 500 r/min中速暖機4 h后，調節級內壁溫度最高能達到廠家規定的320 ℃，而中壓進汽室內壁溫度不能達到廠家要求的320 ℃。優化后，在汽輪機1 500 r/min暖機1.5 h后，#1機組調節級內壁溫度能達到317 ℃，#2機組能達到288 ℃；在轉速提升至2 200 r/min暖機1.0 h后，#1機組調節級內壁溫度達到332 ℃，#2機組達到319 ℃，#1機組中壓進汽室內壁溫度達到329 ℃，#2機組達到306 ℃(#2機組因汽缸膨脹較#1機組慢，后在2 200 r/min增加暖機30 min)，這樣就在2.5 h中速暖機后達到了廠家要求的中速暖機合格要求。

(2)優化后，在沖轉初期，汽輪機的金屬溫升幅度最大為80 ℃/h，而后溫升速度控制在30～60 ℃/h，符合溫升要求。

(3)優化后，調節級內、外壁最大溫差出現在#1機組沖轉到1 500 r/min的初期，為72 ℃，而后隨著暖機的進行，溫差逐漸變小，控制在廠家要求的140 ℃以內。

(4)通過分析以上參數可知，中速暖機效果優于以前，使汽輪機膨脹在中速暖機中更加充分。

(5)優化后，汽輪機啟動沖轉時間由以前的5.0 h縮短到3.5 h以內，大幅縮短啟動時間，減少啟動能耗，估算節省啟動煤耗40.0 t，節省油耗1.5 t，節水300.0 t，以市場煤價400 元/t，#0柴油5 000 元/t，電廠制水成本10元/t計算，每次啟機產生直接經濟效益(40×400+1.5×5 000+300×10)÷10 000=2.65(萬元)，按2015年2臺機組啟機10次計算，每年產生直接經濟效益2.65×10=26.5(萬元)，再加上廠用電的節省和提前上網產生的電量，預估每年產生效益達40萬元以上。

(6)優化后，汽輪機啟動沖轉時間縮短，給啟動不確定因素預留了較長時間，保證機組并網時間的準確性。

(7)將高壓缸預暖的高壓缸調節級內壁溫度提高至170 ℃后，因中壓缸第1級溫度只能通過過橋汽封漏汽進行預暖，溫度最高只能達到90 ℃左右，這樣就使高、中壓轉子溫度偏差達80 ℃，如果過橋漏汽較小，中壓缸第1級溫度有可能達不到90 ℃，這樣就只能降低高壓缸預暖溫度，對啟動沖轉的暖機時間帶來影響。針對此情況，建議電廠聯系廠家，在中壓缸安裝汽缸烘干裝置，在烘干裝置內加裝電加熱裝置，可以在停機后進行烘干，利于汽輪機停機保養，又可以在機組啟動前進行中壓缸預暖，使之能與高壓缸預暖溫度匹配。

[1]任浩仁，盛德仁，任容，等.600 MW機組中壓缸啟動過程的優化研究[J].動力工程學報，2002，22(5)：1954-1958.

[2]孫奉仲.大型汽輪機運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]康松，楊建明，胥建群,等.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]張志明.汽輪機啟動過程中安全經濟優化的研究[D].北京：華北電力大學，2006.

(本文責編：弋洋)

2016-03-24；

2016-06-22

TK 267

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1674-1951(2016)07-0020-05

黃小軍(1970—)，男，四川宜賓人，高級技師，從事汽輪機運行技術管理方面的工作(E-mail:txh555687@sina.com)。