328.5MW亞臨界汽輪機高壓缸進汽鄰機沖轉研究與應用

天津大港發電廠 姚春莊 楊廷文

328.5MW亞臨界汽輪機高壓缸進汽鄰機沖轉研究與應用

天津大港發電廠 姚春莊 楊廷文

大港電廠328.5MW亞臨界機組調試時，以鄰機抽汽為汽源，采用高壓缸進汽沖轉方式實現汽輪機沖轉定速，完成機組部分調試工作。通過對沖轉后技術數據的分析，證明了這種鄰機沖轉方式是安全的，經濟的。

汽輪機；鄰機沖轉；高壓缸進汽

0 引言

大港發電廠一期2×328.5燃油機組，2003年實施燃油機組技術改造工程，將原有的兩臺燃油鍋爐拆除，在原地新建兩臺相同容量的燃煤鍋爐。同時汽輪發電機側進行了大量的改造工作，汽機的調試工作量很大。

為加快改造工程的整體進度，安排汽輪發電機側改造工作先于鍋爐側完成，并實施了改造機組的鄰機沖轉試驗，利用相鄰運行機組（#3機）的抽汽，沖動#2汽輪發電機組，在鍋爐吹管完成前，完成汽輪機設備的調試工作，這樣鍋爐吹管結束后，汽輪機調試可直接進入沖轉帶負荷試驗，縮短了調試工期，使機組提前完成168小時試運工作。

1 鄰機沖轉方式的研究

大港發電廠一期工程兩臺汽輪發電機組，是意大利ANSALDO公司按照美國通用電氣公司（GE）技術許可證生產的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機（N328.5-16.7/538/538），汽輪機有8級抽汽，本體配置了兩個高壓主汽門、四個高壓調速汽門和兩個中壓再熱聯合汽門。汽輪機未設計旁路系統，冷態啟動方式為高中壓缸聯合啟動，啟動沖轉采用主汽門內旁路控制升速。

1.1 鄰機沖轉試驗關鍵技術要求

鄰機沖轉試驗與機組的冷態啟動沖轉過程相同，也是轉子升速和轉子與汽缸被加熱升溫的過程，汽輪機各部件的熱應力和機械狀態均在發生變化，為保證沖轉試驗安全，在系統配置和沖轉參數上，要滿足以下條件和要求：

（1）限制汽輪機金屬部件的熱應力。首先，在汽輪機啟動沖轉時，保證蒸汽溫度和金屬溫度的失配在允許范圍內。其次是要按照啟動壽命損耗曲線來控制升溫速率，應選擇壽命損耗較小的溫度變化率，將壽命損耗控制在0.01%以下。

（2）控制轉子與汽缸的脹差。在機組啟動沖轉過程中，通過選擇合適的沖轉參數和對汽輪機進行啟動前的適當預熱來控制脹差在允許的范圍內。

（3）控制汽缸的溫差及熱變形。在汽輪機啟動沖轉前和沖轉過程中，限制汽輪機汽缸金屬溫差，這是保證機組啟動安全的重要條件。GE公司規定的高中壓缸上下缸溫差不大于28℃，高中壓缸內外壁溫差在35℃以下。

（4）滿足高壓缸與中壓缸進汽溫度的匹配要求。高中壓缸合缸布置、且再熱蒸汽反向流動的中間再熱汽輪機，要限制過熱蒸汽和再熱蒸汽的溫度差。

（5）轉子預熱到脆性轉變溫度以上。328.5MW機組說明書要求，高壓轉子的預熱溫度為149℃以上，中壓轉子預熱溫度為54℃以上。

（6）控制低壓缸的排汽溫度、壓力。汽輪機在啟動及低負荷階段，必須對低壓缸排汽溫度進行控制，328.5MW機組說明書要求，低壓缸排汽溫度不超過80℃。GE規定汽輪機在轉速超過2/3額定轉速時，排汽壓力不應高于13.6kPa（127mmHg），在低壓缸噴水減溫投入的情況下，汽輪機低壓缸排汽缸溫度不大于52℃時，機組可以在低負荷下連續運行。

圖1 GE公司機組冷態啟動曲線

圖2 鄰機沖轉試驗系統連接

（7）保證供汽機組運行的安全。防止抽汽量過大對供汽機組的運行安全產生影響，并提前控制火嘴擺動和使用下層磨。

1.2 沖轉方式的選擇

鄰機沖轉試驗也選擇以高壓缸進汽為主的沖轉方式，在控制上與機組的實際的冷態啟動情況相同，在ETS和TSI正常投入的情況下，由DEH進行升速控制。

與機組實際冷態啟動情況不同的是，鄰機沖轉試驗時，由于高壓缸排汽不進入鍋爐再熱器加熱，其溫度較低，如再進入中壓缸則會導致低壓缸各級的濕度較大，對低壓缸葉片有沖蝕，因此高壓缸排汽經過噴水降溫后直接引入凝汽器。為了減少高中壓缸合缸處的應力和中低壓缸鼓風損失，中壓缸采用獨立的汽源。

1.3 沖轉汽源的選擇

1.3.1 高壓缸汽源選擇

高壓缸進汽參數的選取，首先要滿足蒸汽溫度和金屬溫度的失配在最佳范圍內，即高壓缸調節級后蒸汽溫度要高于金屬溫度28～56℃。其次，選擇供汽機組哪一級抽汽還要考慮供汽量足夠用來沖動汽輪機轉子，使其達到額定轉速運行。下圖1為GE公司提供的汽輪機冷態啟動曲線，從中可以看出，當鍋爐主汽參數為5 MPa、350℃沖轉時，蒸汽流量約為20～30t/h。

鄰機（3號汽輪機）供汽機組2段抽汽的供汽量較大，除用于本級高壓加熱器78 t/h抽汽量外，還可供116 t/h的廠用輔助蒸汽。抽汽壓力3.59MPA,溫度323℃。考慮供汽管道壓力和溫度損失，汽輪機高壓缸進汽參數為2.94MPa、313℃。與亞臨界機組冷態啟動時的高壓缸進汽參數接近。可以滿足鄰機沖轉對蒸汽量和蒸汽溫度的要求。

1.3.2 中壓缸進汽汽源的選擇

按照GE汽輪機啟動導則規定，在機組空負荷時，中壓缸進汽溫度不低于高壓缸進汽溫度167℃。兼顧管道連接的方便性，選用輔助蒸汽系統15ata聯箱蒸汽作為中壓缸進汽汽源，溫度約260～280℃左右。

1.4 鄰機沖轉系統管道的連接

鄰機沖轉試驗系統連接如圖2所示。汽輪機兩條高壓過熱蒸汽進汽管道，只使用一條管道，也就是只使用一個高壓主汽門的內旁路進行沖轉，另一條用封頭堵塞，在蒸汽管道接口與汽輪機自動主汽門之間，保留有啟動疏水接口。

高壓缸排汽管道用直徑較大的管道通過布置在疏水箱頂部的噴水減溫器，對高壓缸排汽噴水降溫后引入凝汽器。在高壓缸排汽與凝汽器之間加裝了隔離閥門。中壓缸進汽管道連接在15ata聯箱至空加系統供氣管上，管道的設計蒸汽流量為70～100t/h。

2 鄰機沖轉試驗過程

汽輪機鄰機沖轉試驗操作與機組正常冷態啟動基本相同。各項操作步驟均按照運行規程的要求去執行，汽輪機組的保護均投入，由DEH系統控制沖轉。真空控制在-90～-95Kpa。沖車前臨時系統高壓缸、中壓缸進汽管路吹管打靶合格并經充分暖管、疏水。

（1）摩擦檢查。沖轉試驗采用1號自動主汽門內旁路控制進汽，升速率選為80rpm/min，汽輪機轉速達到600rpm，，機組打閘，就地進行摩擦情況檢查。

表1 2號機組鄰機沖轉試驗時的脹差記錄

表2 2號機組沖轉試驗時汽輪機排汽溫度變化

（2）摩擦檢查后，機組轉速降至200rpm時,汽輪機第二次掛閘，汽輪機中壓聯合汽門全部開啟，開始中壓缸進汽。手動緩慢開啟中壓缸進汽閥門，用中壓缸進汽使汽輪機轉子升速，當轉子轉速達到800rpm時，保持閥門開度，保持進入中壓缸的蒸汽流量不變，維持汽輪機800rpm轉速。此時顯示中壓缸進汽量為11.5t/h，。

（3）高壓缸進汽繼續升速。在DEH盤上設定目標轉速2500rpm，升速率選定50～80rpm/min，在CRT上監視汽輪機轉速上升情況。當轉速升至2500rpm時，維持定速運行，提高潤滑油溫度至42℃以上。機組繼續升速至2700rpm時，進行危急保安器充油閉鎖試驗，繼續升速至3000rpm額定轉速。進行機組定速后的檢查，包括汽輪機振動，軸承溫度，低壓缸排汽溫度等。參數穩定后可以進行勵磁系統及發電機的試驗。

表3 汽缸金屬溫度變化率和變化值

圖3 汽輪機轉子壽命損耗曲線

3 鄰機沖轉技術分析

3.1 脹差

脹差的變化反映了汽缸和轉子的加熱狀態的差異。從表1脹差數據，可以看出，鄰機沖轉過程中脹差均在正常的范圍內，而且整個沖轉過程中，脹差變化較小，這表明鄰機沖轉方式和參數的選擇是合適的。

3.2 高壓缸進汽參數變化

2號機高壓缸進汽參數可以滿足定速3000rpm的要求。但#3機來的主蒸汽臨時供汽管路長度300m帶來的壓降損失較大，沖轉過程中，高壓缸進口壓力從3.66 MPa降到2.39 MPa，壓力降低1.22MPa。但高壓缸進汽管道設計能夠滿足汽輪機定速所需的蒸汽量，管道又做了良好的保溫，散熱較少，蒸汽溫度變化不大。

3.3 汽缸排汽溫度

鄰機沖轉試驗汽輪機排汽溫度變化情況如下表2。中壓缸排汽溫度保持正常。低壓缸在噴水減溫自動投入的情況下，低壓缸排汽溫度，在沖轉試驗前為32℃，轉子3000rpm定速后為36℃，最高升至44℃，低壓缸排汽溫度完全控制在正常的范圍內，表明在凝汽器高真空條件下，低壓缸的鼓風摩擦損失較小。

3.4 沖轉試驗對供汽機組運行的影響

鄰機沖轉時鄰機負荷減少約15MW；再熱蒸汽壓力降低0.4～0.5MPa。供汽機組鍋爐采用投入下層磨煤機運行，過熱器和再熱器管屏無超溫現象。短時間內供汽機組補水量的增大，但沒有造成機組運行困難。機組其他參數基本沒有變化。因此，鄰機沖轉試驗過程中供汽機組的運行安全不會受到影響。

3.5 汽輪機的壽命損耗

根據（圖3）汽輪機高壓轉子和中壓轉子壽命損耗曲線，以及表3所列的汽缸金屬溫度變化，對鄰機沖轉試驗時的壽命損耗進行估算。無論是汽輪機高壓轉子還是中壓轉子，由于溫度變化值和溫度變化率都很小。從壽命損耗曲線查得其壽命損耗遠遠小于0.001%。

因為汽源參數選擇合理，高中壓汽缸呈平穩加熱狀態，汽缸的內外壁最大溫差18℃，上下壁溫差最大22℃，滿足汽輪機溫差限制的要求。之后，又將鄰機沖轉試驗時的振動值與機組正常冷態啟動時的振動值進行比較。兩種沖轉方式的振動幅值和趨勢相同，說明了鄰機沖轉試驗可以客觀地反映機組真實運行狀況。

4 結論

（1）大港電廠一期兩臺機組亞臨界汽輪機高壓缸進汽鄰機沖轉試驗，與機組實際冷態啟動方式基本相同，在ETS和TSI保護投入的情況下，由DEH控制升速，試驗過程安全，易于控制；

（2）試驗臨時系統連接方便，費用投入少，對供汽機組的運行影響小；

（3）利用鄰機種轉試驗，可提前完成新建或擴建機組的部分調試工作，降低機組調試期間的費用消耗，具有較好的效益，有一定的推廣應用價值。

（4）采用鄰機沖轉方式完成汽輪機的調試，可以節約大量燃油和廠用電，并且提前發現汽輪機發電機組的缺陷，提前處理，使機組提前發電，這次大港電廠鄰機沖轉試驗試驗，提前發現缺陷使工期進度縮短10天，綜合統計，鄰機沖轉試驗后獲得直接經濟效益1074.5萬元。通過鄰機沖試驗還可以進一步完成發電機勵磁系統和發電機變壓器組的實驗，其經濟效益更為可觀。

1.328.5MW機組說明書

2.GE汽輪機啟動導則

3.張兆基：汽輪機啟動運行方式與安全性經濟性的關系 熱力發電