E級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)冷態(tài)啟動優(yōu)化

戴傳輝

摘 要：經(jīng)過運行實驗，對比在暖管、沖轉(zhuǎn)、升負(fù)荷等階段的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在一定的溫差狀態(tài)下直接啟動能夠提升整體汽輪機(jī)的工作效率和減少損耗。本文對于新舊方案還進(jìn)行了可行性和經(jīng)濟(jì)性的分析對比，最終確認(rèn)新方案不但減少了損耗，而且還能夠保證運行的效率，是非常值得操作的冷態(tài)啟動方案。

關(guān)鍵詞：冷態(tài)啟動;經(jīng)濟(jì)運行;性能試驗;9E燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組

目前燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為電網(wǎng)調(diào)峰的重要力量，國內(nèi)各個地區(qū)也紛紛建設(shè)了一大批聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。但在實際的運行過程中，我們對于如何提升汽輪機(jī)的效率和提高機(jī)組供電的響應(yīng)速度、降低啟動能耗等并沒有進(jìn)行深入的分析和研究，大都根據(jù)廠家提供的各種相關(guān)操作方案、操作參數(shù)進(jìn)行運行。本文針對如何在安全的情況下，在保證機(jī)組效率的基礎(chǔ)上，提升啟動時的供電的響應(yīng)速度以及降低啟動能耗進(jìn)行探討，最終提出了一套新態(tài)啟動的方案。

1汽輪機(jī)啟動方案概述

1.1汽輪機(jī)啟動概述

溫態(tài)啟動的方式是在150℃～380℃范圍內(nèi)進(jìn)行啟動。此時汽輪機(jī)的溫度已經(jīng)達(dá)到一定數(shù)值，在此狀態(tài)啟動下可以較好的穩(wěn)定設(shè)備的運行，不會造成設(shè)備的溫差、膨脹差等問題，也減少了熱應(yīng)力導(dǎo)致的設(shè)備變形和損耗。

熱態(tài)啟動和極熱態(tài)啟動是在溫度高于380℃～450℃時進(jìn)行啟動。此時啟動整個設(shè)備，由于溫度已經(jīng)達(dá)到較高，汽輪機(jī)不會產(chǎn)生熱應(yīng)力、熱變形，使動、靜部分膨脹不均勻產(chǎn)生脹差，造成部件壽命降低，甚至損壞部件等情況。但此種方式需要汽輪機(jī)運行較長的時間，損耗較多的資源后才能開啟啟動，造成公司的較多浪費。

1.2 公司概述

余熱鍋爐型號：DG233.9/7.95/57.4/0.63-M106型，雙壓、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)露天布置余熱鍋爐。高壓額定蒸汽流量：233.87t/h，高壓額定壓力：7.95MPa，高壓額定溫度：523.4℃。低壓蒸汽額定流量：57.38t/h，低壓額定壓力：0.63MPa，低壓額定溫度：225.7℃。

汽機(jī)型號：LZCC81-7.65/2.3/1.3/0.6型，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)，次高壓、單缸、雙壓、無再熱、無回?zé)帷⒊槠健ｎ~定功率：81.5 MW，主汽壓力：7.65MPa（a），主蒸汽溫度：520.4℃，補(bǔ)汽壓力0.594 MPa（a），補(bǔ)汽溫度222.3C，一級抽汽壓力2.3MPa（a），一級抽汽溫度373.3℃，一級抽汽流量40t/h（最大70t/h），二級抽汽壓力1.3MPa（a），二級抽汽溫度328.1℃，二級抽汽流量50 t/h（最大75t/h）。

2冷態(tài)啟動方案對比

2.1冷態(tài)啟動原方案

E級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)的冷態(tài)啟動原方案為：

（1）、鍋爐升溫升壓的操作。燃機(jī)點火后，打開鍋爐的電動閥門，開始進(jìn)行升壓，保證低壓旁路的壓力保持在0.15MPa以下，啟動真空泵將空氣抽出，并且讓溫度壓力繼續(xù)保持。

（2）、電動門啟動操作。主汽電動門前后溫度進(jìn)行對比，當(dāng)電動門前大于門后溫度，并且真空≥-80kPa時，打開疏水門，保持兩側(cè)壓力平衡，全開主汽電動門。等電動門的壓力平衡之后，既可以關(guān)閉旁路電動門。

（3）、暖管過程操作。調(diào)節(jié)高壓旁路開度，保證主蒸汽的壓力不會太高。接著進(jìn)行調(diào)節(jié)主蒸汽旁路前壓力，控制整個主蒸汽壓力和溫度上升速度。當(dāng)主蒸汽旁路前的溫度上升至120℃時，需要進(jìn)行壓力控制。

（4）、在沖轉(zhuǎn)之后，需要關(guān)注各個設(shè)備的狀態(tài)：

①、轉(zhuǎn)速未達(dá)到600 轉(zhuǎn)/分鐘。先暖機(jī)5分鐘，并且保證上升速度在120轉(zhuǎn)/分鐘2。

②、轉(zhuǎn)速600-1200轉(zhuǎn)/分鐘時。控制整個主蒸汽壓力保持在2.0-2.5 MPa，溫度250℃-300℃。上下缸的溫差不能超過50℃，并且暖機(jī)時間需要根據(jù)經(jīng)驗判斷上下缸溫度、相對膨脹差等相關(guān)數(shù)據(jù)，保證各個設(shè)備的溫度場已經(jīng)充分。

③、轉(zhuǎn)速1200-2200轉(zhuǎn)/分鐘時。待溫度達(dá)到2200轉(zhuǎn)/分鐘時，保持此轉(zhuǎn)速等待溫度的穩(wěn)定。溫度穩(wěn)定之后，再次提升轉(zhuǎn)速。

④、轉(zhuǎn)速2200-3000轉(zhuǎn)/分鐘時。保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，溫度穩(wěn)定。

（5）、暖機(jī)控制。燃機(jī)運行過程中，觀察各個設(shè)備的狀態(tài)：排煙溫度400℃以下;主蒸汽壓力穩(wěn)定在2.0-2.5MPa;主蒸汽溫度保持300℃-350℃;上下缸溫度差在50℃以內(nèi)。此時暖機(jī)過程基本完成，剩余就是調(diào)節(jié)過熱蒸汽減溫水，緩慢提升主蒸汽溫度，保證鍋爐的壓力、溫度穩(wěn)定。

2.2 冷態(tài)啟動新方案

根據(jù)實際的測試運行之后，得出新的冷態(tài)啟動程序方案如下：

（1）沖轉(zhuǎn)和投軸封同步進(jìn)行。在軸封聯(lián)箱開啟過程中，進(jìn)行投軸封的條件判斷，先用蒸汽到軸封聯(lián)箱進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。當(dāng)達(dá)到投軸封和沖轉(zhuǎn)的運行條件時，同步開啟沖轉(zhuǎn)和投軸封。

（2）運行冷態(tài)沖轉(zhuǎn)。將主汽門溫度前的溫度控制在250℃以上，通過高壓旁路將壓力先提升后降至2.0-2.5MPa，進(jìn)而讓沖轉(zhuǎn)速度和暖缸效果效率提升。

（3）暖機(jī)操作。整個暖機(jī)在沖轉(zhuǎn)已經(jīng)運行起來之后，先保持1200r/min轉(zhuǎn)速、-90kPa真空。待缸溫穩(wěn)定，就可以升速操作。燃機(jī)負(fù)荷從10MW提升至25MW，保證排煙溫度約為470℃，主蒸汽溫度400℃左右等。主汽門打開之后，缸溫上升會很快，此時要控制缸溫緩慢升速，待缸溫穩(wěn)定之后，燃機(jī)可升負(fù)荷至40MW。

（4）新方案的操作過程主要需要關(guān)注三個焦點： 脹差、總脹和上下缸溫差。

2.3 冷態(tài)啟動新方案的特點

（1）暖機(jī)時間縮短。新的冷態(tài)啟動方案根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和推算，通過針對提升

暖機(jī)轉(zhuǎn)速，降低暖機(jī)時間的方式進(jìn)行調(diào)整，并在溫度達(dá)到一定的合理范圍內(nèi)才可以啟動汽輪機(jī)。這種方案可以直接將暖機(jī)時間降低將近一半，大大減少因為暖機(jī)時間過長導(dǎo)致汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)的資源消耗。

限定了投軸封的啟動條件。新方案根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行專門的區(qū)分，這是避免主汽門的溫度過低而讓轉(zhuǎn)子由于溫度不夠而產(chǎn)生膨脹差的現(xiàn)象出現(xiàn)。

（2）啟動負(fù)荷的調(diào)整。新方案為了保證整個汽輪機(jī)對于溫度的適應(yīng)性，對于燃機(jī)的負(fù)荷

進(jìn)行了較為詳細(xì)的規(guī)定。例如：中速暖機(jī)時燃機(jī)的負(fù)荷增加，高速運行時負(fù)荷可以適當(dāng)?shù)臏p少等。此規(guī)定是保證整個汽輪機(jī)啟動過程中，損耗資源的減少和設(shè)備的穩(wěn)定性。

3 新方案安全可行性分析

（1）整體的內(nèi)缸溫度和蒸汽溫度的差值不能差別過于低，一般是在50℃～110℃。

（2）高壓內(nèi)缸的上下缸溫差也不宜過大。一般是上缸溫度會高于下缸溫度。上缸溫度高熱膨脹變大，而下缸溫度低熱膨脹小。溫差過大到一定數(shù)值，產(chǎn)生上汽缸變形向上拱起，同時下氣缸底部的徑向間隙減小。導(dǎo)致汽輪機(jī)內(nèi)部摩擦增大，直接磨損下汽缸下部的隔板汽封和復(fù)環(huán)汽封。最終汽輪機(jī)發(fā)生巨大的振動。

（3）膨脹差控制在-2mm～3mm。此部分的主要確保氣缸運行過程中不會因為溫差的因素，而導(dǎo)致的脹差過大，造成運行摩擦增大。影響汽輪機(jī)的壽命。

（4）振動值需要進(jìn)行控制。汽輪機(jī)在正常運行過程中產(chǎn)生的振動需要及時檢查，在舊方案是溫差小時才啟動，而新方案時在溫度達(dá)到規(guī)定值時，既可以啟動運行。因此兩者之間產(chǎn)生的振動會不一致。新方案的振動會較大，而這種振動的差異需要控制在合理的范圍內(nèi)。

以下表1為進(jìn)行新方案啟動獲得的各種實驗參數(shù)，從表中的詳細(xì)數(shù)據(jù)可以得出，使用新的啟動進(jìn)程方案，上下缸溫差值、蒸汽溫度差值，以及膨脹差值分別都不高，均是在說明書規(guī)定的差異范圍內(nèi)，而且并未達(dá)到上限的控制要求。因此新方案的安全運行可行性是存在的，也是可以執(zhí)行的。但由于新方案和舊方案之間的數(shù)據(jù)對比上，舊方案的穩(wěn)定性會比新方案較高，因此新方案在執(zhí)行過程中，需要進(jìn)行振動值的檢查，保證新方案的冷態(tài)啟動是在安全的環(huán)境下運行的。

4 新方案經(jīng)濟(jì)可行性分析

通過實驗可以看出，新方案從剛開始的啟動開始，到汽輪機(jī)機(jī)組滿負(fù)荷的運行，對于時間、耗氣量、發(fā)電量、供電消耗等多個內(nèi)容都比舊冷態(tài)啟動方案具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，新舊對比方案的差異如下表所示：

從數(shù)據(jù)上看，在新方案是在啟動過程中缸溫較低時，而舊方案則是在缸溫已經(jīng)達(dá)到132℃時才進(jìn)行啟動。這樣的啟動導(dǎo)致的巨大的能量耗損，增加汽耗和廠用電率。從而導(dǎo)致了各項判斷的標(biāo)準(zhǔn)提高。

5結(jié)論

本文主要針對9E型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的汽輪機(jī)冷態(tài)啟動方案提提出了新的啟動方案，主要針對舊方案的各種現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以及新方案的各種優(yōu)勢特點和安全性、經(jīng)濟(jì)性的分析，得出新方案的提升效果。從整體而言冷態(tài)啟動新方案實踐過程中降低發(fā)電氣耗，而且減少天然氣損耗，并且提升了整體汽輪機(jī)的負(fù)荷，能夠給用戶減少更多的運行成本，增加效益。

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