GE350MW亞臨界汽輪機冷態啟動控制要點分析

趙國龍

(大唐七臺河發電有限責任公司，黑龍江 七臺河 154600)

大唐七臺河發電有限責任公司一期工程2×350 MW機組采用的是美國GE公司生產的型號為D5的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、沖動凝汽式汽輪機，機組配置兩個高壓主汽門，其中2號主汽門內設有可控旁通閥，汽缸為高、中壓合缸。高壓缸采用雙層缸結構，中壓缸采用單層缸結構，高、中壓缸通流部分對向布置，主再熱蒸汽由合缸中部進入汽輪機，高壓缸排汽進入再熱器，再熱后蒸汽再次從缸體中部進入，反向流動進入中壓缸。根據高壓內缸上半調節級內壁金屬溫度的高低來劃分啟動狀態，即冷態啟動：<150℃；溫態啟動：≥150℃，<370℃；熱態啟動：≥370℃。

根據不同的啟動狀態、汽輪機沖轉參數的不同，決定了汽輪機是加熱還是冷卻，是膨脹還是收縮。滑參數啟動過程，汽輪機是在低蒸汽參數下不斷預暖的過程，如果啟動參數選擇過高，熱交換應力過大，不僅會影響機組壽命，還會使機組缸體膨脹、轉子膨脹、脹差顯著變化，引起機組振動，威脅機組安全運行。若蒸汽參數過低，會造成負溫差啟動，轉子與汽缸多經歷一次熱交變循環，增加了機組的損耗，且在轉子與汽缸內壁產生過大的拉應力，而拉應力較壓應力更容易引起金屬裂紋和汽缸變形，使動靜間隙改變，嚴重時會發生動靜摩擦事故。

1 機組冷態啟動過程控制要點分析

1.1 轉子預暖過程

汽輪機在轉子預暖時，MSV、RSV、IV全關，CV全開，通過2號主汽門可控旁通閥調整進汽量。GE廠家指導手冊推薦的預暖參數為主汽壓力大于1.8 MPa，溫度大于230℃，建議對具有一定溫度水平的冷態工況，適當提高預熱蒸汽參數，一般可使主汽溫度大于汽機第一級缸體溫150℃。GE廠家給定的蒸汽與金屬溫度失配值最佳值：+28℃，合格值：-56℃—+116℃，極限值：-166.5℃—+222℃，但在實際操作過程中推薦的預暖參數往往在汽輪機整體溫度水平較低時，無法滿足合格的失配值范圍，增加了機組壽命損耗，盤車極容易被沖動，只能被迫減少暖機進氣量，恢復盤車。以上問題會使機組預暖時間大幅度上升，因此預暖蒸汽參數應根據機組實際情況進行選擇。根據這一情況，七臺河電廠在機組啟動前提前投入臨爐反暖(臨爐輔汽-冷再-RFV-高壓缸)，采用相對參數較低的臨爐輔汽，逐步提高汽輪機金屬溫度水平，增大高壓缸進汽容積流量，提高了暖機效果，減少了暖機時間。

1.2 腔室預暖過程

腔室是兩個主汽閥后匯聚成的環形汽室，主蒸汽經過這個腔室后再通過4個高調閥進入高壓缸。GE廠家啟動導則規定，當主汽溫度與高壓調門外壁溫度失配值大于139℃，在汽輪機啟動前必須預熱調節閥蒸汽室，以免腔室或高壓轉子產生較大的熱沖擊。腔室預暖時，MSV、RSV、CV、IV全關，預熱用的主蒸汽通過2號主汽閥的預啟閥進入調節閥蒸汽室，通過進氣閥及腔室疏水閥開度來控制金屬溫升率，使腔室內外壁溫差在允許的給定圖表范圍。當調門外壁溫度與主汽溫度失配值小于56℃后，可結束閥腔預暖。

在此階段，如果轉子預暖過程中采用的是正暖，則閥腔也會同時得到預暖，反之，如果轉子預暖過程中采用RFV反暖，則閥腔得不到預暖。在歷次機組啟動過程閥腔預暖時，多次出現首級金屬溫度下降的情況，不僅增加了一次冷熱交變應力，也不利于脹差的控制。因此要注意在閥腔預暖過程中適當提高預暖蒸汽參數，防止高壓轉子溫度下降至150℃以下，要開大腔室的疏水閥開度，提高預暖效果。即使主汽溫度與調閥外壁失配值滿足要求，也應繼續預暖直到首級金屬溫度回升，再考慮進行下一步操作。

1.3 汽機沖轉過程

機組啟動時，要根據汽輪機現有金屬溫度水平，配合第一級蒸汽與金屬允許的失配溫度范圍，由圖1初始第一級蒸汽溫度曲線反向查出沖轉參數的允許范圍，并以此為目標對蒸汽參數進行調整。具體操作如下：根據當前的主蒸汽溫度及壓力查出第一級蒸汽溫度，此溫度與第一級后缸體溫度失配值在允許范圍-55℃～111℃，否則應調整蒸汽參數。假定第一級金屬溫度為200℃，若旁路退出后主汽壓力在1 000 psi(6.89 MPa)，主汽溫度在700℉(371℃)，則對應曲線中第一級蒸汽溫度為550℉(288℃)，失配值為88℃(190℉)，滿足給定的失配值范圍，則允許沖轉。

圖1 初始第一級蒸汽溫度曲線Fig.1 Curve of initial first stage steam temperature

沖轉時根據第一級蒸汽溫度與金屬溫度失配值，由加速及速度保持曲線查出允許沖轉速率及各轉速階段的暖機保持時間。在不同轉速階段對潤滑油溫有明確要求，以建立油膜及調整潤滑油黏稠度，使之達到最佳潤滑效果。

此階段機組進汽量進一步加大，汽缸的質面比比轉子的質面比大，造成轉子膨脹速度遠遠高于缸體膨脹速率。特別是在低轉速時，此時進氣量少，流速慢，通流截面大，做功主要靠調節級鼓風摩擦效應突出，正脹差凸顯。因此機組轉速800 rpm時除了滿足要求的預暖時間外，要盡量減少不必要的停留，避免低速暖機。沖轉后隨著汽流速度的加快，缸體上部溫度隨溫度升高而升高，而下缸則由于氣流量相對較大，且高排逆止門未打開，疏水不暢對暖機不利，因此應加強疏水。由于汽缸采用雙層結構，每層缸壁厚度較小，當溫度變化時，汽缸壁及法蘭螺栓中的熱應力較小。由于轉子的直徑較大，中心孔金屬溫度滯后于表面溫度而產生溫差，將引起較大的熱應力。因此沖轉階段應注意轉子應力變化情況，特別是中壓缸開始進汽后，MARK 6E中預測的轉子應力應不超80%在整個沖轉過程應盡量保持蒸汽參數穩定，兩側汽溫偏差、主再熱汽溫偏差在規定范圍內。

1.4 初負荷暖機

機組并網后，應按當時的主蒸汽參數由圖1查出高壓第一級后的蒸汽溫度，再與高壓第一級缸溫比較，從而得出失配值，由初始的負荷保持曲線得出機組并網后可帶的初負荷值和機組升負荷至24 MW～35 MW所需的時間。當中、低壓缸連通管溫度達177℃并持續1 h以上，表明中壓轉子中心孔已經達到了加負荷條件允許繼續升負荷。此階段隨著進汽量的不斷升高，轉子機械應力(如離心應力、剪切應力、彎曲應力、扭轉應力等)也不斷增加，因此初負荷暖機階段，應根據轉子應力情況緩慢提高蒸汽參數。

2 結語

要充分利用臨爐反暖、腔室預暖及中速暖機，爭取達到預暖效果最大化，為后期啟動創造良好的缸脹條件，縮短啟機時間，減少資源浪費。