1 000 MW汽轮机温、热态启动胀差控制

刘建海，刘志杰，任宏伟

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

1 000 MW汽轮机温、热态启动胀差控制

刘建海，刘志杰，任宏伟

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

近年来，随着超超临界百万机组相继投产，人们对高参数、大容量汽轮机认识越来越深刻。特别是不同类型机组，汽轮机高、中、低压胀差特点也不相同，对绥电公司N1000-25/600/600型汽轮机温、热态启动过程中负胀差偏大产生原因进行分析、总结，通过运行调整和参数控制，防止胀差超限，以保证机组启动期间汽轮机安全。

超超临界机组;汽轮机;胀差;控制

1 机组概况

神华国华绥中发电有限责任公司安装了2台1 000 MW超超临界燃煤机组，3大主机全部由东方电气集团引进 (日立技术制造)。2台百万机组分别于2010年2月、5月投入商业运营。

汽轮机为东方汽轮机厂生产的N1000-25/600/600型，由1个单流高压缸、1个双流中压缸及2个双流低压缸依次串联组成。汽缸滑销系统共设有3个膨胀死点，分别位于中压缸和低压缸 (A)之间3号轴承箱下及低压缸 (A)和低压缸 (B)中心线附近。推力轴承位于高压缸和中压缸之间2号轴承座内，转子以此为死点向两侧膨胀。

本机组高压缸胀差测点布置在机头1号轴承箱内，中压缸胀差测点布置在中压缸与A低压缸之间(4号、5号轴承之间)，低压缸胀差测点布置在B低压缸与发电机之间 (8号、9号轴承之间)。

2 胀差及相关说明

2.1 胀差定义

汽缸和转子受蒸汽加热后，随着金属温度的升高发生膨胀，但由于重量和受热面积不同，膨胀值也不同。胀差表示汽轮机转子和汽缸之间的膨胀值差。通常，转子膨胀大于汽缸膨胀时为正胀差，反之为负胀差［1］。根据汽缸分类，可分为高压缸胀差、中压缸胀差、低压缸Ⅰ胀差、低压缸Ⅱ胀差。

2.2 绥电百万机组汽轮机胀差

N1000-25/600/600型汽轮机胀差控制范围见表1，可见本机负胀差要求严格。

表1 N1000-25/600/600型汽轮机胀差控制范围 mm

N1000-25/600/600型汽轮机实际运行中胀差值见表2。

表2 实际运行胀差值

2.3 产生负胀差主要原因［2］

a. 负荷迅速下降或突然甩负荷。

b. 主蒸汽温度骤然降低或启动时进汽温度低于金属温度。

c. 汽轮机发生水冲击。

d. 汽缸夹层、法兰加热装置加热过度。

e. 轴封供汽温度太低。

f. 轴向位移变化。

g. 轴承油温太低。

h. 低压缸排汽温度过高，真空过低。

机组启动过程中，汽轮机胀差主要受3个因素影响。

a. 转子和汽缸热膨胀位移之差。

b. 转子转动时离心力引起缩短量。

c. 转子在推力轴承处轴向位移。

汽轮机在温、热态启动过程中，由于速率较高，冲动时间较短，转子热膨胀和转子轴向位移变化相对稳定，对胀差影响较小。但在启动过程中，由于转速突升，转子在离心力作用下轴向尺寸缩小，尤其低压缸胀差变化明显。

2.4 负胀差危害

由于汽轮机静叶与动叶间间隙比动叶与下一级静叶间间隙小，因此负胀差比正胀差更危险。若胀差向负值达到限值，会引起动静之间摩擦，造成恶性事故［3］，所以必须严格控制负胀差值在规定范围内，确保汽轮机安全［4］。

3 机组不同状态下启动时胀差的变化

a. 机组启动状态划分

N1000-25/600/600型汽轮机状态规定，以高压缸调节级处内缸壁温T来确定。

冷态:150℃≤T＜274℃

温态:274℃≤T＜432℃

热态:432℃≤T＜520℃

极热态:T≥520℃

b. 本机冷态启动过程中胀差变化 (见表3)

表3 冷态启动过程中胀差变化

本次冷态启动，由于汽缸、转子均已得到彻底冷却，机组冲动前高中低压缸胀差起点在合理范围内，分别经历700 r/min和1 500 r/min暖机，机组达到定速时胀差在正常范围内。

c. 本机温态启动过程中胀差变化 (见表4)

表4 温态启动过程中胀差变化

本次温态启动，由于冲动前低压缸胀差已经在-0.02 mm，机组冲动到3 000 r/min时，低压缸胀差达到-6.55 mm，超过打闸值-6.5 mm。由于机组定速后低压缸胀差随即回升，因此机组直接并网。

d. 本机热态 (极热态)启动过程中胀差变化 (见表5)

表5 热态 (极热态)启动过程中胀差变化

本次热态启动，由于冲动前高压缸胀差已经在-6.17 mm，机组冲动到3 000 r/min时，高压缸胀差达到-6.89 mm，非常接近-7.3 mm打闸值。

由以上机组不同状态下启动参数可知:机组在冷态启动时，由于汽缸、转子均已得到均匀冷却，且在低速下进行充分暖机，机组各缸胀差在合适范围内，不会影响机组安全;机组在温态启动时，如果冲动前低压缸胀差已经小于0 mm，那么在机组冲动时，由于泊桑效应，低压缸胀差负向有超限可能，威胁机组安全;机组在热态启动时，如果冲动前高压缸胀差已经小于-6 mm，且进汽温度不比缸温高多少，那么在机组冲动时，容易导致高压缸胀差负向超限，威胁机组安全。

4 采取措施

4.1 热态 (极热态)启动控制高压缸负胀差措施

a. 机组停机后，为有效控制高压缸负胀差增大，可立即强制关闭VV阀，同时手动关闭高压缸本体疏水门、高压导汽管疏水门、一段抽汽逆止门前疏水门及再热冷段疏水门，控制高压转子冷却速度，使之与缸体冷却速度匹配［5］。

b. 机组热 (极热)态启动时，适当提高润滑油温度，但不得超过43℃。

c. 适当提高轴封供热温度至350～370℃，不得超过370℃。

d. 适当提高机组冲动参数，必要时使用锅炉上层大油枪。

e. 高压缸负胀差在-6.0 mm左右时，禁止汽轮机冲动。

4.2 温态启动控制低压缸负胀差措施

a. 合理安排投轴封时间，控制好轴封蒸汽温度和压力，确保在抽真空前投入轴封。

b. 冲动前控制真空不宜过高，延长轴封蒸汽加热转子时间。冲动时尽量提高机组真空，减少进入汽轮机中蒸汽量，因鼓风摩擦产生的热量有利于低压转子伸长。

c. 锅炉点火后，及时开启主、再热蒸汽管路疏水，避免冷汽、冷水进入汽缸。

d. 适当提高润滑油温，但不允许超过43℃。

e. 汽轮机冲转后，及时开大再热器烟气调节挡板，提高再热蒸汽温度。

f. 增加炉膛总风量，由1 400 t/h提高至1 700 t/h，使火焰中心上移，提高再热蒸汽温度。

g. 冲转后即投入低加，并网后随机投入高加，利于增加暖机效果。

h. 低压缸胀差小于0 mm时，禁止汽轮机冲动。

5 实践应用

2011年9月3日，机组热态启动。由于停机后采取了防止高压缸胀差向负向增长的措施，冲动前高中低压缸胀差有效控制在-5.5 mm、-5.9 mm、6.9 mm，高压缸内外壁温度分别为485℃、476℃，提高轴封供汽温度至308℃。选择机组冲动参数:主汽温度为509℃、主汽压力为9.56 MPa、再热汽温为522℃、再热汽压为0.01 MPa。冲动到额定转速时，高中低压缸胀差分别为 -6.25 mm、-6.70 mm、-0.76 mm，高压缸负胀差得到有效控制，机组正常并网。

2011年9月25日，机组温态启动，冲动前高中低压缸胀差分别为 -4.85 mm、 -3.77 mm、-0.88 mm，高压缸内外壁温度分别为 363℃、364℃，由于低压缸胀差已经小于0 mm，为避免低压缸胀差负向超限，采取如下措施，确保机组安全启动。

冲动参数选择:主汽温度为496℃、主汽压力为8.7 MPa，再热汽温为289℃，机组背压为10 kPa。冲转后再热汽温、低压缸胀差均开始下降，其它参数无明显变化。汽轮机转速达728 r/min后，再热汽温回升，高、中、低压缸胀差下降。汽轮机冲转后，采取及时开大再热器烟气调节挡板，以及增加炉膛总风量的办法使火焰中心上移，有效地提高了再热蒸汽温度。

7∶26汽轮机转速达1 500 r/min，此时高压缸胀差为-5.07 mm、中压缸胀差为-3.89 mm、低压缸胀差为-2.57 mm，开始定速暖机。暖机过程中高、低压缸胀差回升，中压缸胀差未变化。

8∶29高压缸胀差为-4.61 mm、中压缸胀差为-3.94 mm、低压缸胀差为-2.15 mm，汽轮机转速为1 500 r/min，暖机结束，汽轮机继续升速，此时低压缸胀差负向急剧增大。

8∶43汽轮机转速达2 674 r/min，低压缸胀差为-5.78 mm，继续定速暖机。9∶07低压缸胀差回升至-5.04 mm，汽轮机继续升速，低压缸胀差继续向负向增长。

9∶12低压缸胀差达-6.00 mm，汽轮机转速为2 912 r/min，继续定速暖机。9∶18低压缸胀差回升至-5.83 mm，汽轮继续升速。9∶20汽轮机升速至3 000 r/min，此时高压缸胀差为-3.96 mm、中压缸胀差为-4.69 mm、低压缸胀差为-6.19 mm。

图1 胀差控制情况

本次机组温态启动，由于启动前低压缸胀差已经为负值，通过合理选择冲动参数，采取分段暖机并及时提高再热汽温的方法，有效地限制低压缸负胀差在规定范围内，确保了机组顺利启动并网，胀差控制情况见图1。

6 结束语

绥电2台百万机组，在热态 (极热态)启动过程中容易造成高压缸负胀差超限，在温态启动过程中容易造成低压缸负胀差超限，制约着机组安全启动。通过分析与实践，找到解决问题办法，提高汽轮机启动安全性。

［1］ 刘治国，李东峰.大型汽轮机转子泊桑效应对胀差影响浅析［J］.机械工程师，2010，63(4):151-152.

［2］ 山西省电力工业局.汽轮机设备运行［M］.北京:中国电力出版社，1997.

［3］ 吴普刚.汽轮机组冷态启动过程胀差变化探析［J］.热力发电，2007，36(8):72-73.

［4］ 郑善和，徐 鸿.汽轮机轴向胀差实时在线监测的研究［J］.华北电力大学学报，2007，34(6):51-56.

［5］ 成 刚.发电厂集控运行 ［M］.北京:中国电力出版社，2004.

1 000 MW Steam Turbine Differential Expansion Control under Warm and Hot Starting

LIU Jian-hai，LIU Zhi-jie，REN Hong-wei
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

In recent years，with the ultra supercritical 1 000 MW unit put into operation one after another，people have more understanding of high parameter，large capacity turbine.Especially for different types of units carries differential expansion characteristics under high，medium and low pressure.It makes an analysis and summary on negative differential expansion overreaching of Suizhong N1000-25/600/600 type steam turbine under warm and hot start-up process，and through the operation adjustment and parameter control，differential expansion overrun is prevented for the sake of steam turbine safety during start-up.

Ultra supercritical unit;Steam turbine;Differential expansion;Control

TK263

A

1004-7913(2012)01-0022-04

刘建海 (1963—)，男，大学本科，高级工程师，从事发电厂管理工作。

2010-10-15)