1000MW超超临界汽轮机极热态启动特点及对策

沈健雄+孙中华+张雄俊

摘 要：浙江国华宁海电厂二期2×1000MW超超临界汽轮发电机组是目前国内单机功率最大、经济性最高的火力发电机组。文章对该汽轮机极热态条件启动过程进行了深入研究，提出了一系列有针对性的措施和方法，对机组停运后迅速并网带负荷具有重要的指导意义，对同类型机组也有一定的借鉴作用。

关键词：超超临界；1000MW；极热态启动

1 系统概述

浙江国华宁海电厂二期工程2×1000MW汽轮发电机组采用德国SIEMENS成熟的组合积木块式HMN机型，由1个单流圆筒型H30高压缸，1个双流M30中压缸和2个N30双流低压缸组成。高压通流部分l4级，中压通流部分2x13级，低压通流部分4x6级，共计64级。汽轮机大修周期设计为l2年，是一般电厂的2～3倍，在降低电厂检修维护费用的同时，也使机组等效可用系数得到很大提高。

汽轮机型式为超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、八级回热抽汽，具体技术参数（铭牌功率TRL）如表1：

2 极热态启动的特点

极热态启动是指机组停用2h以内重新启动，对于采用滑参数停机的超超临界机组而言，此时一般汽轮机高压转子金属温度在380℃左右，而对于故障跳闸的机组在而言，此时汽轮机高压转子在550℃左右，可以说在这种工况下进行极热态启动，如果处理不当，将对于汽轮机的寿命造成极大的影响。极热态启动的主要特点是：启动前机组金属温度非常高，一般仅比额定参数低50℃左右；汽轮机所要求的进汽冲转参数极高；启动时间非常短，一般在机组跳闸后，事故原因一经查明，消除马上冲转并网。

3 极热态启动中注意的问题

3.1 冲转参数的选择

极热态启动前，汽轮机金属部件温度较高，要特别防止汽缸和转子被冷却。在实际操作中应该根据汽轮机缸温、转子温度来决定冲转的参数，并要求加快升速、并网、及带负荷的速率，减少一切不必要的停留，防止汽轮机产生过大的热应力、热变形。西门子1000MW汽轮机极热态冲转参数的选择是由DEH系统内部应力评估模型给定的，具体根据汽轮机高/中压转子温度、高压主汽门/调门内外壁温差、高压缸温度，在相应金属材料应力裕度模型的基础上计算得出。采用此参数冲转，即可以避免机组负温差启动，又可以防止对机组造成过大的热冲击。具体见图2（主蒸汽推荐冲转温度）、图3（再热蒸汽推荐冲转温度）。汽轮机极热态冲转时的压力设定值由高压转子温度计算得出，并限制小于15MPa，详见图4。需要说明的是，本文中所有提到的高压转子温度，实际上都是由高压内缸三个90%温度测点取均值得来，它是整个汽轮机高压通流部分应力计算的基础。

3.2 转子热弯曲不超过允许值

汽轮机转子由于自身质量的原因，静止时存在一定的弹性弯曲，这种弯曲随着汽轮机的启动升速，转子刚性的加强而消失。但是，当汽轮机转子存在径向温差的时候可能引起弹性热弯曲，该弯曲超过一定值时转子质心与转子中心会产生偏离，将成为汽轮机启动升速过程中的激振源，并随着转速升高振幅增大，结果可能引起汽轮机内部径向动静摩擦。因此，为了保证机组的安全，启动中要严密监视机组的膨胀、振动等情况。

在汽轮机中速暖机时，若轴承发生异常振动超过允许值130um，并伴随着轴承箱横向晃动，说明转子已经明显弯曲，任何盲目升速或降速的办法都将使得事故扩大，甚至造成动静部分磨损、大轴弯曲等事故。在热态冲转前一定要保证转子连续盘车至少4h，并严密监视转子偏心。《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》规定：汽轮机启动时转子弯曲度不应超过原始值的±0.02mm。

3.3 上下缸温差在允许范围内

汽轮机停运后，由于下缸比上缸冷却的快，上下缸将产生较大的温差，使得汽缸产生拱背现象，使得调节级段下部动静部分的径向间隙减少甚至消失，另外高压汽轮机的轴封段比较长，还会引起轴封处汽缸从缸内向缸外向下倾斜，使得轴向间隙减少或者消失，一般规定上下缸温差不大于50℃。另外转子径向也容易产生温差，使得转子上凸弯曲，转子弯曲加上汽缸变形，造成转子旋转时机组动静部分径向可能发生摩擦，这将产生很大的热量，使得轴两侧温度差很快增大，转子加剧弯曲，振动增加，如此恶性循环，必然导致汽轮机大轴永久性弯曲，使设备损坏。

3.4 轴封供汽

极热态启动时，轴封是受到热冲击最严重的部位之一。汽轮机轴封处的转子温度很高，一般只比调节级处汽缸温度低30～50℃，如果轴封温度和金属温度得不到良好匹配，它将在转子上产生较大热应力，使得转子轴封段收缩，引起前几级轴向间隙减小，严重时引起动静摩擦，因此在轴封供汽前应该充分暖管疏水，并及时投入电加热，使得轴封温度与金属温度相匹配，并具有50℃以上过热度。西门子汽轮机轴封供汽温度是高压转子温度的函数，具体见图5，当轴封温度不匹配时，可以短时间停止轴封供汽，但每次最多不得超过三个小时。需要指出的是热态启动必须先投轴封，后抽真空，否则极易造成大轴弯曲。

3.5 高压缸排汽温度

极热态启动时，锅炉主蒸汽压力和温度较高，冲转时所需要的蒸汽流量较小，此时高压缸未几级长叶片由于鼓风摩擦产生太多的热量无法被带走，就会使得高压叶片超过所能承受的保护温度。西门子汽轮机高排温度高保护采用的是高压缸12级后的温度，共三个测点。高压缸排汽温度高保护动作值由高压转子温度（高压内缸壁温90%测点均值）计算得出。当高压缸排汽温度高于此计算值时，触发叶片温度高保护，也就是高排温度高保护（见图6）。高压缸排汽温度与叶片温度高保护动作值之差，当此限值当大于-15K时关高调门、关高排逆止门、开启高排通风阀，即高压缸切除；大于-10K时，监视屏报警；大于0K时，ETS保护动作跳闸。

3.6 极热态启动时的热应力

极热态启动时，由于受到各种原因的影响，容易出现负应力。西门子汽轮机的极热态启动会受到各项温差限制的严格制约。温差限制中规定，极热态的情况下，高压主汽门、高压调门和高压缸内外壁负温差均不允许超过15℃，高压转子平均温度的负温差不允许超过33℃，中压转子平均温度的负温差不允许超过33℃。因此，汽轮机冲转时如果主再热汽温度过低，极易导致负温差过大，机组无法实现极热态启动的情况。需要说明一点，对汽轮机转子而言，负应力表示转子表面受到冷却，而中心仍然是热态，转子受到拉应力，拉应力比压应力对转子更为有害，对此我们一定要牢记在心。endprint

4 极热态启动中的几点建议

4.1 极热态启动前，应指定熟练人员负责对锅炉汽水画面、燃烧画面及汽机主画面等进行监视，并且应分工明确、相互配合。除必须检查确认各系统设备处于正常的良好状态以外，给水泵、磨煤机等辅机也应做好充分的启动前准备， 必要时可早些投入运行， 以满足汽轮机冲转、并网后快速带负荷的要求。需要说明的是，在吹扫跳闸磨煤机时要确认其火检满足，吹扫时要缓慢进行，防止大量煤粉吹入炉膛导致锅炉瞬间热负荷增加，甚至爆燃。

4.2 汽轮机跳闸后，汽轮机金属温度较高，应该根据转子温度迅速投入轴封汽源，防止冷汽进入汽轮机。可以采用投运轴封电加热，开启轴封管道疏水门、加大辅助蒸汽用量等方式提高轴封温度，以保证转子不被过度冷却。

4.3 极热态启动时，机组可以通过旁路缓慢降压至18Mpa以下，将除氧器水温加热至170℃，根据水冷壁和启动分离器内介质温度和金属温度控制上水流量，上水流量一般控制在200t/h，保证启动分离器前受热面金属温度和水温降温速率不大于2℃/min，水冷壁范围内受热面金属温度偏差不大于50℃，分疏箱见水后应尽快启动炉水循环泵，建立最低给水量，准备锅炉吹扫。

4.4 热态启动时，为了防止锅炉金属受热面因过度冷却影响锅炉寿命，若MFT后重新启动时间较长，应停运两侧送、引风机；如果可以在短时间恢复，则尽可能只保持一组送、引风机运行，同时尽量降低锅炉风量，防止锅炉降温降压太快。

4.5 锅炉吹扫结束后立即提高总风量点火，尽快提高燃料量，迅速调整燃烧率与锅炉金属壁温相匹配，防止锅炉因为建立启动流量需要大量上水，导致受热面过度冷却，氧化皮大面积脱落。需要说明的是，若锅炉汽水系统没有配备炉水循环泵，进行极热态启动时要十分小心，否则会对锅炉寿命造成重大影响。

4.6 旁路系统的正常投入。机组热态启动时，汽轮机对冲转参数的要求很高，所以仅仅依靠开大主蒸汽管道疏水的办法提高汽温是不可能的，要保证旁路的正常投用，尽快提高主再热蒸汽温度与冲转参数相匹配。可以说，在极热态启动过程中，大流量旁路的作用是不可替代的。

4.7 为了提高锅炉上水温度和保证锅炉燃烧的稳定性，可以在锅炉再热蒸汽压力达到1.5MPa后投入2号高加，控制其温升不大于80℃，同时还要兼顾省煤器不要发生沸腾。另外，当高压旁路后温度和辅汽联箱温度相近时，尽早将冷再至辅汽回路投运，以满足启动用汽的需要。

4.8 根据实际经验，极热态启动时，当高压转子温度为550℃时，汽机推荐冲转参数为596℃，为了防止负温差启动，需要四台制粉系统投入运行，燃烧量控制在50%MCR，两台汽泵在汽机冲转前并列运行，锅炉转为干态。

4.9 汽轮机冲转前，要进行主再热蒸汽管道的疏水暖管，特别是为了提高主再热蒸汽管道的死区蒸汽参数。当炉侧蒸汽温度满足汽机推荐蒸汽温度，机侧蒸汽温度处于回升状态，而且和锅炉侧汽温偏差小于40℃，才可以进行冲转。汽轮机冲转并网过程中，快速进行摩擦检查，低负荷暖机时间缩短或者不进行低负荷暖机，带负荷后，根据汽轮机热应力的大小，快速将负荷升到与汽轮机金属温度相对应的水平。如果机组出现负胀差时，可以提高主蒸汽温度，或者加快升速率或者升负荷速率，加大蒸汽流量，尽快使进入汽缸的蒸汽温度高于转子温度，防止胀差超限。冲转时严密监视汽缸温升，上下缸温差，内外壁温差，差胀，轴向位移，振动，轴瓦温度，油温油压等参数。如果然发生较大的振动，必须立即打闸停机，转入盘车状态，绝对不允许降速暖机或者等待观望拖延时间以致事故扩大，只有消除振动后，才允许重新启动汽轮机。

4.10 热态启动特点是启动前机组金属温度水平高，汽轮机启动升速带负荷快，启动时润滑油温度应该保证高于37℃，如果油温过低而升速又快，可能因为油膜不稳定而引起振动，这点需要特别注意。

总之，极热态启动过程中，蒸汽温度和推荐冲转参数存在偏差进行冲转时，要注意汽温的控制，按照margin值的变化进行调整。如果是负温差启动，尽快提高汽温，如果是正温差启动，要控制温度上升速度，加强暖机。

5 结束语

总之，在当前复杂的电力市场环境下，随着机组整体设备制造、运行水平的提高，汽轮机极热态启动的情况是会经常发生的。鉴于此，我们介绍了西门子1000MW超超临界汽轮极热态启动的一些经验，希望能给其他百万机组的调试运行工作提供一些经验。

参考文献

[1]刘建海，刘志杰，任宏伟.1000MW汽轮机温、热态启动胀差控制[J].东北电力技术，2012（1）.

[2]蔡笑.630MW超临界机组极热态启动时给水系统的操作[J].华电技术，2012（5）.

[3]黄润泽，李强.国产200MW汽轮机组极热态启动实践[J].东北电力技术，1998（9）.

作者简介：沈健雄（1978，1-），浙江宁波，工程师，本科，浙江大学，现从事集控运行工作。endprint

4 极热态启动中的几点建议

4.1 极热态启动前，应指定熟练人员负责对锅炉汽水画面、燃烧画面及汽机主画面等进行监视，并且应分工明确、相互配合。除必须检查确认各系统设备处于正常的良好状态以外，给水泵、磨煤机等辅机也应做好充分的启动前准备， 必要时可早些投入运行， 以满足汽轮机冲转、并网后快速带负荷的要求。需要说明的是，在吹扫跳闸磨煤机时要确认其火检满足，吹扫时要缓慢进行，防止大量煤粉吹入炉膛导致锅炉瞬间热负荷增加，甚至爆燃。

4.2 汽轮机跳闸后，汽轮机金属温度较高，应该根据转子温度迅速投入轴封汽源，防止冷汽进入汽轮机。可以采用投运轴封电加热，开启轴封管道疏水门、加大辅助蒸汽用量等方式提高轴封温度，以保证转子不被过度冷却。

4.3 极热态启动时，机组可以通过旁路缓慢降压至18Mpa以下，将除氧器水温加热至170℃，根据水冷壁和启动分离器内介质温度和金属温度控制上水流量，上水流量一般控制在200t/h，保证启动分离器前受热面金属温度和水温降温速率不大于2℃/min，水冷壁范围内受热面金属温度偏差不大于50℃，分疏箱见水后应尽快启动炉水循环泵，建立最低给水量，准备锅炉吹扫。

4.4 热态启动时，为了防止锅炉金属受热面因过度冷却影响锅炉寿命，若MFT后重新启动时间较长，应停运两侧送、引风机；如果可以在短时间恢复，则尽可能只保持一组送、引风机运行，同时尽量降低锅炉风量，防止锅炉降温降压太快。

4.5 锅炉吹扫结束后立即提高总风量点火，尽快提高燃料量，迅速调整燃烧率与锅炉金属壁温相匹配，防止锅炉因为建立启动流量需要大量上水，导致受热面过度冷却，氧化皮大面积脱落。需要说明的是，若锅炉汽水系统没有配备炉水循环泵，进行极热态启动时要十分小心，否则会对锅炉寿命造成重大影响。

4.6 旁路系统的正常投入。机组热态启动时，汽轮机对冲转参数的要求很高，所以仅仅依靠开大主蒸汽管道疏水的办法提高汽温是不可能的，要保证旁路的正常投用，尽快提高主再热蒸汽温度与冲转参数相匹配。可以说，在极热态启动过程中，大流量旁路的作用是不可替代的。

4.7 为了提高锅炉上水温度和保证锅炉燃烧的稳定性，可以在锅炉再热蒸汽压力达到1.5MPa后投入2号高加，控制其温升不大于80℃，同时还要兼顾省煤器不要发生沸腾。另外，当高压旁路后温度和辅汽联箱温度相近时，尽早将冷再至辅汽回路投运，以满足启动用汽的需要。

4.8 根据实际经验，极热态启动时，当高压转子温度为550℃时，汽机推荐冲转参数为596℃，为了防止负温差启动，需要四台制粉系统投入运行，燃烧量控制在50%MCR，两台汽泵在汽机冲转前并列运行，锅炉转为干态。

4.9 汽轮机冲转前，要进行主再热蒸汽管道的疏水暖管，特别是为了提高主再热蒸汽管道的死区蒸汽参数。当炉侧蒸汽温度满足汽机推荐蒸汽温度，机侧蒸汽温度处于回升状态，而且和锅炉侧汽温偏差小于40℃，才可以进行冲转。汽轮机冲转并网过程中，快速进行摩擦检查，低负荷暖机时间缩短或者不进行低负荷暖机，带负荷后，根据汽轮机热应力的大小，快速将负荷升到与汽轮机金属温度相对应的水平。如果机组出现负胀差时，可以提高主蒸汽温度，或者加快升速率或者升负荷速率，加大蒸汽流量，尽快使进入汽缸的蒸汽温度高于转子温度，防止胀差超限。冲转时严密监视汽缸温升，上下缸温差，内外壁温差，差胀，轴向位移，振动，轴瓦温度，油温油压等参数。如果然发生较大的振动，必须立即打闸停机，转入盘车状态，绝对不允许降速暖机或者等待观望拖延时间以致事故扩大，只有消除振动后，才允许重新启动汽轮机。

4.10 热态启动特点是启动前机组金属温度水平高，汽轮机启动升速带负荷快，启动时润滑油温度应该保证高于37℃，如果油温过低而升速又快，可能因为油膜不稳定而引起振动，这点需要特别注意。

总之，极热态启动过程中，蒸汽温度和推荐冲转参数存在偏差进行冲转时，要注意汽温的控制，按照margin值的变化进行调整。如果是负温差启动，尽快提高汽温，如果是正温差启动，要控制温度上升速度，加强暖机。

5 结束语

总之，在当前复杂的电力市场环境下，随着机组整体设备制造、运行水平的提高，汽轮机极热态启动的情况是会经常发生的。鉴于此，我们介绍了西门子1000MW超超临界汽轮极热态启动的一些经验，希望能给其他百万机组的调试运行工作提供一些经验。

参考文献

[1]刘建海，刘志杰，任宏伟.1000MW汽轮机温、热态启动胀差控制[J].东北电力技术，2012（1）.

[2]蔡笑.630MW超临界机组极热态启动时给水系统的操作[J].华电技术，2012（5）.

[3]黄润泽，李强.国产200MW汽轮机组极热态启动实践[J].东北电力技术，1998（9）.

作者简介：沈健雄（1978，1-），浙江宁波，工程师，本科，浙江大学，现从事集控运行工作。endprint

4 极热态启动中的几点建议

4.1 极热态启动前，应指定熟练人员负责对锅炉汽水画面、燃烧画面及汽机主画面等进行监视，并且应分工明确、相互配合。除必须检查确认各系统设备处于正常的良好状态以外，给水泵、磨煤机等辅机也应做好充分的启动前准备， 必要时可早些投入运行， 以满足汽轮机冲转、并网后快速带负荷的要求。需要说明的是，在吹扫跳闸磨煤机时要确认其火检满足，吹扫时要缓慢进行，防止大量煤粉吹入炉膛导致锅炉瞬间热负荷增加，甚至爆燃。

4.2 汽轮机跳闸后，汽轮机金属温度较高，应该根据转子温度迅速投入轴封汽源，防止冷汽进入汽轮机。可以采用投运轴封电加热，开启轴封管道疏水门、加大辅助蒸汽用量等方式提高轴封温度，以保证转子不被过度冷却。

4.3 极热态启动时，机组可以通过旁路缓慢降压至18Mpa以下，将除氧器水温加热至170℃，根据水冷壁和启动分离器内介质温度和金属温度控制上水流量，上水流量一般控制在200t/h，保证启动分离器前受热面金属温度和水温降温速率不大于2℃/min，水冷壁范围内受热面金属温度偏差不大于50℃，分疏箱见水后应尽快启动炉水循环泵，建立最低给水量，准备锅炉吹扫。

4.4 热态启动时，为了防止锅炉金属受热面因过度冷却影响锅炉寿命，若MFT后重新启动时间较长，应停运两侧送、引风机；如果可以在短时间恢复，则尽可能只保持一组送、引风机运行，同时尽量降低锅炉风量，防止锅炉降温降压太快。

4.5 锅炉吹扫结束后立即提高总风量点火，尽快提高燃料量，迅速调整燃烧率与锅炉金属壁温相匹配，防止锅炉因为建立启动流量需要大量上水，导致受热面过度冷却，氧化皮大面积脱落。需要说明的是，若锅炉汽水系统没有配备炉水循环泵，进行极热态启动时要十分小心，否则会对锅炉寿命造成重大影响。

4.6 旁路系统的正常投入。机组热态启动时，汽轮机对冲转参数的要求很高，所以仅仅依靠开大主蒸汽管道疏水的办法提高汽温是不可能的，要保证旁路的正常投用，尽快提高主再热蒸汽温度与冲转参数相匹配。可以说，在极热态启动过程中，大流量旁路的作用是不可替代的。

4.7 为了提高锅炉上水温度和保证锅炉燃烧的稳定性，可以在锅炉再热蒸汽压力达到1.5MPa后投入2号高加，控制其温升不大于80℃，同时还要兼顾省煤器不要发生沸腾。另外，当高压旁路后温度和辅汽联箱温度相近时，尽早将冷再至辅汽回路投运，以满足启动用汽的需要。

4.8 根据实际经验，极热态启动时，当高压转子温度为550℃时，汽机推荐冲转参数为596℃，为了防止负温差启动，需要四台制粉系统投入运行，燃烧量控制在50%MCR，两台汽泵在汽机冲转前并列运行，锅炉转为干态。

4.9 汽轮机冲转前，要进行主再热蒸汽管道的疏水暖管，特别是为了提高主再热蒸汽管道的死区蒸汽参数。当炉侧蒸汽温度满足汽机推荐蒸汽温度，机侧蒸汽温度处于回升状态，而且和锅炉侧汽温偏差小于40℃，才可以进行冲转。汽轮机冲转并网过程中，快速进行摩擦检查，低负荷暖机时间缩短或者不进行低负荷暖机，带负荷后，根据汽轮机热应力的大小，快速将负荷升到与汽轮机金属温度相对应的水平。如果机组出现负胀差时，可以提高主蒸汽温度，或者加快升速率或者升负荷速率，加大蒸汽流量，尽快使进入汽缸的蒸汽温度高于转子温度，防止胀差超限。冲转时严密监视汽缸温升，上下缸温差，内外壁温差，差胀，轴向位移，振动，轴瓦温度，油温油压等参数。如果然发生较大的振动，必须立即打闸停机，转入盘车状态，绝对不允许降速暖机或者等待观望拖延时间以致事故扩大，只有消除振动后，才允许重新启动汽轮机。

4.10 热态启动特点是启动前机组金属温度水平高，汽轮机启动升速带负荷快，启动时润滑油温度应该保证高于37℃，如果油温过低而升速又快，可能因为油膜不稳定而引起振动，这点需要特别注意。

总之，极热态启动过程中，蒸汽温度和推荐冲转参数存在偏差进行冲转时，要注意汽温的控制，按照margin值的变化进行调整。如果是负温差启动，尽快提高汽温，如果是正温差启动，要控制温度上升速度，加强暖机。

5 结束语

总之，在当前复杂的电力市场环境下，随着机组整体设备制造、运行水平的提高，汽轮机极热态启动的情况是会经常发生的。鉴于此，我们介绍了西门子1000MW超超临界汽轮极热态启动的一些经验，希望能给其他百万机组的调试运行工作提供一些经验。

参考文献

[1]刘建海，刘志杰，任宏伟.1000MW汽轮机温、热态启动胀差控制[J].东北电力技术，2012（1）.

[2]蔡笑.630MW超临界机组极热态启动时给水系统的操作[J].华电技术，2012（5）.

[3]黄润泽，李强.国产200MW汽轮机组极热态启动实践[J].东北电力技术，1998（9）.

作者简介：沈健雄（1978，1-），浙江宁波，工程师，本科，浙江大学，现从事集控运行工作。endprint