600 MW汽轮机汽缸预暖系统的运行分析

黄　丹，王广全

(1.重庆电力高等专科学校，重庆 400053；2.华能重庆珞璜发电有限责任公司，重庆 402283)



600 MW汽轮机汽缸预暖系统的运行分析

黄丹1，王广全2

(1.重庆电力高等专科学校，重庆 400053；2.华能重庆珞璜发电有限责任公司，重庆 402283)

摘要：汽轮机汽缸预暖系统是汽轮机节能降耗的一项有效措施。本文对某600 MW汽轮机汽缸预暖系统的运行条件和运行操作进行了分析，为进一步的优化运行分析做好技术基础。

关键词：600 MW汽轮机；气缸；预暖系统

当前电力生产市场竞争日益激烈，火力发电的运行成本压力越来越大，通过各种节能降耗措施降低机组的运行成本是火电企业关注的焦点。

比较某600 MW机组的冷、热态启动过程(见表1)发现：机组在冷态启动时，由于汽轮机金属温度低，整个启动过程需要经过冲转、低速暖机、中速暖机等过程[1]，从冲转到额定转速大约需要180 min；而温态启动时，因为汽轮机金属温度较高，启动过程中暖机时间随之减少，当启动前汽轮机金属(调节级处)达到250 ℃，则不需要进行中速暖机，从冲转到额定转速只需十几分钟。这不仅减少了机组启动时间，而且还大大地减少了因暖机而使锅炉投油燃烧的耗油量[2]。

表1　某600 MW机组各种启动方式下的相关参数

汽轮机增设汽缸预暖系统正是基于此思路的一项有效节能降耗措施。它利用外来汽源，将汽轮机的冷态启动转变为热态启动，即在汽轮机冲转前，利用邻炉蒸汽将汽轮机由冷态金属温度加热至温(热)态金属温度，缩短汽轮机冷态启动中的暖机时间，减少锅炉的启动燃油量。

1汽轮机及其汽缸预暖系统介绍

该汽轮机型号为N600-16.7/538/538-1型，是由哈尔滨汽轮机厂设计及生产的亚临界、一次中间再热、三缸四排汽(双分流低压缸)、单轴、双背压、反动、凝汽式汽轮机。

汽轮机采用高、中压合缸结构，即把高压内缸和中压内缸布置在同一个外缸内，呈反向布置[3]。这种结构减少了轴承和轴封数量，缩短了汽轮机的跨度，减小了汽轮机的纵向热应力。高、中压缸之间的中间分隔轴封又叫过桥汽封。为了防止汽轮机在甩负荷时，过桥汽封室高压余汽窜至中压缸引起汽轮机超速(甩负荷时，高、中压主汽阀与调节汽阀迅速关闭以切断汽轮机进汽，高压缸前后蒸汽压力差急剧减小，导致高压缸内蒸汽流动受阻，高压缸和高压导汽管内积存高温、高压余汽，它们容易通过过桥汽封窜至中压缸)，在过桥汽封处设置汽轮机事故排放阀(BDV)(见图1)，甩负荷时，将过桥汽封室的存汽引至凝汽器。

图1　汽轮机预暖系统示意图

对于中压缸启动的机组，在高压缸排汽逆止门前的高排管道上还设置有通向凝汽器的管道，管道上布置有通风阀(VV)，见图1。机组采用中压缸启动，在切缸(即高压缸进汽)之前，通风阀打开，将高压缸与冷凝器连通，排出高压缸因鼓风产生的热量，防止高压缸超温。

汽轮机预暖系统及其蒸汽流程如图1所示。预暖蒸汽经阀组从辅汽联箱引出，进入高压缸排汽逆止阀前疏水罐，经高压缸排汽管道进入汽轮机高压缸。蒸汽在高压缸内进行逆向流动，对高压缸加热，之后，蒸汽分三路被引出。1)第一路蒸汽从高压缸内、外缸疏水管排出。2)第二路蒸汽则沿着高压缸前主汽管路，由主汽阀疏水管排出。由于汽轮机汽阀采用的是联合汽阀的结构，所以此路蒸汽还能保证主汽阀腔室的预暖。为保证主汽阀腔室的有效预暖，必须通过热工强制条件，使汽轮机挂闸，将1～4#高压调节阀切手动开启5%左右，进行阀腔预暖。一般先暖缸后暖阀腔，也可同时进行。3)第三路蒸汽则沿着高、中压汽缸的过桥汽封进入中压缸，再流经低压缸，最后由排汽管流入凝汽器。

该汽轮机汽缸预暖系统的汽源来源于辅汽联箱，其汽源示意图如图2所示。邻炉来的蒸汽经过减温、减压后，进入辅汽联箱，流经轴封供汽手动阀、汽缸预暖管道及其阀组，该阀组包含1个电动截止阀、1个电动调节阀、1个手动截止阀和1个逆止阀。

汽轮机预暖系统辅助蒸汽系统相关设计参数如表2所示。

图2　汽轮机预暖汽源示意图

项目技术规范辅汽母管蒸汽压力/MPa1.25辅汽母管蒸汽温度/℃300蒸汽流量设计流量/(t/h)60辅汽联箱容积/m32.5辅汽母管安全门动作压力/MPa1.4

2汽缸预暖系统的运行分析

2.1运行投用条件及其分析

为了保证汽轮机汽缸和转子在预暖过程中的安全加热，预暖系统必须满足以下投用条件。

1)投盘车运行

由于汽缸预暖系统是利用辅助蒸汽对汽缸金属部件进行加热，如果不投盘车运行，汽轮机在静止状态下加热，会使汽缸和转子的上、下部膨胀不均匀，导致大轴弯曲，动静间隙变小甚至没有，使汽轮机在启动时造成摩擦和振动过大，严重时甚至将叶片打断。

2)汽轮机投轴封、抽真空运行

由图1所示的汽缸预暖系统的蒸汽流程可知，预暖蒸汽分别通过高压缸(逆向)、中压缸(正向)、低压缸(正向)之后进入凝汽器，为了保证汽缸预暖蒸汽能在汽缸内按照规定的流向流动，并保证凝汽器的温度在正常范围内，必须对汽轮机抽真空。

为了有效建立真空，机组还必须投轴封系统。由于此时维持机组的真空和轴封主要是为了保证预暖蒸汽正常流向以及凝汽器的温度正常，并不涉及汽轮机内蒸汽做功的经济性。所以，在汽缸预暖过程中将机组背压维持在较高值即可。但为了保证汽轮机的安全运行，低压缸排汽温度不能过高，汽轮机的背压不能太高，一般维持在13 kPa即可(机组正常运行的背压值为11.8 kPa，最高背压值为18.6 kPa)。

运行中送轴封和抽真空操作要点：送轴封，轴封压力设定在30 kPa左右(正常运行的轴封压力设定为40 kPa左右)；抽真空，初始时，启动3台真空泵，对汽轮机抽真空。凝汽器压力降至20 kPa后停运2台真空泵，保持1台真空泵运行，维持凝汽器压力在13 kPa左右，以减少真空泵的电耗。

3)凝汽器通入循环冷却水运行

根据汽缸预暖系统的蒸汽流程可知，预暖蒸汽分别通过汽缸后最终排入凝汽器，为了保证排入凝汽器的预暖蒸汽得到充分冷却，必须通入循环冷却水，以保证凝汽器的安全运行。由于此时汽轮机通过的蒸汽量相对于正常运行只是很少的一部分(预暖蒸汽量设计值为60 t/h，而额定负荷下汽轮机的蒸汽量为1 940 t/h)。因此，只需要通入少量的循环水，具体运行操作时，可参照规定的机组背压值来调整循环水量。

4)凝结水系统运行

由于汽轮机轴封蒸汽需要减温、减压，而减温、减压水源是凝结水(一般为凝结泵出口的凝结水)，所以必须投入凝结水系统运行。由于在汽轮机的预暖过程中，所需的凝结水量很小，在凝结水的供应上，理论上有两种方案可以选择：一是启用凝结水泵供水，此方案如果配合着凝结泵的变频改造，在汽缸预暖过程中维持凝泵在低转速下工作，节能效果较好；第二种方案是启用补水泵供水，这种方案显然节能效果更优，但要求配有相关的管路连接，同时保证补水泵的出力(压力和流量)满足要求。

2.2运行操作分析

第一，汽缸预暖。开始预暖时注意稍开预暖供汽阀进行暖管，10 min后再适当开大供气阀。当汽轮机第一级金属温度开始变化后，调整供汽第一道阀门开度，维持高压缸内压力升至0.2～0.3 MPa，注意盘车应正常，以38 ℃/h速率进行暖机，直至高压调节级金属温度提高至250 ℃，中压缸排汽阀至200 ℃，并在此温度下继续暖机，时间不得少于90 min。

第二，在增压暖机过程中，注意关闭VV、BDV阀，减小高、中压轴封到凝汽器的排汽量。增压暖机是通过开大暖缸进汽阀，增加暖缸汽源压力和流量，增大蒸汽对汽缸的对流传热量，从而提高暖缸效果。为了提高预暖蒸汽流量和压力，必要时关闭VV阀和BDV阀，切断流经这两个管路系统而排到凝汽器的蒸汽量，有利于提高汽缸内的预暖汽压，从而提高预暖效果。

第三，在汽缸预暖过程，尤其是增压暖缸过程中，要严密监视汽轮机的盘车情况。一旦发现盘车脱扣，则说明预暖蒸汽量过大，已经将汽轮机冲转起来，这时需要关小预暖进汽阀，待转速下降，重新投用盘车正常后，方可重新调整预暖进气阀开度继续进行预暖。

第四，在整个汽缸预暖过程中注意加强汽轮机本体疏水，采用间歇式疏水，即每2 h打开高、中压缸疏水阀5 min。这种疏水方式可以保证预暖过程中的正常疏水，把暖缸过程因凝结放热而产生的疏水及时排走，同时还保证了预暖蒸汽的充分利用(相比于连续疏水方式)。

第五，主汽阀腔室预暖。汽轮机高压缸采用的是联合主汽阀，即自动主汽阀与调节阀共用一个阀壳，为了实现主汽阀腔室预暖，需要在主汽阀关闭的情况下，稍开调节阀，让预暖蒸汽进入主汽阀的腔室。所以，主汽阀腔室的预暖运行操作是：启动EH油系统，利用热工强制条件(由于该汽轮机的挂闸条件中有蒸汽温度的要求，具体是：锅炉出口主蒸汽温度大于汽轮机调节级金属温度至少20 ℃，且过热温度50 ℃以上，但最高温度不超过430 ℃。汽缸预暖系统投用时，锅炉还没有点火，显然无法满足挂闸条件，只能通过热工强制条件才能实现挂闸)使汽轮机挂闸并建立安全油压，切换到手动方式稍稍开启1～4#高压调节阀门到5%阀位。

在主汽阀腔室预暖过程中，保持高压调节阀门在5%开度，开启高压导汽管疏水阀。此时，预暖蒸汽逆向流经高压缸，经过高压调节阀，进入高压调节阀腔室，由高压导汽管疏水排到凝汽器。在此过程中，显然主汽阀腔室、高压转子和调节阀腔室均得到预暖。

在主汽阀腔室预暖过程中，注意监控高压调节阀腔室内、外壁金属温升速度，维持在55 ℃/h，直至升温至规定温度。

3汽缸预暖系统的运行效果

由于该机组经过汽轮机汽缸预暖系统改造后，在开机前采用汽轮机的预暖系统，使用辅汽将高压缸调节级温度预暖至260 ℃(中压缸同步暖机)，参照表1中的相关数据，机组从冷态启动转变为温态2启动，共节约开机时间160 min。

结合该机组的实际运行情况，在汽机冲转阶段及升速暖机阶段，锅炉一般保持7只油枪运行，每只油枪的耗油量为1.15 t/h，节约启动燃油量为1.15×7×(160/60)=21.466(t)。

4结束语

汽轮机增设了汽缸预暖系统后，在机组冷态启动前，通过合理而有效的运行操作，利用邻炉的蒸汽对汽轮机汽缸进行预暖，可以有效提高其金属温度水平至温态，达到机组启动快并节油的效果。

参考文献：

[1]于国强.单元机组运行[M].北京：中国电力出版社，2011：26-27.

[2]向伟，廖开友，张南川，等.国产600 MW汽轮机组增设预暖系统节能改造应用[C]// 中国电机工程学会.西安：清洁高效燃煤发电技术协作网，2011.

[3]高澍芃.大型火电机组运行维护培训教材之汽轮机分册 [M].北京：中国电力出版社，2010：3-6.

Analysis of the Operation of the Pre-Warming System of the Cylinder of the 600 MW Turbine

HUANG Dan1，WANG Guangquan2

(1．Chongqing Electric Power College ，Chongqing 400053，P.R.China；2．Chongqing Luohuang Power Generation Co., Ltd. of CHNG，Chongqing 402283，P.R.China)

Abstract：The pre-warming system of the cylinder of the turbine can make it more energy-saving and cost-reducing．This article analyzes the operational conditions and process of the pre-warming system of the cylinder of a 600 MW turbine，to provide a technological basis for further operational optimization analysis．

Key words：600MW turbine；cylinder；pre-warming system

收稿日期：2015-10-26

作者简介：黄丹(1977-)，讲师，主要研究方向为火电厂集控运行。

中图分类号：TK261

文献标识码：A

文章编号：1008-8032(2016)02-0028-4