600 MW汽轮机的优化启动

黄小军

(湖南华电长沙发电有限公司，长沙　410203)



600 MW汽轮机的优化启动

黄小军

(湖南华电长沙发电有限公司，长沙410203)

根据湖南华电长沙发电有限公司机组现状，在安全、合理的情况下，对汽轮机启动冲转时间分配及启动参数进行了合理调整，并在实施过程中全程跟踪，使汽轮机的中速暖机时间由4.0 h缩短为2.5 h，提高了暖机效果，节省了启机能耗，增加了上网电量，并根据实际暖机情况，进一步提出增加汽缸烘干装置的优化措施。

汽轮机；优化；启动时间；暖机；冲转

0　引言

湖南华电长沙发电有限公司(以下简称长沙发电公司)一期2×600 MW超临界机组汽轮机为东方汽轮机有限公司引进日立技术生产制造的超临界压力、一次中间再热、单轴、3缸4排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机，型号为N600-24.2/566/566，额定出力为600 MW。机组采用复合变压运行方式，汽轮机具有8段非调整回热抽汽，汽轮机的额定转速为3 000 r/min。主蒸汽经汽轮机主蒸汽阀后进入到4个高压调节阀，经过导管进入汽轮机喷嘴膨胀做功。再热蒸汽经汽轮机中压联合汽阀分为2路导管(4根管)进入汽轮机喷嘴膨胀做功。中压缸做功后的蒸汽经1根异径连通管分别进入2个低压缸，做功后的乏汽排入双背压凝汽器。机组默认启动方式为中压缸启动。汽轮机冲转到并网总共需要5 h左右，对电厂并网时间有一定影响。通过采取针对性措施，在满足启动过程中汽轮机金属温升、温差、缸胀及胀差等暖机参数要求的同时，缩短汽轮机暖机冲转时间，既能降低启机能耗，又能满足电网的快速并网要求[1]。

1　现状分析

通过对建厂以来汽轮机启、停情况进行观察发现，汽轮机冷态启动时，通过高压缸倒暖、阀壳预暖等措施可以在汽轮机冲转初期使高压缸调节级内壁温度达到150 ℃，高压调节阀外壁温度达到180 ℃，中压缸第1级内壁温度在送轴封后可以上升到60～80 ℃。冲转参数控制如下：主蒸汽压力，4.5～5.0 MPa；主蒸汽温度，400 ℃；再热蒸汽压力，0.6 MPa；再热蒸汽温度，380 ℃；真空度，-92 kPa左右。升速至1 500 r/min中速暖机4 h后高压缸调节级内壁温度可以达到规程规定的320 ℃，而中压缸第1级内壁温度最高只能达到300 ℃，汽缸绝对膨胀能达到10 mm左右，然后中速暖机结束升速到3 000 r/min并网带负荷。以下列举几次启动的暖机参数。

(1)2015年5月28日，#1机组冲转前，主蒸汽压力为5.55 MPa，主蒸汽温度为408 ℃，再热蒸汽压力为0.63 MPa，再热蒸汽温度为398 ℃，真空度为-89.0 kPa，冲转过程参数见表1。

(2)2015年6月29日，#2机组冲转前，主蒸汽压力为4.57 MPa，主蒸汽温度为391 ℃，再热蒸汽压力为0.62 MPa，再热蒸汽温度为391 ℃，真空度为-93.3 kPa，冲转过程参数见表2。

(3)2015年7月14日，#2机组冲转前，主蒸汽压力为4.14 MPa，主蒸汽温度为398 ℃，再热蒸汽压力为0.63 MPa，再热蒸汽温度为390 ℃，真空度为-92.2 kPa，冲转过程参数见表3。

厂家启动说明书给出的高、中压转子寿命曲线如图1所示(阴影区为转子中心的应力极限，此区内严禁运行；各条曲线上数值为每次循环的寿命消耗，用百分比表示)，中压进汽室及高压调节级缸体内、外壁温度允许差值如图2所示。

通过以上列举可以看出：

(1)采用高压缸倒暖时，厂家规定高压缸调节级内壁温度暖至150 ℃时倒暖结束并进行闷缸，但实际在闷缸过程中，调节级内壁温度会下降，这样会导致汽缸初始温度没有达到150 ℃。如果在高压缸倒暖时能够把高压缸调节级内壁温度暖至170～180 ℃再进行闷缸，这样就提高了汽缸初始温度，缩短了暖机时间[2]。

(2)降低初参数和真空度，增加冲转的蒸汽流量，可以加快暖机[3]。

(3)机组在冲转至1 500 r/min暖机1.5 h后，由于进汽量的限制，汽轮机的汽缸内壁温度上升幅度开始大幅度减小。高压转子金属温度从冲转前的150 ℃加热到320 ℃，温度上升170 ℃，根据图2可知，高压转子每小时温度上升不超70 ℃，均在允许的寿命消耗0.001%内，也就是说在2.5～3.0 h内加热至320 ℃是允许的；中压转子金属温度从冲转前的80 ℃加热到320 ℃，温度上升240 ℃，根据图2可知，中压转子每小时温度上升不超90 ℃，在允许的寿命消耗0.003%内，也就是说在2.5～3.0 h内加热至320 ℃是允许的。汽轮机在1 500 r/min暖机运行中高压调节阀处于固定开度，主要靠中压调节阀来调节转速，高压调节阀在不变开度下，从历次冲转中发现高压缸暖机2.5 h就能达到厂家要求的320 ℃，而中压缸通过4.0 h的暖机很难达到厂家要求的320 ℃。在冲转至1 500 r/min暖机1.5 h后，中压缸温度上升幅度减小到每0.5 h上升10 ℃左右，如果这时将汽轮机转速提高到2 200 r/min并保持暖机(1 500 r/min暖机已将转子温度提高到转子脆性转变温度122 ℃以上)，高压调节阀因暖机模式保持开度不变，高压缸温度不会大幅上升，而开大中压调节阀维持转速，就会使中压缸进汽量增加，加快上升中压缸温度，使中压缸提前达到暖机要求的温度[4]。

表1　#1机组冲转暖机参数(2015年5月28日)

表2　#2机组冲转暖机参数(2015年6月29日)

表3　#2机组冲转暖机参数(2015年7月14日)

图1　高、中压转子寿命曲线

图2　中压进汽室及高压调节级缸体内、外壁温度允许差值

(4)根据图2可知，当暖机至高压缸调节级内壁温度为320 ℃时，其内、外壁温度差不能超过140 ℃；中压进汽室内壁温度暖至320 ℃时，其内、外壁温度差不能超过180 ℃。

2　制定措施

(1)降低冲转参数：主蒸汽压力，3.50～4.00 MPa；主蒸汽温度，380～400 ℃；再热蒸汽压力，0.40～0.45 MPa；再热蒸汽温度，360～380 ℃；真空度，-88 kPa。

(2)汽轮机高压缸倒暖，将高压缸调节级内壁温度暖至170～180 ℃后保持闷缸。

(3)将汽轮机1 500 r/min冲转期间中速暖机时间由4.0 h缩短为1.5 h，增加汽轮机2 200 r/min冲转期间中速暖机时间，暂定为1 h，可根据中压进汽室内壁温度的上升情况适当延长。

(4)将汽轮机数字电液控制系统(DEH)中暖机运行切除转速条件由原来的1 500 r/min修改为2 200 r/min，以实现2 200 r/min暖机高压调节阀不关闭，保持原来开度进行暖机。

3　实施情况

2015年8月2日，长沙发电公司#2机组采用优化启动方案进行启动试验，试验情况如下。

(1)通过汽轮机倒暖将高压缸调节级内壁温度加热至170 ℃以上。

(2)冲转参数：主蒸汽压力，3.67 MPa；主蒸汽温度，381 ℃；再热蒸汽压力，0.43 MPa；再热蒸汽温度，380 ℃；真空度，-90.2 kPa。

(3)冲转暖机试验中机组各项参数见表4。

2015年10月12日，长沙发电公司#1机组采用优化启动方案进行启动试验，试验中机组各项参数见表5。

表4　#2机组冲转暖机试验中机组各项参数

表5　#1机组冲转暖机试验中机组各项参数

·24·

续表

4　结论

(1)优化前，汽轮机1 500 r/min中速暖机4 h后，调节级内壁温度最高能达到厂家规定的320 ℃，而中压进汽室内壁温度不能达到厂家要求的320 ℃。优化后，在汽轮机1 500 r/min暖机1.5 h后，#1机组调节级内壁温度能达到317 ℃，#2机组能达到288 ℃；在转速提升至2 200 r/min暖机1.0 h后，#1机组调节级内壁温度达到332 ℃，#2机组达到319 ℃，#1机组中压进汽室内壁温度达到329 ℃，#2机组达到306 ℃(#2机组因汽缸膨胀较#1机组慢，后在2 200 r/min增加暖机30 min)，这样就在2.5 h中速暖机后达到了厂家要求的中速暖机合格要求。

(2)优化后，在冲转初期，汽轮机的金属温升幅度最大为80 ℃/h，而后温升速度控制在30～60 ℃/h，符合温升要求。

(3)优化后，调节级内、外壁最大温差出现在#1机组冲转到1 500 r/min的初期，为72 ℃，而后随着暖机的进行，温差逐渐变小，控制在厂家要求的140 ℃以内。

(4)通过分析以上参数可知，中速暖机效果优于以前，使汽轮机膨胀在中速暖机中更加充分。

(5)优化后，汽轮机启动冲转时间由以前的5.0 h缩短到3.5 h以内，大幅缩短启动时间，减少启动能耗，估算节省启动煤耗40.0 t，节省油耗1.5 t，节水300.0 t，以市场煤价400 元/t，#0柴油5 000 元/t，电厂制水成本10元/t计算，每次启机产生直接经济效益(40×400+1.5×5 000+300×10)÷10 000=2.65(万元)，按2015年2台机组启机10次计算，每年产生直接经济效益2.65×10=26.5(万元)，再加上厂用电的节省和提前上网产生的电量，预估每年产生效益达40万元以上。

(6)优化后，汽轮机启动冲转时间缩短，给启动不确定因素预留了较长时间，保证机组并网时间的准确性。

(7)将高压缸预暖的高压缸调节级内壁温度提高至170 ℃后，因中压缸第1级温度只能通过过桥汽封漏汽进行预暖，温度最高只能达到90 ℃左右，这样就使高、中压转子温度偏差达80 ℃，如果过桥漏汽较小，中压缸第1级温度有可能达不到90 ℃，这样就只能降低高压缸预暖温度，对启动冲转的暖机时间带来影响。针对此情况，建议电厂联系厂家，在中压缸安装汽缸烘干装置，在烘干装置内加装电加热装置，可以在停机后进行烘干，利于汽轮机停机保养，又可以在机组启动前进行中压缸预暖，使之能与高压缸预暖温度匹配。

[1]任浩仁，盛德仁，任容，等.600 MW机组中压缸启动过程的优化研究[J].动力工程学报，2002，22(5)：1954-1958.

[2]孙奉仲.大型汽轮机运行[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]康松，杨建明，胥建群,等.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.

[4]张志明.汽轮机启动过程中安全经济优化的研究[D].北京：华北电力大学，2006.

(本文责编：弋洋)

2016-03-24；

2016-06-22

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1674-1951(2016)07-0020-05

黄小军(1970—)，男，四川宜宾人，高级技师，从事汽轮机运行技术管理方面的工作(E-mail:txh555687@sina.com)。