某电厂330 MW汽轮机冷态启动用时过长原因分析及处理

孙海元

(华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204)

0 引言

当汽轮机高压内缸上壁金属温度低于150 ℃时，为缩短汽轮机组启动时间，避免高温蒸汽进入缸体使金属受热不均引起动静摩擦、表面温差过大而出现金属裂纹，需要进行充分暖缸。其作用一是动静部分膨胀均匀、缩短启动时间，二是减小机组寿命损耗[1]。在暖缸过程中，如果蒸汽参数不合格或暖机不充分，会引起汽缸内动、静部分膨胀不均，在启动过程中引起动静摩擦，轴承振动增大，使启动时间延长，安全性、经济性降低。

1 设备概述

某电厂#2机组330 MW汽轮机为南京某公司生产的亚临界、中间再热、两缸两排汽、抽汽凝汽式供热汽轮机，高、中压缸前轴承箱向前膨胀，低压缸向前后两个方向膨胀。配有1套XDPS400旁路系统，为高、低压二级串联旁路系统，其容量为35%额定蒸发量，低压旁路(以下简称低旁)喷水减温阀采用气动控制方式。在机组启动时，用旁路配合锅炉提高蒸汽参数，缩短启动时间。2014年大修后，冷态启动过程中因暖机效果差、轴系振动一直影响机组启动时间，过去历次冷态启动暖机时间为9～26 h，耗时较多，安全性、经济性都无法保证。

2 原因分析

(1)旁路控制方式不合理，主、再热蒸汽管道暖管不充分。主蒸汽管道自高温过热器出口到高压主蒸汽阀(以下简称主汽阀)前大约132 m，而疏水点只有2个，造成暖管缓慢。特别是再热蒸汽热段(以下简称再热热段)，每次启动都因机侧蒸汽参数达不到冲转要求而延长了启动时间。

汽轮机冲转前，为了缩短再热热段暖管时间而利用开大(实际也开的不大，50%左右)高压旁路(以下简称高旁)、关小低旁的方法来提高再热蒸汽压力，使疏水量加大而加快暖管速度。关小低旁后，低旁后温度测点显示温升率短时升高，但流经再热热段管路的蒸汽量减小，低旁出口前端温度得不到有效提升，低旁后管路温升率很快就会下降。自再热器出口到中压主汽阀前大约169 m，再热器出口至低旁入口处管道长132 m左右，低旁入口处到中压主汽阀前37 m左右(低旁后温度测点接在这段管道距中压主汽阀前10 m左右)。如果厂房外的132 m管道未充分暖管，后端的37 m也将得不到充分暖管，进而延长机组启动时间。

(2)启动时暖缸温差不充分，汽缸膨胀不均匀引起摩擦振动[2]。从前几次启动过程发现，机组冷态启动暖机时间过长主要受轴系振动限制，机组发生振动首先从#1，#2轴承开始，然后整个轴系轴振和盖振紧随增大，存在典型的摩擦振动特征，且机组动静摩擦发生在高、中压缸。从参数变化情况分析原因为：高、中压缸暖机过程中温差较大，转子、汽缸膨胀不均匀引起机组动静间隙过小，从而引起摩擦振动。

(3)高、中压缸总膨胀迟缓，加长了暖机时间。从厂家提供的汽轮机设计图看，中压缸体积大于高压缸，在历次机组冷态启动中中压缸温升远远滞后于高压缸。自冲转至3 000 r/min高、中压缸温参数见表1。

启动过程中高低压旁路(以下简称高低旁)控制不当，使大量再热蒸汽经旁路进入凝汽器，中压缸进汽量小于高压缸进汽量，减小了中压缸进汽量使中压缸暖机不充分。暖机过程中中压缸温升过慢，中、高压缸温差较大，影响了高、中压缸的总体膨胀。

表1 自冲转至3 000 r/min高、中压缸温参数

3 解决方案

(1)暖管初期合理调整高低旁开度及主再热管道疏水方式。锅炉点火汽包压力升至0.2 MPa关闭各主再热器放气阀后，稍开高低旁暖管，然后逐渐开大高低旁至25%，配合锅炉升温升压；当炉侧主、再热蒸汽温度高于机侧主、再热蒸汽管壁温度后，将高旁开至80%以上，低旁开至40%以上，加大蒸汽管道内的通流量，提高主、再热蒸汽管道暖管速度。同时，主蒸汽管道、再热蒸汽管道(主要指低旁接出口后37 m处)疏水阀全开。

(2)当机侧再热蒸汽温度高于中压主汽阀壳体内温度时，汽轮机挂闸，中压主汽阀全开，通过中联阀四路阀体疏水使再热蒸汽管道疏水增加至中压主汽阀处，同时对中压主汽阀壳体暖阀。当机侧主蒸汽温度高于高压主汽阀内壁温度时，按“GV控制”开启高压主汽阀，通过高压主汽阀四路阀体疏水使主蒸汽管道疏水增加至高压主汽阀处，同时对高压主汽阀壳体暖阀。开启主蒸汽导管至夹层联箱供汽阀及联箱疏水阀，增加主蒸汽管道疏水量。

(3)当炉侧主蒸汽温度升高过快时，开大高旁增加主蒸汽流量来控制温升；再热蒸汽温度升高过快时，可以投入高旁减温水来降低再热器入口温度，尽量不使用过、再热蒸汽减温水。当炉侧主、再热蒸汽温度达到300 ℃左右，低旁入口温度能达到260 ℃左右时，逐渐关小低旁提高再热蒸汽压力至1.0 MPa左右。选择合适的冲转参数：主蒸汽压力1.5～2.0 MPa，炉侧主蒸汽温度300～320 ℃，机侧主蒸汽温度可参考高旁出口温度270～290 ℃(经验值)；再热蒸汽压力0.2～0.3 MPa，炉侧再热蒸汽温度280～340 ℃，机侧可参考低旁入口温度≥240 ℃(经验值)；凝汽器真空84～92 kPa。

(4)汽机冲转后，适当开大高旁、关小低旁(为防止低旁阀节流冲刷，低旁阀开度控制在10%以上，汽量低时可采取单侧低旁控制)，控制再热蒸汽压力不低于0.45 MPa，以增加中压缸进汽量[3]，且整个暖机过程中应根据机组参数，用高、低旁控制再热蒸汽压力不低于0.45 MPa，使高、中压缸温升尽量同步。

(5)机组并网后，汽轮机中压调节阀全开后若中压缸温升率较小而使中、高压缸温差较大时，高旁可保留10%左右开度(用高旁减温水控制高旁出口温度在320 ℃左右)，以增加中压缸进汽量，中、高压缸温差小于20 ℃后关闭高旁。此阶段应严格控制主、再热蒸汽温升速度，防止汽缸温升过快、胀差超限(控制不大于4.5 mm)而引起机组摩擦振动。

(6)通过执行上述5条措施，在保证机组启动参数合格的前提下，启动用时大幅减少。优化后机组启动参数见表2。

表2 优化后机组启动参数(2015-12-28)

4 结论

通过实施上述解决方案，该330 MW汽轮机多次冷态启动时间(自冲转至3 000 r/min正常)缩短到了3 h 20 min左右，极大地提高了机组的经济性和安全性。