合缸中间再热机组减负荷以及热态启动期间振动异常探究

王文秀 刘 喜 桂宏桥 李德丰

（1、光大环保能源（江阴）有限公司，江苏 江阴 214400 2、光大环保（中国）有限公司，广东 深圳 518000）

随着我国人民生活质量和城市化率的提高，日常生活中产生的垃圾越来越多。当前垃圾焚烧发电行业竞争越来越激烈，垃圾处理费越来越低，同时国家环保排放要求越来越严，导致运行成本越来越高，垃圾焚烧发电企业利润空间越来越低。提高电厂循环热效率是提高电厂经济效益的关键措施之一。

江苏某项目在国内率先采用两炉一机母管制中间再热工艺，将全厂热效率提高至28.69%，平均吨垃圾入炉发电量高达595kw·h/t。虽然中间再热机组热效率较高，但该类型机组操控难度大，在正常减负荷和热态启机期间易发生振动超标跳机事故。

1 机组运行概况

该项目在国内首次使用中温次高压（6.3 MPa/445℃）、中间再热425℃）两炉一机母管制再热技术。项目投运后整体运行小时数较高，满负荷运行期间机组各参数正常，机组轴振评定为优秀。但机组在减50%负荷左右以及热态启机并网后出现轴振超限跳机事故。

1.1 正常减负期间振动超标跳机

图1 减负荷后轴振变化DCS画面截图

（1）2020年1月23日该项目#4、5炉带#3中间再热机组运行，主蒸汽、再热蒸汽维持在额定参数，主辅机其他各参数均在正常范围内，机组运行稳定，汽轮机负荷23MW。

（2）13:00开始降低#4炉负荷准备停#4炉，汽轮机负荷由23MW开始下降，均压箱辅助汽源由一抽汽源切至主蒸汽供给。

（3）13:46:03 #3机电负荷10MW，汽轮机轴瓦最大轴振25um。

（4）13:55 #1瓦振动开始缓慢上升，期间对机组的各种调整无法改变振动上升趋势。

（5）15:16机组轴振上升至200um，振动大保护动作跳机。

1.2 热态启机跳机

（1）20:26机组高压缸缸温377℃，开始热态冲转。

（2）21:04机组转速升至全速，并网后开始增加机组负荷。

（3）21:27机组负荷至10MW（单台锅炉至满负荷）。

（4）22:25机组前轴承振动的轴振由29um开始上升。

（5）22:40机组轴振达173um，运行人员打闸停机。

（6）机组转速到零后进行盘车，缸温降至150℃后进行冷态启动正常。

2 原因分析

该项目选用东汽N25-6.3/445/425型中温、次高压，非调整抽汽，凝汽式高转速一次再热汽轮机，结构型式为高、中、低压合缸单排汽。汽轮机共26级，其中高压缸I单列调节级＋14压力级，反动式设计，中低压缸11压力级，冲动式设计，额定转速为5000rpm，机组采用自密封轴封系统。

合缸中间再热汽轮机在正常减负期间高压缸排汽压力随负荷下降而降低，前轴封漏汽量和漏汽压力也随之下降，此时易发生均压箱压力高于前汽封出漏汽压力，出现均压箱内高温蒸汽反供至前汽封对此处轴颈进行加热。由于轴封供汽直接与汽轮机大轴接触,它的温度直接影响大轴的伸缩。汽轮机在稳定运行和热态启动时相应转子的温度很高,如果轴封供汽温度过低,大量的低温蒸汽通过轴封进入汽缸,它不仅将在转子上引起较大的热应力,而且会造成前段轴封大轴的急剧冷却收缩,破坏机组平衡导致强烈的振动。当收缩量过大时,将有可能导致动静摩擦。这种局部段大轴收缩造成的相对位移的变化,其潜在的危害是很大的。轴封处轴颈发生热变形引起动静摩擦而导致机组异常振动；热态启动机组并网初期负荷较低，高压缸排汽压力低，前汽封易发生反供汽现象，从而使前汽封处转子发生热变形而振动超限跳机[1，2，3]。

表1 热态启机期间DCS数据表

综上所述，正常运行期间均压箱内蒸汽反供至前汽封引起转子热变形是机组振动的主要原因。

3 解决办法

保证正常运行期间不发生均压箱对前汽封反供汽，即可解决正常减负荷和热态启机期间出现的振动问题[4，5]。该公司对轴封系统进行了如下技改：

（1）在均压箱至前汽封的供汽管道上加装一道止回阀，机组运行期间能有效地阻止均压箱内蒸汽反供至前汽封。

（2）在新加装的止回阀处，增加旁路气动阀，并增加DCS控制逻辑，确保机组启动、停机以及其他需要对前汽封供汽时，DCS系统自动控制旁路气动阀开启对前汽封供汽。汽轮机正常运行期间在电负荷大于1MW后，DCS系统自动控制气动阀在关闭状态。

图2 防轴封反供汽流程图

4 结论

图3 防轴封反供汽逻辑方框图

该项目在国内垃圾发电行业首次运用两炉一机母管制中间再热技术，在商业运行期间遇到了轴振异常升高跳机问题。针对合缸中间再热机组轴振异常升高问题，该公司进行了深入分析研究后对轴封系统进行了技改，增加了一套“防前汽封反供汽装置”，保证机组运行期间不发生轴封反供汽现象，并保证机组启停机期间均压箱正常对前汽封提供密封汽。技改完成后立即对机组进行了降低50%负荷试验以及热态启机试验，试验期间机组振动正常。在以后的历次单台锅炉停运减负荷过程中，机组轴振稳定未出现任何异常情况；在突发的汽轮机满负荷跳机时，“防前汽封反供汽装置”气动旁路阀自动开启，前汽封密封汽能正常供给，并能在机组热态工况下启动成功。

该项目成功地解决了合缸中间再热机组减负荷以及热态启动期间振动异常问题，为该类型机组在垃圾发电行业推广奠定了基础。