汽轮机暖机时间长原因分析及运行调整措施

黄文兴

(国能(泉州)热电有限公司，福建 泉州 362100)

1 概述

某厂二期#3机组使用哈尔滨汽轮机厂生产的CLN670-24.2/566/566型汽轮机，额定功率670MW，最大功率达731.8MW。本汽轮机为超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、八级回热抽汽、双背压、凝汽式汽轮机。高中压采用高中压合缸、双层缸结构。机组采用高、中压缸同时控制启动的方式。采用双回路系统：即高压缸—高压排汽通风阀—凝汽器回路以及中低压缸—凝汽器回路。这种系统将高压排汽与旁路隔离开，保证高排维持较低的压力，避免高压排汽端的过热。在高压排汽加装通风阀，出口接至凝汽器，在启动过程中，高排通风阀处于开启状态，高排逆止门关闭，保证高压缸排汽处于低压状态。为避免汽轮机在高负荷跳闸或失去负荷后高压缸叶片立即过热，应迅速打开通风阀，避免高排温度快速升高。汽轮机挂闸后，高压调门GV和中压主汽门RSV全开，汽轮机转速在TV→GV切换前通过主汽门TV内的预启阀及中压调门IV联合控制[1]，如图1所示。

图1 机组启动控制流程示意图

2 现状分析

汽轮机中速暖机目的有两个,一是防止材料的脆性破坏和避免过大的热应力，控制汽机差胀。从冲转到额定转速，主要是提高高中压转子温度，防止低温脆性破坏。在提高转子温度的过程中，若暖机转速控制太低，蒸汽放热系数小，温度上升慢，延长了暖机时间。二是若转速控制太高，则会因离心力大而产生脆性破坏的危险。同时由于转子比汽缸的质面比小，且受热条件好，汽缸会产生较大的温差和应力[2]。

#3机组汽轮机中速暖机完成的条件为中速暖机时间达150min且主汽温达420℃，再热汽温达355℃且汽缸膨胀均匀无卡涩，高中压缸缸胀大于5.0mm，胀差正常。通过查阅二期#3机组启动过程中中速暖机过程的历史曲线发现，#3机组自2020年6月23日以后两次启机过程中，高中压缸缸胀速度缓慢，高中压缸缸胀不满足大于5.0mm，造成中速暖机停留时间较长，影响启机进度及启机能耗，也在一定程度上影响高压缸使用寿命(见表1)。

表1 近两次中速暖机所需时间及高压缸胀前后变化情况

3 原因分析

高压缸调节级出口金属温度的变化可以反映高压缸在暖机过程中是否有进汽加热。经sis历史曲线查得#3机组三次冲转至并网各节点调节级出口金属温度参数，由图2可知，2020年6月23日中速暖机过程中调节级温升达154.2℃，高压缸进汽正常暖机效果好。而2021年9月21日和10月3日两次中速暖机过程中调节级温升≤20℃高压缸几乎不进汽加热，二期机组采用高中压缸联合冲转方式，但通过温升可以看出，2900rpm前高压缸基本未进汽(主汽门预启阀几乎不参与转速控制)，汽轮机转速是通过中压缸控制，直到TV→GV切换后，预启阀开大，调节级温度才飞快上涨。

图2 #3机组三次冲转过程中冲转节点调节级出口金属温度对比

高中压缸联合启动的机组中速暖机过程，高压缸进汽量大小取决于TV内预启阀开度，因此，对影响#3机组高压缸进汽量大小的几个影响因素进行分析。

从表2可以看出，2020年6月23日#3机组中速暖机过程中TV阀位(8.11%)和IV阀位(10.48%)开度大，有利于高压缸有进汽。2021年9月21日和10月3日两次暖机过程主汽门TV、IV开度均小于5%，TV内的预启阀存在阀位小开度调节不线性的死区(当主汽门TV阀位小于5%时，主汽门内的预启阀开度小或实际未开启)，使高压缸几乎没有进汽量，暖机效果差。因此，建议机组检修期间对主汽门预启阀进行解体检查，消除小开度的调节死区。

表2 #3机组几次中速暖机过程参数对比

汽轮机挂闸及暖机过程，主汽门TV及中压调门IV开度与再热器气压力及真空高低成反比。适当降低再热器压力及真空，汽轮机调速系统逻辑会通过开大调速器门TV/IV阀位，增加高中压缸进汽量来维持转速恒定，而高压缸进汽量的增加有利于高压缸暖机更充分。

4 优化措施建议

在超临界机组高中压缸联合启动过程中，若遇到高压缸暖机不充分或暖机时间长且因各种原因无法对主汽门预启阀进行解体检查。消除小开度的调节死区时，可在保证TSI重要参数在正常范围的情况下，控制高低旁开度，适当降低再热蒸气压力、降低真空，让主汽门TV阀位控制在6%～10%，避开主汽门TV小开度不进汽的死区，具体控制参数见表3。同时需要注意：

表3 调整参数参考值

①防止冲转参数过低使主汽门内的预启阀全开，TV阀位偏差大，DEH操作员切手动而转速不受控制。尤其注意防止暖机结束后升速至2900rpm过程中TV/IV因再热器压力降低而全开。

②加强高排通风阀排汽温度监视，必要时喷水降温，防止真空过低使高排通风阀温度超限。

③适当提高主再热蒸汽的温度，保证主汽门前大于56℃过热度，防止汽轮机进水。全面检查汽机及其各辅助系统运行情况，出现异常立即处理。

5 实施验证

2022年2月18日，#3机组挂闸冲转升速至2000rpm的过程中，将再热器压力由0.39MPa降至0.23MPa，真空由-95kPa降至-93.7kPa，TV开度由0%开至9%，IV由0%开至11.7%。在TV开度小于5%前调节级出口金属温度没有上涨，而TV开度大于5%后调节级出口金属温度开始上涨。高压缸调节级金属温度、高压缸缸胀及高压缸上下壁温差等均匀上涨。高压缸暖机效果良好，达到预期效果。

2022年2月18日,#3机组中速暖机时间为156分钟，高压缸缸胀达暖机完成条件值5mm，与同冷态工况的2021年9月21日暖机完成时间240分钟相比，节约90分钟左右(见表4)，不仅保证了高压缸在中速暖机均匀膨胀的目的，同时也降低了启机阶段的能耗，提高了机组的经济性。

表4 两次暖机参数对比

6 产生的效益

6.1 安全效益

避免了高压缸后续升速3000rpm阀切换时，因暖机不充分或蒸汽与高压缸金属壁温差大造成高压缸缸体热应力冲击，延长了汽轮机高压缸使用寿命。

6.2 经济效益

①提前1.5小时完成机组开机，按照80%负荷率计算，300MW和670MW机组分别可增发电量36万kWh和80.4万kWh，按照每台机组开机1次/年，全年产生效益约8万元。

②开机各阶段期间同步产生效益或节约成本共计3万元。

综合以上两部分，在零投入的情况下，全年共可产生经济效益11万元。