200MW汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)脹差增大原因分析及控制

鄒恩生

【摘 要】本文根據(jù)我廠汽輪機(jī)機(jī)構(gòu)特征，詳細(xì)論述了汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，對(duì)我廠機(jī)組經(jīng)常發(fā)生脹差正值增大，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，進(jìn)行了深入細(xì)致的研究分析，指出啟動(dòng)過(guò)程中，脹差正值增大的原因，并提出脹壓增大應(yīng)采取的具體對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；汽缸；脹差；溫度

0.引言

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)膨脹，稱(chēng)為脹壓。通常規(guī)定轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹時(shí)的脹差值為正脹差，汽缸膨脹大于轉(zhuǎn)子膨脹的脹差值為負(fù)脹差。根據(jù)汽缸分類(lèi)又可分為高壓脹差、中壓脹差、低壓脹差，脹差數(shù)值是很重要的運(yùn)行參數(shù)，若脹差超限造成機(jī)組動(dòng)態(tài)部分摩擦，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為保證機(jī)組在最佳工況下運(yùn)行，脹差正值增大是我們應(yīng)解決的問(wèn)題。

1.轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)膨脹的關(guān)系及分析

（1）機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，汽輪機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程屬于不穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程。在汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)之前，汽缸壁溫與保溫層的溫度都接近于室溫。當(dāng)蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，汽缸和轉(zhuǎn)子的受熱基本是單向進(jìn)行的。蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，汽缸和轉(zhuǎn)子的受熱基本是單向進(jìn)行的。蒸汽與汽缸內(nèi)壁及轉(zhuǎn)子外表面接觸，將熱量首先傳給這些部件。汽缸的外壁與轉(zhuǎn)子中心的熱量是通過(guò)熱傳導(dǎo)而獲得的，由于轉(zhuǎn)子與汽缸的熱交換條件不同，使得它們?cè)谂蛎浕蚴湛s時(shí)出現(xiàn)差別。為了更好的分析轉(zhuǎn)子與汽缸的膨脹或收縮時(shí)出現(xiàn)差別。為了更好的分析轉(zhuǎn)子與汽缸的膨脹情況如下圖所示：

1—高壓缸 2—推力軸承 3—中壓缸 4—低壓缸

5—高壓脹差 6—中壓脹差 7—低壓脹差

汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹示意圖

綜合分析可知，脹差的大小，表明了汽輪機(jī)軸向動(dòng)靜間隙的變化情況，如果轉(zhuǎn)子與汽缸的膨脹相等，脹差指示為零，表明軸向間隙正常。當(dāng)轉(zhuǎn)子的膨脹大于汽缸時(shí)，脹差為正值。表明軸向間隙正常。當(dāng)汽缸膨脹大于轉(zhuǎn)子膨脹（或轉(zhuǎn)子的收縮快于汽缸）時(shí)，脹差為負(fù)值。

汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)條件：

（1）主蒸汽壓力在1.4-1.6Mpa，汽溫在250-260℃再熱溫度不低于130℃，主再過(guò)熱度不低于50℃，機(jī)、爐兩側(cè)主蒸汽溫差不大于40℃。

（2）凝汽器真空在60-65Kpa。

（3）大軸晃動(dòng)不大于原始值的0.02mm。

（4）盤(pán)車(chē)連續(xù)運(yùn)行2-4h。

2.脹差增大的原因分析

根據(jù)大慶油田熱電廠DQ/CNPC-DQ0877-2003《200MW汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行規(guī)程》造成冷態(tài)啟動(dòng)脹差正值增大的主要原因有：

（1）軸封供汽。

（2）汽輪機(jī)沖動(dòng)到定速。

（3）汽輪機(jī)組并列帶負(fù)荷。

（4）汽缸夾層、法蘭加熱裝置。

（5）汽輪機(jī)滑銷(xiāo)系統(tǒng)。

（6）凝汽器真空變化影響。

2.1軸封原因

機(jī)組處于冷態(tài)工況時(shí)，軸封供汽溫度影響差脹差。因?yàn)閺妮S封供汽到?jīng)_轉(zhuǎn)前，脹差向正值方向變化，軸封供汽后，轉(zhuǎn)子軸封段首先被加熱，使轉(zhuǎn)子伸長(zhǎng)，所以，軸封供汽后轉(zhuǎn)子伸長(zhǎng)值是由供汽溫度決定，但是，軸封供汽的時(shí)間長(zhǎng)，軸封段主軸被加熱的越充分，脹差正值增加的就較多。從汽封供汽到?jīng)_轉(zhuǎn)前，高壓脹差約增加0.4-0.5mm，中壓脹差約增加0.5-0.6mm，低壓脹差約增加0.8-1.0mm。

2.2汽輪機(jī)沖動(dòng)到定速

在沖轉(zhuǎn)到定速期間，高壓脹差基本上增大的，約增加0.8-1.2mm，在低速暖機(jī)時(shí)，中、低壓脹差均是增加的，這時(shí)中壓缸中壓部分轉(zhuǎn)子膨脹量不大，中壓部分汽缸基本上沒(méi)有變化；而低壓部分轉(zhuǎn)子和低壓缸轉(zhuǎn)子都有明顯伸長(zhǎng)，所以低壓脹差就比較大，自低速暖機(jī)后至中速暖機(jī)結(jié)束，中壓轉(zhuǎn)子的膨脹速度有所增加，因?yàn)闆_動(dòng)時(shí)再熱汽溫上升較快，中壓轉(zhuǎn)子的膨脹值大于汽缸故中壓脹差增加。

2.3汽輪機(jī)組并列帶負(fù)荷

冷態(tài)啟動(dòng)加負(fù)荷時(shí)，高壓脹差增加的幅度較大，中低壓脹差增加的幅度小些。高壓脹壓的變化，主要取決主蒸汽溫度的變化，并且汽缸膨脹也影響著高壓差，高壓脹太增加的快慢，又取決于主蒸汽的溫升速度。

2.4汽缸夾層、法蘭加熱裝置

夾層、法蘭螺栓加熱裝置，對(duì)改善高壓脹差有著重要作用。因?yàn)榉ㄌm內(nèi)外壁溫差的減小，有且于汽缸的膨脹。高壓外缸法蘭寬度為230mm，厚度為400mm，而汽缸壁厚度有70mm，設(shè)法提高高壓外缸金屬溫度使其盡快膨脹出來(lái)，是控制脹差的有效途徑。如果厚重的法蘭膨脹不出來(lái)，必然限制汽缸的膨脹。

2.5汽輪機(jī)滑銷(xiāo)系統(tǒng)

汽輪機(jī)啟動(dòng)中對(duì)滑銷(xiāo)系統(tǒng)是否暢通加強(qiáng)監(jiān)視，當(dāng)汽缸的滑銷(xiāo)系統(tǒng)卡澀時(shí)，將嚴(yán)重的影響汽缸的自由膨脹，使脹差發(fā)生異常的變化，并威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。我廠在三臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)時(shí)期，#1機(jī)組因滑銷(xiāo)系統(tǒng)卡澀，造成高壓脹差經(jīng)常達(dá)5.0-5.8mm之間，延長(zhǎng)啟機(jī)時(shí)間，機(jī)組帶不滿(mǎn)負(fù)荷，高壓缸膨脹指達(dá)到20-22mm。影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.6凝汽器真空的影響

當(dāng)真空降低時(shí)，欲保持機(jī)組轉(zhuǎn)速或負(fù)荷不變，必須增加進(jìn)汽量，使高壓轉(zhuǎn)子受熱加快，其高壓缸正脹差隨之增大。由于進(jìn)汽量的增大，中低壓缸摩擦鼓風(fēng)的熱量容量被蒸汽帶走，因而轉(zhuǎn)子被加熱的程度減少，正脹差減小。當(dāng)凝汽器真空升高時(shí)，過(guò)程正好相反。

3.控制措施

3.1對(duì)軸封供汽采取的措施

我廠在機(jī)組沖動(dòng)前，要對(duì)軸封供汽系統(tǒng)進(jìn)行充分的暖管，控制好廠用低壓聯(lián)箱只軸封備用汽源的壓力、溫度。軸封供氣溫度取決于三抽減溫器，低壓聯(lián)箱保持壓力在0.3-0.4 Mpa，溫度：300-330℃，縮短軸封供汽的時(shí)間，在機(jī)組沖動(dòng)前20分鐘投入運(yùn)行。

3.2動(dòng)到定速采取的措施

汽輪機(jī)沖動(dòng)時(shí)，升速率設(shè)為100r/min，在轉(zhuǎn)速達(dá)到500 r/min時(shí)及時(shí)投入汽缸，法蘭螺栓加熱裝置。中速暖機(jī)要充分，中速暖機(jī)結(jié)束后，高壓缸膨脹應(yīng)4mm以上，中壓缸應(yīng)稍有膨脹，高壓內(nèi)缸上、下壁溫度達(dá)150℃，中壓缸內(nèi)壁上、下溫度達(dá)100℃，以上。

3.3列帶負(fù)荷措施

冷態(tài)滑參數(shù)啟動(dòng)加負(fù)荷時(shí)，機(jī)爐要配合，主蒸汽溫升速度1-1.5℃，再熱蒸汽溫升速度2-2.5℃，根據(jù)缸溫膨脹情況控制脹差的增加的快慢。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后要緩慢開(kāi)大調(diào)速汽門(mén)，要注意調(diào)節(jié)級(jí)溫度的變化。嚴(yán)格執(zhí)行滑行參數(shù)啟動(dòng)曲線的要求，如脹差增大，必要時(shí)可關(guān)小調(diào)速汽門(mén)或降低主蒸汽溫度，延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間。

3.4缸法螺加熱裝置措施

加熱裝置調(diào)整及時(shí)，可以提高或降低汽缸法蘭和螺栓的溫度，加快汽缸膨脹或收縮，引起控制脹關(guān)的目的。隨著主汽壓力升高，控制汽缸夾層加熱聯(lián)箱壓力≤4.0Mpa，法螺聯(lián)箱壓力≤0.7Mpa。高壓加熱器可在機(jī)組50MW后投入，使高壓外缸充分膨脹。減小高壓脹差。

3.5汽輪機(jī)滑銷(xiāo)系統(tǒng)措施

機(jī)組在滑負(fù)荷時(shí)，應(yīng)注意汽缸膨脹表的指示，如有突跳現(xiàn)象，根據(jù)脹差判斷汽缸滑銷(xiāo)系統(tǒng)是否卡澀。運(yùn)行中應(yīng)經(jīng)常往滑動(dòng)面之間注油，保證滑動(dòng)面潤(rùn)滑及自由移動(dòng)。如滑銷(xiāo)卡澀，脹差大，必須進(jìn)行檢修。

4.結(jié)論

綜上所述，脹差正值增大與汽缸和轉(zhuǎn)子的膨脹有著直接原因，只要采取有效措施，解決好轉(zhuǎn)子與汽缸的膨脹關(guān)系，就可以保證汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]山西省電力工業(yè)局編.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行.

[2]華東電力局編.汽輪機(jī)運(yùn)行.

[3]華東電力公司編.發(fā)電廠集控運(yùn)行.

[4]大慶石油管理局企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).200MW機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行規(guī)程.