300MW供熱機(jī)組汽輪機(jī)汽缸預(yù)暖技術(shù)的應(yīng)用

張超

【摘 要】汽輪機(jī)組冷態(tài)啟動時由于缸溫較低，低于金屬脆性轉(zhuǎn)變溫度，在機(jī)組啟動時往往需要長時間的暖機(jī)來保證汽輪機(jī)的安全啟動。在采用汽輪機(jī)汽缸預(yù)暖技術(shù)后，將汽缸及轉(zhuǎn)子溫度加熱至150℃以上，沖轉(zhuǎn)時可取消汽輪機(jī)的低速暖機(jī)，縮短高速暖機(jī)時間。本文介紹了汽輪機(jī)汽缸預(yù)暖技術(shù)在大唐安陽發(fā)電廠300MW供熱機(jī)組上的應(yīng)用。通過機(jī)組實際啟動過程表明：采用汽缸預(yù)暖技術(shù)后，在保證設(shè)備安全的前提下，加快了機(jī)組冷態(tài)啟動速度，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；汽缸預(yù)暖；快速啟動；節(jié)能降耗

0.引言

隨著我國電力市場化的不斷深入，電網(wǎng)對發(fā)電企業(yè)的汽輪發(fā)電機(jī)組的快速啟動提出了更高的要求。同時，各發(fā)電企業(yè)為了降低發(fā)電成本，自身也有節(jié)能降耗的要求。

我廠#1機(jī)組采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C300/235-16.7/0.343/537/537型（合缸）亞臨界中間再熱兩排汽采暖抽汽凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)設(shè)置了盤車狀態(tài)下汽缸預(yù)暖功能。在我廠以往的機(jī)組冷態(tài)啟動中，并未有效利用該預(yù)暖系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)組啟動過程會耗用大量的燃油及部分廠用電。為了加快機(jī)組冷態(tài)啟動速度，降低能耗，結(jié)合汽輪機(jī)汽缸預(yù)暖系統(tǒng)的設(shè)置，并根據(jù)汽輪機(jī)汽缸預(yù)暖的原理及參數(shù)要求，通過合理有效的利用汽缸預(yù)暖裝置，大大縮短了機(jī)組啟動時間、降低了油耗，為我廠帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.汽缸預(yù)暖系統(tǒng)設(shè)置

1.1汽缸預(yù)暖的要求

在機(jī)組冷態(tài)啟動過程中，當(dāng)汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁金屬壁溫溫度低于150℃時需要進(jìn)行預(yù)暖，其過程為：機(jī)組啟動并網(wǎng)前24小時投入環(huán)水及開式水，啟動真空泵在凝汽器建立真空，投入主機(jī)軸封，投入汽缸預(yù)暖，對高壓和中壓部分的轉(zhuǎn)子及汽缸進(jìn)行預(yù)熱，將汽機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔溫度逐步加熱到150℃以上，然后再進(jìn)行汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)。

1.2預(yù)暖的汽源

預(yù)暖汽源為輔汽，壓力0.4～0.8MPa，供汽溫度為210～250℃，預(yù)暖汽溫最高不超過300℃。

1.3預(yù)暖系統(tǒng)的布置

由機(jī)組輔汽母管上引出一路蒸汽管道，接至高排逆止門前，該管路中裝設(shè)了兩個電動閥門，用來控制汽缸預(yù)暖的進(jìn)汽量和速率，機(jī)組冷態(tài)啟動時在汽機(jī)盤車狀態(tài)下利用鄰機(jī)輔汽對高壓轉(zhuǎn)子及汽缸進(jìn)行預(yù)暖。輔汽暖機(jī)系統(tǒng)圖見圖1。

1.4預(yù)暖的流程

以#1機(jī)組為例，預(yù)暖的流程如下所述。

（1）打開位于汽輪機(jī)后的汽輪機(jī)側(cè)的所有閥殼、汽缸、管道的疏水門和所有抽汽管道的疏水門。

（2）關(guān)閉各抽汽管道的逆止門、高排逆止門。

（3）機(jī)組投盤車，凝結(jié)水系統(tǒng)已投運。

（4）凝汽器通循環(huán)水后，啟動真空泵建立真空。

（5）軸封系統(tǒng)疏水暖管后投入軸封系統(tǒng)，真空維持在50～55kPa。

（6）預(yù)暖母管經(jīng)充分疏水后，向汽輪機(jī)投入預(yù)暖蒸汽，氣流從高壓缸排汽口逆行進(jìn)入高中壓缸的高壓通流部分和內(nèi)外缸夾層，然后，部分汽流經(jīng)疏水口進(jìn)入疏水系統(tǒng)，另一部分汽流經(jīng)高中壓間軸封漏入中壓部分，經(jīng)連通管、低壓缸去凝汽器。

（7）當(dāng)進(jìn)行預(yù)暖時，應(yīng)根據(jù)汽缸各測點的金屬溫升及時調(diào)整預(yù)暖進(jìn)汽一次門（二次門全開）的開度及凝汽器真空，以便控制溫升率不大于50℃/h，汽缸各壁溫差應(yīng)在允許范圍內(nèi)。

（8）預(yù)暖過程中要保證各疏水管道暢通，并避免冷水冷氣進(jìn)入汽缸。

（9）應(yīng)根據(jù)中壓缸進(jìn)汽處內(nèi)壁溫度值及溫升率及時調(diào)整凝汽器真空值以使中壓缸進(jìn)汽處內(nèi)壁溫度能較快的達(dá)到50℃。

（10）高旁開啟后，經(jīng)過高排逆止門漏入高壓缸內(nèi)的蒸汽與預(yù)熱蒸汽的溫度差應(yīng)保持在±50℃之內(nèi)。

（11）當(dāng)高壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁金屬溫度達(dá)到150℃以上并保持2～3小時，中壓缸進(jìn)汽處上半內(nèi)壁金屬溫度已經(jīng)超過50℃并保持1小時，且高中壓缸總膨脹大于7mm時，預(yù)暖即可結(jié)束，關(guān)閉預(yù)暖進(jìn)汽一次門、二次門；全開汽缸所有的疏水門。使機(jī)組達(dá)到正常啟動的狀態(tài)。

（12）如果沖轉(zhuǎn)時的主汽溫度比高壓主汽閥殼體中壁的金屬溫度高出60℃以上時，就有必要對閥體進(jìn)行預(yù)暖。

1.5預(yù)暖投運的注意事項

（1）預(yù)暖進(jìn)汽門開啟要緩慢，汽缸進(jìn)汽后要注意監(jiān)視汽缸溫升率及汽缸各處溫差符合要求，尤其是高壓內(nèi)外缸溫差，當(dāng)該處溫差超過50℃時應(yīng)退出預(yù)暖，溫差小于35℃再投入。

（2）汽缸進(jìn)汽后要注意盤車運行情況，防止盤車脫扣，注意監(jiān)視晃動、膨脹、脹差，加強對盤車聽音檢查。

（3）當(dāng)轉(zhuǎn)子被預(yù)暖蒸汽沖轉(zhuǎn)后，應(yīng)降低預(yù)暖汽壓（通過調(diào)整高、低旁路開度或關(guān)小預(yù)暖閥），待轉(zhuǎn)子靜止后，重新投入盤車。

（4）注意低壓缸噴水的自動投入情況，否則手動投入連續(xù)噴水。

（5）預(yù)暖過程中要保證各疏水管道暢通，避免冷水冷氣進(jìn)入汽缸。

（6）應(yīng)根據(jù)中壓缸進(jìn)汽處內(nèi)壁溫度值及溫升率及時調(diào)整凝汽器真空值以使中壓缸進(jìn)汽處內(nèi)壁溫度能較快的達(dá)到50℃。

（7）高旁開啟后，經(jīng)過高排逆止門漏入高壓缸內(nèi)的蒸汽與預(yù)熱蒸汽溫度差應(yīng)保持在±50℃之內(nèi)。

（8）當(dāng)預(yù)暖時間充足是，盡可能將汽缸溫度提高到230℃以上。

（9）預(yù)暖時如有異常要及時處理，危及設(shè)備安全時要立即停止預(yù)暖。

（10）預(yù)暖過程中要重點控制高中壓缸脹差≯4.5mm，高中壓脹差>4.5mm時應(yīng)退出預(yù)暖，當(dāng)高中壓脹差<3mm時繼續(xù)投入預(yù)暖。

（11）預(yù)暖過程應(yīng)控制預(yù)暖進(jìn)汽壓力≯0.3MPa、真空≯60KPa，防止盤車脫扣。

2.采用預(yù)暖后機(jī)組的冷態(tài)啟動

2012年6月20日，#1機(jī)組進(jìn)行了檢修后的冷態(tài)啟動。從#1機(jī)組預(yù)暖投入的趨勢記錄來看，預(yù)暖前汽機(jī)高壓缸第一級上/下壁金屬壁溫為33/32℃，至預(yù)暖結(jié)束汽機(jī)高壓缸第一級金屬溫度達(dá)173/170℃ ，預(yù)暖期間汽機(jī)第一級金屬溫度的平均溫升率為 9℃/h，遠(yuǎn)低于50℃/h的溫升速率要求。汽輪機(jī)啟動過程中高壓第一級金屬溫度能夠與沖轉(zhuǎn)時主蒸汽參數(shù)相匹配，沖轉(zhuǎn)時汽機(jī)高壓缸第一級金屬溫度為 170/169℃，沖轉(zhuǎn)時主蒸汽參數(shù)為5.8MPa/355℃。在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中高壓缸金屬壁溫也沒有發(fā)生大幅下降的現(xiàn)象，這表明采用輔汽對高壓缸進(jìn)行返流預(yù)暖，汽輪機(jī)金屬部件基本不會受交變應(yīng)力的沖擊，采用輔汽返流預(yù)暖對設(shè)備是安全和可靠的。另外，汽機(jī)上下缸溫差，轉(zhuǎn)子偏心，汽機(jī)差脹，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動，都符合設(shè)備規(guī)范的相關(guān)要求。

采用輔汽暖機(jī)技術(shù)后，根據(jù)預(yù)計的暖機(jī)結(jié)束時間，鍋爐可以提前進(jìn)行點火、升壓、升溫的操作，從而可以縮短整個機(jī)組的啟動時間，該次冷態(tài)啟動就比以往正常的冷態(tài)啟動縮短了2～3h。

3.汽缸預(yù)暖技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評估

采用輔汽暖機(jī)技術(shù)后，在縮短整組啟動時間的同時，也達(dá)到了節(jié)能降耗的效應(yīng)。

3.1燃油量估算

采用汽缸預(yù)暖技術(shù)之前#1機(jī)組冷態(tài)啟動時，當(dāng)鍋爐蒸汽參數(shù)滿足機(jī)組沖轉(zhuǎn)條件時對汽機(jī)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)和暖機(jī)。在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)暖機(jī)過程中，鍋爐維持一定的壓力、溫度通常要保持4支油槍運行，按目前鍋爐每支油槍用油量約 1.2t/h，估算 4支油槍耗用燃油量約 4.8t/h。2011年10月23日#2機(jī)組冷態(tài)啟動時，從鍋爐點火到150MW負(fù)荷退出全部油槍，累計用時24h，共用燃油量約為 55噸。2012年6月20日#1機(jī)組采用汽缸預(yù)暖技術(shù)冷態(tài)啟動，從鍋爐點火到150MW負(fù)荷退出全部油槍累計用時8h，共用燃油量約為9噸。由此估算：采用輔汽暖機(jī)技術(shù)后，機(jī)組冷態(tài)啟動時可節(jié)約燃油約46噸，經(jīng)濟(jì)效益顯而易見。

3.2輔機(jī)廠用電耗估算

以#1爐為例，送、引風(fēng)機(jī)電動機(jī)容量分別為：引風(fēng)機(jī)為2900kW（額定電流326A），送風(fēng)機(jī)為710kW（額定電流79A）。機(jī)組啟動期間送風(fēng)機(jī)電流約為20A，引風(fēng)機(jī)電流約80A。則A/B送、吸風(fēng)機(jī)電耗為892 kWh。依舊按2012年6月20日#1機(jī)組冷態(tài)啟動過程計算， 縮短啟動時間3h，則節(jié)約送、吸風(fēng)機(jī)總電耗量約為2676kWh?？梢姡捎幂o汽預(yù)暖技術(shù)后，節(jié)電效應(yīng)比較明顯，有利于降低廠用電率。

4.結(jié)束語

通過我廠#1、2機(jī)組多次采用汽缸預(yù)暖進(jìn)行冷態(tài)啟動的實踐經(jīng)驗證明，可以大大縮短機(jī)組啟動時間，節(jié)約啟動燃油及廠用電。按每臺機(jī)每啟停一次計算，可節(jié)約燃油92噸，廠用電5352kWh。目前該技術(shù)也推廣至我廠#9、10機(jī)組，#9、10機(jī)組原先并沒有設(shè)計汽缸預(yù)暖系統(tǒng)，在利用機(jī)組檢修機(jī)會加裝改造了輔汽至汽缸預(yù)暖系統(tǒng)，經(jīng)過實踐檢驗也獲得了成功。

【參考文獻(xiàn)】

[1]大唐安陽發(fā)電廠熱電.集控運行主機(jī)規(guī)程.

[2]大唐安陽發(fā)電廠熱電.集控運行汽機(jī)機(jī)系統(tǒng)圖.