國內(nèi)首臺660 MW二次再熱機組啟動與調(diào)試

唐清舟，鐘明才，潘家成，王建偉，侯明軍，謝濤，方邦義（.東方汽輪機有限公司，四川德陽，68000；.華能安源發(fā)電有限公司，江西萍鄉(xiāng)，337000）

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國內(nèi)首臺660 MW二次再熱機組啟動與調(diào)試

唐清舟1，鐘明才2，潘家成1，王建偉1，侯明軍1，謝濤1，方邦義1
（1.東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000；2.華能安源發(fā)電有限公司，江西萍鄉(xiāng)，337000）

摘要：二次再熱是火電機組提高效率的有效手段，國內(nèi)首臺二次再熱機組的成功投運，為今后火電項目的建設(shè)，提供了新的選項。文章介紹了東方二次再熱汽輪機啟動系統(tǒng)的配置、啟動參數(shù)的選擇以及機組的啟動和調(diào)試中需注意的事項和存在的問題，為今后同類機組的投運和設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：首臺，二次再熱，旁路，啟動

1 概述

隨著全球經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，燃煤價格持續(xù)上升且環(huán)境保護要求越來越嚴(yán)格，低碳經(jīng)濟受到廣泛關(guān)注。目前，在我國整個電網(wǎng)中，燃煤火電機組發(fā)電量占68%左右。這樣，消減CO2排放量，提高設(shè)備效率成為大家共同關(guān)注的課題，大容量、高參數(shù)、二次再熱超超臨界汽輪機已成為降低火電機組發(fā)電煤耗，改進環(huán)境狀況的有效途徑。

在這樣的背景下，東方汽輪機有限公司研發(fā)出我國首臺660 MW二次再熱汽輪機，并于2015年6月份在江西華能安源電廠成功投入商業(yè)運行。

2 機組概況

2.1 機組主要技術(shù)規(guī)范

參數(shù)：主蒸汽壓力31 MPa、主蒸汽溫度600℃、一次再熱和二次再熱溫度620℃

機組型式：超超臨界、兩次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機

額定功率：660MW

最大出力：707MW

汽輪機額定轉(zhuǎn)速：3000r/min

排汽壓力：4.9kPa

2.2 機組結(jié)構(gòu)特點

機組采用四缸四排汽結(jié)構(gòu)，有一個超高壓缸、一個高壓和中壓合缸的汽缸、兩個低壓缸組成。超高壓主汽閥和調(diào)節(jié)閥懸吊在機頭前面，布置在運行層和中間層之間，高壓和中壓主汽閥、調(diào)節(jié)閥采用支架支撐在汽缸兩側(cè)的運行平臺上。圖1為汽輪機外觀模型。

圖1　汽輪機外觀

3 啟動與調(diào)試

3.1 旁路的選擇

東方660 MW二次再熱機組可以滿足不同啟動方式，即可以選擇超高壓缸啟動、高壓缸啟動、超高壓-高壓聯(lián)合啟動等不同啟動方式，與此對應(yīng)的旁路系統(tǒng)，鍋爐參數(shù)均需匹配。電廠二次再熱機組采用的是超高-高-中壓缸聯(lián)合啟動運行模式，旁路系統(tǒng)如圖2所示。旁路采用40%容量的高、中、低三級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，實現(xiàn)超高壓-高壓-中壓三缸聯(lián)合啟動、高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥參與機組調(diào)節(jié)，改善機組啟動特性以及維持沖轉(zhuǎn)過程中蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定。

三缸聯(lián)合啟動時，為避免超高壓缸、高壓缸排汽溫度超限和高背壓、小流量引起葉片鼓風(fēng)發(fā)熱，中壓、低壓旁路整定壓力分別為2.5 MPa和0.8 MPa。

圖2　三級串聯(lián)旁路系統(tǒng)圖

3.2 主蒸汽溫度的確定

啟動時蒸汽參數(shù)的選擇非常重要，蒸汽壓力主要由鍋爐確定，同時考慮與汽輪機的匹配，蒸汽溫度主要由汽輪機確定，同時考慮鍋爐的特性。

在汽輪機升速和升負(fù)荷過程中最重要的一點就是緩慢加熱汽輪機的熱敏感性零件使熱應(yīng)力盡量低。因此，在啟動、升負(fù)荷、降負(fù)荷的過程中，高、中壓進汽室或超高壓第2級處缸體的溫度變化率是一個基本的考慮因素。

圖3　沖轉(zhuǎn)蒸汽溫度確定圖

圖3中Ti是沖轉(zhuǎn)前超高壓第二級內(nèi)壁金屬溫度，Td是到預(yù)定負(fù)荷時超高壓第二級內(nèi)壁金屬溫度。

啟動過程的關(guān)鍵是控制轉(zhuǎn)子的壽命消耗。從圖3中可以看出，通過選定轉(zhuǎn)子壽命消耗值和缸體溫度變化量，可以確定缸體的溫度變化率，通過溫度變化率確定不同時間超高壓第二級內(nèi)壁金屬溫度，進而可以確定主蒸汽溫度。同樣的道理可以確定高壓和中壓進汽溫度。由此可以確定啟動曲線，如圖4所示。

圖4　冷態(tài)啟動曲線

另外，為了提高機組的使用壽命和縮短啟動時間，機組設(shè)置了預(yù)暖系統(tǒng)。為了控制機組的脹差，保證機組安全運行，機組在超高壓缸和高壓缸還設(shè)置了夾層加熱系統(tǒng)。為了防止在小流量下超高壓缸和高壓缸鼓風(fēng)，機組還設(shè)置了超高壓缸和高壓缸通風(fēng)系統(tǒng)。

3.3 沖轉(zhuǎn)與并網(wǎng)

汽輪機啟動狀態(tài)是以汽輪機啟動前的超高壓內(nèi)缸第2級汽缸內(nèi)壁金屬溫度來確定，具體如下:

冷態(tài)啟動:≤274℃；溫態(tài)啟動:274～432℃

熱態(tài)啟動:432～520℃；極熱態(tài)啟動:≥520℃

在機組調(diào)試過程中，冷態(tài)啟動過程最復(fù)雜，控制的輔助系統(tǒng)最多，出現(xiàn)的問題也最多，所以本文主要介紹冷態(tài)啟動。

冷態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)前還需進行啟動前的各項檢查，掛閘前還要進行超高壓缸和高壓缸預(yù)暖，掛閘后進行超高壓調(diào)節(jié)閥殼和高壓調(diào)節(jié)閥殼預(yù)暖。

首次沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)：

主蒸汽溫度:419℃；主蒸汽壓力:9.4 MPa

一次再熱溫度:410℃；一次再熱壓力:2.0 MPa

二次再熱溫度:400℃；二次再熱壓力:0.6 MPa

在完成所有檢查和汽缸、閥殼預(yù)暖后，正式開始沖轉(zhuǎn)。首先在500 r/min進行摩擦檢查，在確認(rèn)無摩擦發(fā)生后，繼續(xù)升速。期間進行低速、中速暖機，暖機結(jié)束后繼續(xù)升負(fù)荷，目標(biāo)轉(zhuǎn)速3 000 r/min。2015年5月29日17時35分，國內(nèi)首臺二次再熱汽輪機定速3 000 r/min，指標(biāo)一切正常，見圖5。

圖5　機組并網(wǎng)振動指標(biāo)和軸承溫度

2015年6月1日9時12分，機組完成一系列電氣試驗，首次并網(wǎng)成功。隨后機組一直在80～190 MW負(fù)荷運行，準(zhǔn)備做超速試驗。

超速試驗后機組重新并網(wǎng)，按啟動曲線繼續(xù)升負(fù)荷，并一直在400～630 MW之間運行（見圖6）。

圖6　升負(fù)荷曲線

需要特別注意的是：

（1）并網(wǎng)后，因為蒸汽流量和鍋爐燃燒率在增加，所以蒸汽溫度呈急速上升的趨勢，此時應(yīng)避免或盡可能減小汽輪機金屬溫度的快速上升。

（2）調(diào)節(jié)蒸汽溫度和負(fù)荷以減小金屬溫度差（與蒸汽溫度的差），如果金屬溫度高（比蒸汽溫度高），此時，加負(fù)荷和（或）提升蒸汽溫度。如果金屬溫度低（比蒸汽溫度低），此時可維持現(xiàn)在的蒸汽溫度并且慢慢增加負(fù)荷。

（3）維持初始負(fù)荷直至低壓缸排汽口冷卻到低于52℃時止。

在進行完鍋爐相關(guān)試驗和消缺以后，機組于2015年6月6日13時11分成功帶到660 MW滿負(fù)荷，見圖7。這標(biāo)志著我國自行設(shè)計、制造并擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)首臺二次再熱機組成功投運。

圖7　機組大負(fù)荷時振動指標(biāo)和軸承溫度

4 機組調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題

4.1 機組啟動時低速碾瓦

首次沖轉(zhuǎn)啟動，汽輪機轉(zhuǎn)速升到206 r/min關(guān)閉閥門進行磨檢，降轉(zhuǎn)速過程中發(fā)現(xiàn)2#瓦、3#軸承溫度在100 s內(nèi)由49℃迅速攀升至最高139℃、150℃。

停機后翻瓦檢查，發(fā)現(xiàn)軸承下瓦和上瓦均存在較嚴(yán)重的絲狀磨損。分析原因認(rèn)為，在低速下，可傾瓦的最小油膜較薄，當(dāng)顆粒物大于最小油膜時被堵在瓦面上與轉(zhuǎn)子硬接觸，使局部溫度突升，油膜會變得更薄，形成搟氈，瞬間由點到面最后碾瓦。通過增加頂軸裝置沒有再次發(fā)生碾瓦現(xiàn)象。

4.2 沖轉(zhuǎn)升速過程中出現(xiàn)振動過大

在機組完成主汽閥嚴(yán)密性試驗從440 r/min開始升速準(zhǔn)備進行調(diào)節(jié)閥嚴(yán)密性試驗的過程中，多次出現(xiàn)振動大而打閘停機。

運行數(shù)據(jù)顯示，主汽閥嚴(yán)密性試驗，轉(zhuǎn)子降速至440 r/min后，各調(diào)門打開沖轉(zhuǎn)，此時超高壓內(nèi)缸2級后溫度355℃，應(yīng)為溫態(tài)啟動，按要求升速率應(yīng)為150 r/min/min，而此時升速率為400 r/min/min，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)至1 300 r/min時，1、2號瓦振已急速攀升至267 μm、361 μm，機組跳機。這是因為在沖轉(zhuǎn)過程中汽輪機進汽量很小，本身就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子局部受熱的情況，如果升速率過大，將會使轉(zhuǎn)子不均勻受熱更加嚴(yán)重，從而引起振動過大。

4.3 B低壓缸7#、8#軸瓦振動大

在機組穩(wěn)定運行后，電廠1#機組出現(xiàn)B低壓缸7#、8#軸承的瓦振偏大現(xiàn)象，最大時到了100 μm，而A低壓缸的5#、6#軸承的瓦振均在15 μm以下，機組低壓軸振均小于50 μm。隨后投運的2#機組A、B低壓缸軸承瓦振均小于15 μm。為什么會出現(xiàn)這種情況呢？經(jīng)現(xiàn)場查找分析，發(fā)現(xiàn)1#機組B低壓缸與凝汽器連接處的膨脹節(jié)和基礎(chǔ)完全接觸，沒有一點膨脹間隙，這就使得低壓缸受熱膨脹受阻，同時，當(dāng)汽機和電機轉(zhuǎn)子聯(lián)接以后，可能也會引起動不平衡。

電廠對安裝引起的干涉部位進行了處理，對軸系再次進行了動平衡后，運行良好，該缸7#、8#軸振均小于20 μm，瓦振小于10 μm。

4.4 外置式蒸汽冷卻器失效

本機組在第2、4段抽汽處設(shè)置有蒸汽冷卻器，通過與主給水管道并聯(lián)的一股給水對過熱蒸汽進行冷卻。在設(shè)備調(diào)試初期，曾出現(xiàn)過外置式蒸冷器水側(cè)無溫升的現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場分析認(rèn)為，由于蒸冷器給水量是通過管道上的節(jié)流孔板進行調(diào)節(jié)的，在低負(fù)荷情況下，由于給水量較小，或者抽汽量未進行相應(yīng)調(diào)節(jié)控制，容易出現(xiàn)蒸冷器給水被過熱抽汽加熱氣化的現(xiàn)象，導(dǎo)致蒸冷器內(nèi)壓力升高造成失效。經(jīng)過重新核算并更換節(jié)流孔板后，該問題得到了順利解決。

5 結(jié)束語

此項目二次再熱機組的成功投運，標(biāo)志著我國發(fā)電設(shè)備的設(shè)計、制造能力又上了新的臺階，已完全達到國際先進水平，為我國今后的火電機組的節(jié)能、降耗又指明了一條新路。

參考文獻

[1]河南省火電安裝公司,編.火電工程調(diào)試技術(shù)手冊汽輪機篇[M].北京:中國電力出版社:2002.

[2]遼寧電力工業(yè)局,編.汽輪機運行[M].北京:中國電力出版社,1996.

Start-up and Commissioning of Domestic First 660 MW Double-reheat Steam Turbine

Tang Qingzhou1，Zhong Mingcai2，Pan Jiacheng1，Wang Jianwei1，Hou Mingjun1，Xie Tao1，F(xiàn)ang Bangyi1
(1.Dongfang Turbine Co.,Ltd.，Deyang Sichuan，618000；2.Huaneng Anyuan Power Generation Co.,Ltd.，Pingxiang Jiangxi，337000)

Abstract:Double-reheat is an effective mean to increase efficiency of steam turbine.New choice has been provided for the future con?struction of thermal power projects as the domestic first double-reheat steam turbine which operates successfully.This article introduc?es the configuration of start-up system,the choice of start-up parameter and existing problems during start-up and commissioning,it provides a reference for the design and operation of the same type steam turbine.

Key words:the first set,double-reheat,by-pass system,start-up

作者簡介：唐清舟（1967-），男，高級工程師，工程碩士，畢業(yè)于上海機械學(xué)院，現(xiàn)從事汽輪機設(shè)計工作。

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.01.014

中圖分類號：TK 263

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9987（2016）01-0073-04