某電廠330 MW汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)用時(shí)過(guò)長(zhǎng)原因分析及處理

孫海元

(華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204)

0 引言

當(dāng)汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸上壁金屬溫度低于150 ℃時(shí)，為縮短汽輪機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，避免高溫蒸汽進(jìn)入缸體使金屬受熱不均引起動(dòng)靜摩擦、表面溫差過(guò)大而出現(xiàn)金屬裂紋，需要進(jìn)行充分暖缸。其作用一是動(dòng)靜部分膨脹均勻、縮短啟動(dòng)時(shí)間，二是減小機(jī)組壽命損耗[1]。在暖缸過(guò)程中，如果蒸汽參數(shù)不合格或暖機(jī)不充分，會(huì)引起汽缸內(nèi)動(dòng)、靜部分膨脹不均，在啟動(dòng)過(guò)程中引起動(dòng)靜摩擦，軸承振動(dòng)增大，使啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，安全性、經(jīng)濟(jì)性降低。

1 設(shè)備概述

某電廠#2機(jī)組330 MW汽輪機(jī)為南京某公司生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式供熱汽輪機(jī)，高、中壓缸前軸承箱向前膨脹，低壓缸向前后兩個(gè)方向膨脹。配有1套XDPS400旁路系統(tǒng)，為高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，其容量為35%額定蒸發(fā)量，低壓旁路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)低旁)噴水減溫閥采用氣動(dòng)控制方式。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，用旁路配合鍋爐提高蒸汽參數(shù)，縮短啟動(dòng)時(shí)間。2014年大修后，冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中因暖機(jī)效果差、軸系振動(dòng)一直影響機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，過(guò)去歷次冷態(tài)啟動(dòng)暖機(jī)時(shí)間為9～26 h，耗時(shí)較多，安全性、經(jīng)濟(jì)性都無(wú)法保證。

2 原因分析

(1)旁路控制方式不合理，主、再熱蒸汽管道暖管不充分。主蒸汽管道自高溫過(guò)熱器出口到高壓主蒸汽閥(以下簡(jiǎn)稱(chēng)主汽閥)前大約132 m，而疏水點(diǎn)只有2個(gè)，造成暖管緩慢。特別是再熱蒸汽熱段(以下簡(jiǎn)稱(chēng)再熱熱段)，每次啟動(dòng)都因機(jī)側(cè)蒸汽參數(shù)達(dá)不到?jīng)_轉(zhuǎn)要求而延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間。

汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，為了縮短再熱熱段暖管時(shí)間而利用開(kāi)大(實(shí)際也開(kāi)的不大，50%左右)高壓旁路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高旁)、關(guān)小低旁的方法來(lái)提高再熱蒸汽壓力，使疏水量加大而加快暖管速度。關(guān)小低旁后，低旁后溫度測(cè)點(diǎn)顯示溫升率短時(shí)升高，但流經(jīng)再熱熱段管路的蒸汽量減小，低旁出口前端溫度得不到有效提升，低旁后管路溫升率很快就會(huì)下降。自再熱器出口到中壓主汽閥前大約169 m，再熱器出口至低旁入口處管道長(zhǎng)132 m左右，低旁入口處到中壓主汽閥前37 m左右(低旁后溫度測(cè)點(diǎn)接在這段管道距中壓主汽閥前10 m左右)。如果廠房外的132 m管道未充分暖管，后端的37 m也將得不到充分暖管，進(jìn)而延長(zhǎng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。

(2)啟動(dòng)時(shí)暖缸溫差不充分，汽缸膨脹不均勻引起摩擦振動(dòng)[2]。從前幾次啟動(dòng)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)暖機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)主要受軸系振動(dòng)限制，機(jī)組發(fā)生振動(dòng)首先從#1，#2軸承開(kāi)始，然后整個(gè)軸系軸振和蓋振緊隨增大，存在典型的摩擦振動(dòng)特征，且機(jī)組動(dòng)靜摩擦發(fā)生在高、中壓缸。從參數(shù)變化情況分析原因?yàn)椋焊?、中壓缸暖機(jī)過(guò)程中溫差較大，轉(zhuǎn)子、汽缸膨脹不均勻引起機(jī)組動(dòng)靜間隙過(guò)小，從而引起摩擦振動(dòng)。

(3)高、中壓缸總膨脹遲緩，加長(zhǎng)了暖機(jī)時(shí)間。從廠家提供的汽輪機(jī)設(shè)計(jì)圖看，中壓缸體積大于高壓缸，在歷次機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)中中壓缸溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于高壓缸。自沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min高、中壓缸溫參數(shù)見(jiàn)表1。

啟動(dòng)過(guò)程中高低壓旁路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高低旁)控制不當(dāng)，使大量再熱蒸汽經(jīng)旁路進(jìn)入凝汽器，中壓缸進(jìn)汽量小于高壓缸進(jìn)汽量，減小了中壓缸進(jìn)汽量使中壓缸暖機(jī)不充分。暖機(jī)過(guò)程中中壓缸溫升過(guò)慢，中、高壓缸溫差較大，影響了高、中壓缸的總體膨脹。

表1 自沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min高、中壓缸溫參數(shù)

3 解決方案

(1)暖管初期合理調(diào)整高低旁開(kāi)度及主再熱管道疏水方式。鍋爐點(diǎn)火汽包壓力升至0.2 MPa關(guān)閉各主再熱器放氣閥后，稍開(kāi)高低旁暖管，然后逐漸開(kāi)大高低旁至25%，配合鍋爐升溫升壓；當(dāng)爐側(cè)主、再熱蒸汽溫度高于機(jī)側(cè)主、再熱蒸汽管壁溫度后，將高旁開(kāi)至80%以上，低旁開(kāi)至40%以上，加大蒸汽管道內(nèi)的通流量，提高主、再熱蒸汽管道暖管速度。同時(shí)，主蒸汽管道、再熱蒸汽管道(主要指低旁接出口后37 m處)疏水閥全開(kāi)。

(2)當(dāng)機(jī)側(cè)再熱蒸汽溫度高于中壓主汽閥殼體內(nèi)溫度時(shí)，汽輪機(jī)掛閘，中壓主汽閥全開(kāi)，通過(guò)中聯(lián)閥四路閥體疏水使再熱蒸汽管道疏水增加至中壓主汽閥處，同時(shí)對(duì)中壓主汽閥殼體暖閥。當(dāng)機(jī)側(cè)主蒸汽溫度高于高壓主汽閥內(nèi)壁溫度時(shí)，按“GV控制”開(kāi)啟高壓主汽閥，通過(guò)高壓主汽閥四路閥體疏水使主蒸汽管道疏水增加至高壓主汽閥處，同時(shí)對(duì)高壓主汽閥殼體暖閥。開(kāi)啟主蒸汽導(dǎo)管至夾層聯(lián)箱供汽閥及聯(lián)箱疏水閥，增加主蒸汽管道疏水量。

(3)當(dāng)爐側(cè)主蒸汽溫度升高過(guò)快時(shí)，開(kāi)大高旁增加主蒸汽流量來(lái)控制溫升；再熱蒸汽溫度升高過(guò)快時(shí)，可以投入高旁減溫水來(lái)降低再熱器入口溫度，盡量不使用過(guò)、再熱蒸汽減溫水。當(dāng)爐側(cè)主、再熱蒸汽溫度達(dá)到300 ℃左右，低旁入口溫度能達(dá)到260 ℃左右時(shí)，逐漸關(guān)小低旁提高再熱蒸汽壓力至1.0 MPa左右。選擇合適的沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主蒸汽壓力1.5～2.0 MPa，爐側(cè)主蒸汽溫度300～320 ℃，機(jī)側(cè)主蒸汽溫度可參考高旁出口溫度270～290 ℃(經(jīng)驗(yàn)值)；再熱蒸汽壓力0.2～0.3 MPa，爐側(cè)再熱蒸汽溫度280～340 ℃，機(jī)側(cè)可參考低旁入口溫度≥240 ℃(經(jīng)驗(yàn)值)；凝汽器真空84～92 kPa。

(4)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后，適當(dāng)開(kāi)大高旁、關(guān)小低旁(為防止低旁閥節(jié)流沖刷，低旁閥開(kāi)度控制在10%以上，汽量低時(shí)可采取單側(cè)低旁控制)，控制再熱蒸汽壓力不低于0.45 MPa，以增加中壓缸進(jìn)汽量[3]，且整個(gè)暖機(jī)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)機(jī)組參數(shù)，用高、低旁控制再熱蒸汽壓力不低于0.45 MPa，使高、中壓缸溫升盡量同步。

(5)機(jī)組并網(wǎng)后，汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)后若中壓缸溫升率較小而使中、高壓缸溫差較大時(shí)，高旁可保留10%左右開(kāi)度(用高旁減溫水控制高旁出口溫度在320 ℃左右)，以增加中壓缸進(jìn)汽量，中、高壓缸溫差小于20 ℃后關(guān)閉高旁。此階段應(yīng)嚴(yán)格控制主、再熱蒸汽溫升速度，防止汽缸溫升過(guò)快、脹差超限(控制不大于4.5 mm)而引起機(jī)組摩擦振動(dòng)。

(6)通過(guò)執(zhí)行上述5條措施，在保證機(jī)組啟動(dòng)參數(shù)合格的前提下，啟動(dòng)用時(shí)大幅減少。優(yōu)化后機(jī)組啟動(dòng)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)化后機(jī)組啟動(dòng)參數(shù)(2015-12-28)

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)施上述解決方案，該330 MW汽輪機(jī)多次冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間(自沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min正常)縮短到了3 h 20 min左右，極大地提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。