汽輪機冷態(tài)啟動時X準則的控制優(yōu)化

王雨

摘 要：京能集團北京京西燃氣熱電有限公司使用的汽輪機為上海汽輪機廠生產(chǎn)的LZC（B）278.8-12.9/0.4/548/540型汽輪機，汽輪機型式為單軸反動式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、三壓、再熱、無回熱、凝汽/抽汽/背壓式，其配有西門子F級燃機，為燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組。汽輪機高中壓部分為雙層結(jié)構(gòu)，采用高中壓整體內(nèi)缸，葉片反流布置，同時其采用節(jié)流調(diào)節(jié)，無調(diào)節(jié)級，整個通流部分共有50級。本文通過分析這種汽輪機啟動沖轉(zhuǎn)過程中X準則和主蒸汽溫度的關(guān)系，以合理控制主蒸汽溫度，使汽輪機快速啟動，減少開機時間和開機成本，這對同類型汽輪機順利啟動并網(wǎng)及安全、經(jīng)濟運行具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機;X準則;主蒸汽溫度;冷態(tài)啟動;經(jīng)濟運行

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0137-03

Control Optimization of X Criterion During Cold Start of Steam Turbine

WANG Yu

（Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd.， Powerbeijing Group，Beijing 100041）

Abstract： The steam turbine used by Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd. of Powerbeijing Group is the LZC （B） 278.8-12.9/0.4/548/540 steam turbine produced by Shanghai Steam Turbine Factory， the turbine type is single-shaft reaction type， high and medium pressure combined cylinder， double cylinder and double exhaust steam， triple pressure， reheat， no heat recovery， condensing steam/extraction steam/back pressure type， it is equipped with Siemens F-class gas turbine， which is a gas-steam combined cycle unit. The high and medium pressure part of the steam turbine has a double-layer structure， adopts a high and medium pressure integral inner cylinder， and the blades are arranged in reverse flow， at the same time， it adopts throttling adjustment， has no adjustment stage， and the entire flow part has a total of 50 stages. This paper analyzed the relationship between the X criterion and the main steam temperature during the start-up and impulse rotation of this kind of steam turbine， in order to reasonably control the main steam temperature， so that the steam turbine couid be started quickly， reducing the startup time and startup cost，This is of great significance for the smooth start-up and grid connection and safe and economic operation of the same type of steam turbines.

Keywords： steam turbine;X criterion;main steam temperature;cold start; economic operation

汽輪機啟動是一個不穩(wěn)定的加熱過程，進行合理經(jīng)濟的啟動，就是尋求合理的加熱方式，使啟動過程中汽輪機各部分的熱應力處于允許范圍內(nèi)，盡快把機組的金屬溫度均勻地提高到工作溫度，使其進入正常運行狀態(tài)[1]。如圖1所示，汽輪機的啟動過程均遵循以下步驟：暖管、暖閥;沖車至暖機轉(zhuǎn)速;暖機;升速至額定轉(zhuǎn)速;額定轉(zhuǎn)速暖機;并網(wǎng);低負荷暖機;帶至額定負荷。

圖1中，對于不同曲線來說，Y軸代表不同參數(shù)。其中，流量單位為kg/s，其他參數(shù)的單位為%。

每一步都與X準則及主蒸汽溫度相關(guān)，啟動過程中暖機時間的長短和效果決定了機組啟動是否為合理經(jīng)濟啟動，其包括啟動方式的選擇、啟動參數(shù)的選擇、升溫升壓率的控制等。

1 X準則概述

X準則（X-CRIT）是指可變的溫度準則，在汽輪機啟動過程中用來保證主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)符合要求[2-3]，以變化的溫度準則來判斷機組是否能夠適應運行方式的變化，將其作為啟動條件，送到汽輪機主順控SGC。在汽輪機啟動過程中，系統(tǒng)不斷判斷X準則是否能滿足要求，以決定是否繼續(xù)執(zhí)行下一步操作。

主、再熱蒸汽溫度及X準則如圖2所示。其中，X1、X2準則在開主汽門前使用;X4、X5、X6準則在汽輪機沖轉(zhuǎn)前使用;X7A、X7B準則在汽輪機600 r/min暖機后釋放轉(zhuǎn)速時使用;X8準則在機組并網(wǎng)前使用。

2 沖車參數(shù)及X準則的意義

不同工況啟動過程略有差異，本文對上海汽輪機廠生產(chǎn)的汽輪機冷態(tài)啟動進行實際驗證。汽輪機啟動前，缸壁溫度小于150 ℃，其為冷態(tài)啟動，汽輪機沖轉(zhuǎn)參數(shù)選擇如下：主蒸汽壓力5 MPa（g），溫度340 ℃;主蒸汽過熱度>56 ℃;再熱蒸汽壓力0.8 MPa（g），溫度320 ℃。

經(jīng)過多次汽輪機冷態(tài)啟動過程，筆者得出，在汽輪機沖車前，X4準則最難滿足，而在汽輪機升速前，X7A準則最難滿足（見圖3）。其中，X4準則為高壓ESV閥前溫度與閥前壓力下的飽和溫度計算值的差大于0，意義為在打開ESV閥以前，保證對應絕對壓力下高壓主蒸汽的過熱度。X7A為高壓ESV閥前溫度與高壓轉(zhuǎn)子計算值的差小于0，意義為在啟動到額定轉(zhuǎn)速之前，保證轉(zhuǎn)子充分暖透。

3 采取措施

通過多次冷態(tài)啟動操作，筆者發(fā)現(xiàn)，通過啟動過程中對主汽溫度的合理控制，X4、X7A準則是有可能進行干預的。以一拖一機組啟動為例，5號機并網(wǎng)后保持低負荷運行，在燃機負荷不變的情況下，余熱鍋爐排氣溫度不變，則不考慮因煙氣溫度變化導致主汽溫度變化的原因。機組啟動前及啟動過程中打開主汽管道疏水門保持管道疏水，沖車壓力5 MPa對應的飽和溫度為264 ℃，沖車時主汽溫度為340 ℃，所以蒸汽的過熱度在壓力不變的情況下可以保證，在暖機結(jié)束升速前轉(zhuǎn)子溫度均大于130 ℃，滿足轉(zhuǎn)子材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度，安全性可以保證。

下面通過調(diào)整主蒸汽溫度來進行合理控制，以滿足X準則，具體方法如下。

一是在5號機啟動后，暖管過程中，主蒸汽壓力不變，適當提高主蒸汽溫度至（340+20）℃（340 ℃為正常沖車參數(shù)）。此方法提高了沖車的主汽溫度，使進入汽輪機前的主蒸汽過熱度可以提前滿足，即X4準則滿足。

二是在汽機沖車后進行600 r/min暖機，京能集團北京京西燃氣熱電有限公司汽輪機600 r/min暖機時間判斷標準為暖機1 h或中壓轉(zhuǎn)子溫度大于200 ℃，由于汽輪機為冷態(tài)啟動，中壓轉(zhuǎn)子溫度不容易滿足，所以判斷標準一般為暖機1 h。為使X7A盡快得到滿足，可將主蒸汽溫度降低至（360-10）℃（360 ℃為沖車修正參數(shù)），適當減小高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)外溫差，保證轉(zhuǎn)子熱應力，即X7A準則滿足。通過上述方法優(yōu)化后的情況如圖4所示，而優(yōu)化前的情況如圖5所示。

通過對比圖4和圖5，人們發(fā)現(xiàn)，控制主汽溫度，縮短了X4、X7A準則滿足的時間，由此可以看出，X4準則在提高了主蒸汽溫度（溫升在要求范圍內(nèi)）后隨即滿足，X7A準則在適當降低主汽溫度后在暖機1 h內(nèi)滿足，而圖5顯示，X7A在暖機1 h后仍未滿足。由此可知，汽機冷態(tài)啟動時，合理控制主蒸汽溫度，提高了機組的啟動速度。

4 總結(jié)分析

汽輪機的啟動過程是一個暖機的過程，暖機的目的是使汽輪機各部件金屬得到充分的預熱，減小汽缸法蘭外壁、法蘭與螺栓之間的溫度差，減小轉(zhuǎn)子表面與中心的溫度差，從而減小金屬內(nèi)部應力，使汽缸、法蘭和轉(zhuǎn)子均勻膨脹，且脹差值在安全范圍內(nèi)變化，保證汽輪機內(nèi)部存在動靜間隙，避免摩擦，同時使帶負荷的速度相應提高，縮短升至額定負荷時所需要的時間，達到節(jié)能的目的[4-6]。

上述方法不僅能保證汽輪機各部件充分余熱，還能減少啟動過程中的能源損失，滿足冷態(tài)啟動過程中經(jīng)濟性的要求并縮短啟動時間，具體對比如下。未進行優(yōu)化前汽輪機啟動的參數(shù)及時間如表1所示，優(yōu)化后汽輪機啟動的參數(shù)及時間如表2所示。

由表1與表2可以看出，在汽輪機冷態(tài)啟動時，沖車及升速階段，控制主蒸汽溫度的變化，可以縮短X準則的滿足時間。其中，X4準則滿足時間縮短了8 min，X7A準則滿足時間縮短了25 min，整個機組啟動（至汽機3 000 r/min）時間相應縮短了33 min，提高了汽輪機啟動速度的同時節(jié)省了能源，使機組啟動更經(jīng)濟。

5 結(jié)語

在以往的啟動過程中，一些準則不滿足經(jīng)常會導致汽輪機啟動時間延長。通過本次摸索并參考學習資料，筆者對汽輪機冷態(tài)啟動過程的優(yōu)化做出以上分析，逐漸掌握了汽輪機啟動過程，并深入理解了X準則。在實際啟動過程中，有針對性的調(diào)整可以有效地縮短汽輪機啟動時間，為機組的安全、經(jīng)濟運行提供有力的技術(shù)支持。

參考文獻

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