黃小軍

(湖南華電長沙發(fā)電有限公司，長沙　410203)

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600 MW汽輪機(jī)的優(yōu)化啟動

黃小軍

(湖南華電長沙發(fā)電有限公司，長沙410203)

根據(jù)湖南華電長沙發(fā)電有限公司機(jī)組現(xiàn)狀，在安全、合理的情況下，對汽輪機(jī)啟動沖轉(zhuǎn)時間分配及啟動參數(shù)進(jìn)行了合理調(diào)整，并在實(shí)施過程中全程跟蹤，使汽輪機(jī)的中速暖機(jī)時間由4.0 h縮短為2.5 h，提高了暖機(jī)效果，節(jié)省了啟機(jī)能耗，增加了上網(wǎng)電量，并根據(jù)實(shí)際暖機(jī)情況，進(jìn)一步提出增加汽缸烘干裝置的優(yōu)化措施。

汽輪機(jī)；優(yōu)化；啟動時間；暖機(jī)；沖轉(zhuǎn)

0　引言

湖南華電長沙發(fā)電有限公司(以下簡稱長沙發(fā)電公司)一期2×600 MW超臨界機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、3缸4排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī)，型號為N600-24.2/566/566，額定出力為600 MW。機(jī)組采用復(fù)合變壓運(yùn)行方式，汽輪機(jī)具有8段非調(diào)整回?zé)岢槠啓C(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。主蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)主蒸汽閥后進(jìn)入到4個高壓調(diào)節(jié)閥，經(jīng)過導(dǎo)管進(jìn)入汽輪機(jī)噴嘴膨脹做功。再熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)中壓聯(lián)合汽閥分為2路導(dǎo)管(4根管)進(jìn)入汽輪機(jī)噴嘴膨脹做功。中壓缸做功后的蒸汽經(jīng)1根異徑連通管分別進(jìn)入2個低壓缸，做功后的乏汽排入雙背壓凝汽器。機(jī)組默認(rèn)啟動方式為中壓缸啟動。汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)總共需要5 h左右，對電廠并網(wǎng)時間有一定影響。通過采取針對性措施，在滿足啟動過程中汽輪機(jī)金屬溫升、溫差、缸脹及脹差等暖機(jī)參數(shù)要求的同時，縮短汽輪機(jī)暖機(jī)沖轉(zhuǎn)時間，既能降低啟機(jī)能耗，又能滿足電網(wǎng)的快速并網(wǎng)要求[1]。

1　現(xiàn)狀分析

通過對建廠以來汽輪機(jī)啟、停情況進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)冷態(tài)啟動時，通過高壓缸倒暖、閥殼預(yù)暖等措施可以在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)初期使高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度達(dá)到150 ℃，高壓調(diào)節(jié)閥外壁溫度達(dá)到180 ℃，中壓缸第1級內(nèi)壁溫度在送軸封后可以上升到60～80 ℃。沖轉(zhuǎn)參數(shù)控制如下：主蒸汽壓力，4.5～5.0 MPa；主蒸汽溫度，400 ℃；再熱蒸汽壓力，0.6 MPa；再熱蒸汽溫度，380 ℃；真空度，-92 kPa左右。升速至1 500 r/min中速暖機(jī)4 h后高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度可以達(dá)到規(guī)程規(guī)定的320 ℃，而中壓缸第1級內(nèi)壁溫度最高只能達(dá)到300 ℃，汽缸絕對膨脹能達(dá)到10 mm左右，然后中速暖機(jī)結(jié)束升速到3 000 r/min并網(wǎng)帶負(fù)荷。以下列舉幾次啟動的暖機(jī)參數(shù)。

(1)2015年5月28日，#1機(jī)組沖轉(zhuǎn)前，主蒸汽壓力為5.55 MPa，主蒸汽溫度為408 ℃，再熱蒸汽壓力為0.63 MPa，再熱蒸汽溫度為398 ℃，真空度為-89.0 kPa，沖轉(zhuǎn)過程參數(shù)見表1。

(2)2015年6月29日，#2機(jī)組沖轉(zhuǎn)前，主蒸汽壓力為4.57 MPa，主蒸汽溫度為391 ℃，再熱蒸汽壓力為0.62 MPa，再熱蒸汽溫度為391 ℃，真空度為-93.3 kPa，沖轉(zhuǎn)過程參數(shù)見表2。

(3)2015年7月14日，#2機(jī)組沖轉(zhuǎn)前，主蒸汽壓力為4.14 MPa，主蒸汽溫度為398 ℃，再熱蒸汽壓力為0.63 MPa，再熱蒸汽溫度為390 ℃，真空度為-92.2 kPa，沖轉(zhuǎn)過程參數(shù)見表3。

廠家啟動說明書給出的高、中壓轉(zhuǎn)子壽命曲線如圖1所示(陰影區(qū)為轉(zhuǎn)子中心的應(yīng)力極限，此區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁運(yùn)行；各條曲線上數(shù)值為每次循環(huán)的壽命消耗，用百分比表示)，中壓進(jìn)汽室及高壓調(diào)節(jié)級缸體內(nèi)、外壁溫度允許差值如圖2所示。

通過以上列舉可以看出：

(1)采用高壓缸倒暖時，廠家規(guī)定高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度暖至150 ℃時倒暖結(jié)束并進(jìn)行悶缸，但實(shí)際在悶缸過程中，調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度會下降，這樣會導(dǎo)致汽缸初始溫度沒有達(dá)到150 ℃。如果在高壓缸倒暖時能夠把高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度暖至170～180 ℃再進(jìn)行悶缸，這樣就提高了汽缸初始溫度，縮短了暖機(jī)時間[2]。

(2)降低初參數(shù)和真空度，增加沖轉(zhuǎn)的蒸汽流量，可以加快暖機(jī)[3]。

(3)機(jī)組在沖轉(zhuǎn)至1 500 r/min暖機(jī)1.5 h后，由于進(jìn)汽量的限制，汽輪機(jī)的汽缸內(nèi)壁溫度上升幅度開始大幅度減小。高壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的150 ℃加熱到320 ℃，溫度上升170 ℃，根據(jù)圖2可知，高壓轉(zhuǎn)子每小時溫度上升不超70 ℃，均在允許的壽命消耗0.001%內(nèi)，也就是說在2.5～3.0 h內(nèi)加熱至320 ℃是允許的；中壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的80 ℃加熱到320 ℃，溫度上升240 ℃，根據(jù)圖2可知，中壓轉(zhuǎn)子每小時溫度上升不超90 ℃，在允許的壽命消耗0.003%內(nèi)，也就是說在2.5～3.0 h內(nèi)加熱至320 ℃是允許的。汽輪機(jī)在1 500 r/min暖機(jī)運(yùn)行中高壓調(diào)節(jié)閥處于固定開度，主要靠中壓調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，高壓調(diào)節(jié)閥在不變開度下，從歷次沖轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)高壓缸暖機(jī)2.5 h就能達(dá)到廠家要求的320 ℃，而中壓缸通過4.0 h的暖機(jī)很難達(dá)到廠家要求的320 ℃。在沖轉(zhuǎn)至1 500 r/min暖機(jī)1.5 h后，中壓缸溫度上升幅度減小到每0.5 h上升10 ℃左右，如果這時將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速提高到2 200 r/min并保持暖機(jī)(1 500 r/min暖機(jī)已將轉(zhuǎn)子溫度提高到轉(zhuǎn)子脆性轉(zhuǎn)變溫度122 ℃以上)，高壓調(diào)節(jié)閥因暖機(jī)模式保持開度不變，高壓缸溫度不會大幅上升，而開大中壓調(diào)節(jié)閥維持轉(zhuǎn)速，就會使中壓缸進(jìn)汽量增加，加快上升中壓缸溫度，使中壓缸提前達(dá)到暖機(jī)要求的溫度[4]。

表1　#1機(jī)組沖轉(zhuǎn)暖機(jī)參數(shù)(2015年5月28日)

表2　#2機(jī)組沖轉(zhuǎn)暖機(jī)參數(shù)(2015年6月29日)

表3　#2機(jī)組沖轉(zhuǎn)暖機(jī)參數(shù)(2015年7月14日)

圖1　高、中壓轉(zhuǎn)子壽命曲線

圖2　中壓進(jìn)汽室及高壓調(diào)節(jié)級缸體內(nèi)、外壁溫度允許差值

(4)根據(jù)圖2可知，當(dāng)暖機(jī)至高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度為320 ℃時，其內(nèi)、外壁溫度差不能超過140 ℃；中壓進(jìn)汽室內(nèi)壁溫度暖至320 ℃時，其內(nèi)、外壁溫度差不能超過180 ℃。

2　制定措施

(1)降低沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主蒸汽壓力，3.50～4.00 MPa；主蒸汽溫度，380～400 ℃；再熱蒸汽壓力，0.40～0.45 MPa；再熱蒸汽溫度，360～380 ℃；真空度，-88 kPa。

(2)汽輪機(jī)高壓缸倒暖，將高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度暖至170～180 ℃后保持悶缸。

(3)將汽輪機(jī)1 500 r/min沖轉(zhuǎn)期間中速暖機(jī)時間由4.0 h縮短為1.5 h，增加汽輪機(jī)2 200 r/min沖轉(zhuǎn)期間中速暖機(jī)時間，暫定為1 h，可根據(jù)中壓進(jìn)汽室內(nèi)壁溫度的上升情況適當(dāng)延長。

(4)將汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)中暖機(jī)運(yùn)行切除轉(zhuǎn)速條件由原來的1 500 r/min修改為2 200 r/min，以實(shí)現(xiàn)2 200 r/min暖機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥不關(guān)閉，保持原來開度進(jìn)行暖機(jī)。

3　實(shí)施情況

2015年8月2日，長沙發(fā)電公司#2機(jī)組采用優(yōu)化啟動方案進(jìn)行啟動試驗(yàn)，試驗(yàn)情況如下。

(1)通過汽輪機(jī)倒暖將高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度加熱至170 ℃以上。

(2)沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主蒸汽壓力，3.67 MPa；主蒸汽溫度，381 ℃；再熱蒸汽壓力，0.43 MPa；再熱蒸汽溫度，380 ℃；真空度，-90.2 kPa。

(3)沖轉(zhuǎn)暖機(jī)試驗(yàn)中機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)見表4。

2015年10月12日，長沙發(fā)電公司#1機(jī)組采用優(yōu)化啟動方案進(jìn)行啟動試驗(yàn)，試驗(yàn)中機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)見表5。

表4　#2機(jī)組沖轉(zhuǎn)暖機(jī)試驗(yàn)中機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)

表5　#1機(jī)組沖轉(zhuǎn)暖機(jī)試驗(yàn)中機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)

·24·

續(xù)表

4　結(jié)論

(1)優(yōu)化前，汽輪機(jī)1 500 r/min中速暖機(jī)4 h后，調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度最高能達(dá)到廠家規(guī)定的320 ℃，而中壓進(jìn)汽室內(nèi)壁溫度不能達(dá)到廠家要求的320 ℃。優(yōu)化后，在汽輪機(jī)1 500 r/min暖機(jī)1.5 h后，#1機(jī)組調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度能達(dá)到317 ℃，#2機(jī)組能達(dá)到288 ℃；在轉(zhuǎn)速提升至2 200 r/min暖機(jī)1.0 h后，#1機(jī)組調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度達(dá)到332 ℃，#2機(jī)組達(dá)到319 ℃，#1機(jī)組中壓進(jìn)汽室內(nèi)壁溫度達(dá)到329 ℃，#2機(jī)組達(dá)到306 ℃(#2機(jī)組因汽缸膨脹較#1機(jī)組慢，后在2 200 r/min增加暖機(jī)30 min)，這樣就在2.5 h中速暖機(jī)后達(dá)到了廠家要求的中速暖機(jī)合格要求。

(2)優(yōu)化后，在沖轉(zhuǎn)初期，汽輪機(jī)的金屬溫升幅度最大為80 ℃/h，而后溫升速度控制在30～60 ℃/h，符合溫升要求。

(3)優(yōu)化后，調(diào)節(jié)級內(nèi)、外壁最大溫差出現(xiàn)在#1機(jī)組沖轉(zhuǎn)到1 500 r/min的初期，為72 ℃，而后隨著暖機(jī)的進(jìn)行，溫差逐漸變小，控制在廠家要求的140 ℃以內(nèi)。

(4)通過分析以上參數(shù)可知，中速暖機(jī)效果優(yōu)于以前，使汽輪機(jī)膨脹在中速暖機(jī)中更加充分。

(5)優(yōu)化后，汽輪機(jī)啟動沖轉(zhuǎn)時間由以前的5.0 h縮短到3.5 h以內(nèi)，大幅縮短啟動時間，減少啟動能耗，估算節(jié)省啟動煤耗40.0 t，節(jié)省油耗1.5 t，節(jié)水300.0 t，以市場煤價400 元/t，#0柴油5 000 元/t，電廠制水成本10元/t計算，每次啟機(jī)產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益(40×400+1.5×5 000+300×10)÷10 000=2.65(萬元)，按2015年2臺機(jī)組啟機(jī)10次計算，每年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益2.65×10=26.5(萬元)，再加上廠用電的節(jié)省和提前上網(wǎng)產(chǎn)生的電量，預(yù)估每年產(chǎn)生效益達(dá)40萬元以上。

(6)優(yōu)化后，汽輪機(jī)啟動沖轉(zhuǎn)時間縮短，給啟動不確定因素預(yù)留了較長時間，保證機(jī)組并網(wǎng)時間的準(zhǔn)確性。

(7)將高壓缸預(yù)暖的高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度提高至170 ℃后，因中壓缸第1級溫度只能通過過橋汽封漏汽進(jìn)行預(yù)暖，溫度最高只能達(dá)到90 ℃左右，這樣就使高、中壓轉(zhuǎn)子溫度偏差達(dá)80 ℃，如果過橋漏汽較小，中壓缸第1級溫度有可能達(dá)不到90 ℃，這樣就只能降低高壓缸預(yù)暖溫度，對啟動沖轉(zhuǎn)的暖機(jī)時間帶來影響。針對此情況，建議電廠聯(lián)系廠家，在中壓缸安裝汽缸烘干裝置，在烘干裝置內(nèi)加裝電加熱裝置，可以在停機(jī)后進(jìn)行烘干，利于汽輪機(jī)停機(jī)保養(yǎng)，又可以在機(jī)組啟動前進(jìn)行中壓缸預(yù)暖，使之能與高壓缸預(yù)暖溫度匹配。

[1]任浩仁，盛德仁，任容，等.600 MW機(jī)組中壓缸啟動過程的優(yōu)化研究[J].動力工程學(xué)報，2002，22(5)：1954-1958.

[2]孫奉仲.大型汽輪機(jī)運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]康松，楊建明，胥建群,等.汽輪機(jī)原理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]張志明.汽輪機(jī)啟動過程中安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2006.

(本文責(zé)編：弋洋)

2016-03-24；

2016-06-22

TK 267

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1674-1951(2016)07-0020-05

黃小軍(1970—)，男，四川宜賓人，高級技師，從事汽輪機(jī)運(yùn)行技術(shù)管理方面的工作(E-mail:txh555687@sina.com)。