黃文興

(國能(泉州)熱電有限公司，福建 泉州 362100)

1 概述

某廠二期#3機(jī)組使用哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CLN670-24.2/566/566型汽輪機(jī)，額定功率670MW，最大功率達(dá)731.8MW。本汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、八級回?zé)岢槠?、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。高中壓采用高中壓合缸、雙層缸結(jié)構(gòu)。機(jī)組采用高、中壓缸同時控制啟動的方式。采用雙回路系統(tǒng)：即高壓缸—高壓排汽通風(fēng)閥—凝汽器回路以及中低壓缸—凝汽器回路。這種系統(tǒng)將高壓排汽與旁路隔離開，保證高排維持較低的壓力，避免高壓排汽端的過熱。在高壓排汽加裝通風(fēng)閥，出口接至凝汽器，在啟動過程中，高排通風(fēng)閥處于開啟狀態(tài)，高排逆止門關(guān)閉，保證高壓缸排汽處于低壓狀態(tài)。為避免汽輪機(jī)在高負(fù)荷跳閘或失去負(fù)荷后高壓缸葉片立即過熱，應(yīng)迅速打開通風(fēng)閥，避免高排溫度快速升高。汽輪機(jī)掛閘后，高壓調(diào)門GV和中壓主汽門RSV全開，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在TV→GV切換前通過主汽門TV內(nèi)的預(yù)啟閥及中壓調(diào)門IV聯(lián)合控制[1]，如圖1所示。

圖1 機(jī)組啟動控制流程示意圖

2 現(xiàn)狀分析

汽輪機(jī)中速暖機(jī)目的有兩個,一是防止材料的脆性破壞和避免過大的熱應(yīng)力，控制汽機(jī)差脹。從沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速，主要是提高高中壓轉(zhuǎn)子溫度，防止低溫脆性破壞。在提高轉(zhuǎn)子溫度的過程中，若暖機(jī)轉(zhuǎn)速控制太低，蒸汽放熱系數(shù)小，溫度上升慢，延長了暖機(jī)時間。二是若轉(zhuǎn)速控制太高，則會因離心力大而產(chǎn)生脆性破壞的危險。同時由于轉(zhuǎn)子比汽缸的質(zhì)面比小，且受熱條件好，汽缸會產(chǎn)生較大的溫差和應(yīng)力[2]。

#3機(jī)組汽輪機(jī)中速暖機(jī)完成的條件為中速暖機(jī)時間達(dá)150min且主汽溫達(dá)420℃，再熱汽溫達(dá)355℃且汽缸膨脹均勻無卡澀，高中壓缸缸脹大于5.0mm，脹差正常。通過查閱二期#3機(jī)組啟動過程中中速暖機(jī)過程的歷史曲線發(fā)現(xiàn)，#3機(jī)組自2020年6月23日以后兩次啟機(jī)過程中，高中壓缸缸脹速度緩慢，高中壓缸缸脹不滿足大于5.0mm，造成中速暖機(jī)停留時間較長，影響啟機(jī)進(jìn)度及啟機(jī)能耗，也在一定程度上影響高壓缸使用壽命(見表1)。

表1 近兩次中速暖機(jī)所需時間及高壓缸脹前后變化情況

3 原因分析

高壓缸調(diào)節(jié)級出口金屬溫度的變化可以反映高壓缸在暖機(jī)過程中是否有進(jìn)汽加熱。經(jīng)sis歷史曲線查得#3機(jī)組三次沖轉(zhuǎn)至并網(wǎng)各節(jié)點調(diào)節(jié)級出口金屬溫度參數(shù)，由圖2可知，2020年6月23日中速暖機(jī)過程中調(diào)節(jié)級溫升達(dá)154.2℃，高壓缸進(jìn)汽正常暖機(jī)效果好。而2021年9月21日和10月3日兩次中速暖機(jī)過程中調(diào)節(jié)級溫升≤20℃高壓缸幾乎不進(jìn)汽加熱，二期機(jī)組采用高中壓缸聯(lián)合沖轉(zhuǎn)方式，但通過溫升可以看出，2900rpm前高壓缸基本未進(jìn)汽(主汽門預(yù)啟閥幾乎不參與轉(zhuǎn)速控制)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速是通過中壓缸控制，直到TV→GV切換后，預(yù)啟閥開大，調(diào)節(jié)級溫度才飛快上漲。

圖2 #3機(jī)組三次沖轉(zhuǎn)過程中沖轉(zhuǎn)節(jié)點調(diào)節(jié)級出口金屬溫度對比

高中壓缸聯(lián)合啟動的機(jī)組中速暖機(jī)過程，高壓缸進(jìn)汽量大小取決于TV內(nèi)預(yù)啟閥開度，因此，對影響#3機(jī)組高壓缸進(jìn)汽量大小的幾個影響因素進(jìn)行分析。

從表2可以看出，2020年6月23日#3機(jī)組中速暖機(jī)過程中TV閥位(8.11%)和IV閥位(10.48%)開度大，有利于高壓缸有進(jìn)汽。2021年9月21日和10月3日兩次暖機(jī)過程主汽門TV、IV開度均小于5%，TV內(nèi)的預(yù)啟閥存在閥位小開度調(diào)節(jié)不線性的死區(qū)(當(dāng)主汽門TV閥位小于5%時，主汽門內(nèi)的預(yù)啟閥開度小或?qū)嶋H未開啟)，使高壓缸幾乎沒有進(jìn)汽量，暖機(jī)效果差。因此，建議機(jī)組檢修期間對主汽門預(yù)啟閥進(jìn)行解體檢查，消除小開度的調(diào)節(jié)死區(qū)。

表2 #3機(jī)組幾次中速暖機(jī)過程參數(shù)對比

汽輪機(jī)掛閘及暖機(jī)過程，主汽門TV及中壓調(diào)門IV開度與再熱器氣壓力及真空高低成反比。適當(dāng)降低再熱器壓力及真空，汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)邏輯會通過開大調(diào)速器門TV/IV閥位，增加高中壓缸進(jìn)汽量來維持轉(zhuǎn)速恒定，而高壓缸進(jìn)汽量的增加有利于高壓缸暖機(jī)更充分。

4 優(yōu)化措施建議

在超臨界機(jī)組高中壓缸聯(lián)合啟動過程中，若遇到高壓缸暖機(jī)不充分或暖機(jī)時間長且因各種原因無法對主汽門預(yù)啟閥進(jìn)行解體檢查。消除小開度的調(diào)節(jié)死區(qū)時，可在保證TSI重要參數(shù)在正常范圍的情況下，控制高低旁開度，適當(dāng)降低再熱蒸氣壓力、降低真空，讓主汽門TV閥位控制在6%～10%，避開主汽門TV小開度不進(jìn)汽的死區(qū)，具體控制參數(shù)見表3。同時需要注意：

表3 調(diào)整參數(shù)參考值

①防止沖轉(zhuǎn)參數(shù)過低使主汽門內(nèi)的預(yù)啟閥全開，TV閥位偏差大，DEH操作員切手動而轉(zhuǎn)速不受控制。尤其注意防止暖機(jī)結(jié)束后升速至2900rpm過程中TV/IV因再熱器壓力降低而全開。

②加強高排通風(fēng)閥排汽溫度監(jiān)視，必要時噴水降溫，防止真空過低使高排通風(fēng)閥溫度超限。

③適當(dāng)提高主再熱蒸汽的溫度，保證主汽門前大于56℃過熱度，防止汽輪機(jī)進(jìn)水。全面檢查汽機(jī)及其各輔助系統(tǒng)運行情況，出現(xiàn)異常立即處理。

5 實施驗證

2022年2月18日，#3機(jī)組掛閘沖轉(zhuǎn)升速至2000rpm的過程中，將再熱器壓力由0.39MPa降至0.23MPa，真空由-95kPa降至-93.7kPa，TV開度由0%開至9%，IV由0%開至11.7%。在TV開度小于5%前調(diào)節(jié)級出口金屬溫度沒有上漲，而TV開度大于5%后調(diào)節(jié)級出口金屬溫度開始上漲。高壓缸調(diào)節(jié)級金屬溫度、高壓缸缸脹及高壓缸上下壁溫差等均勻上漲。高壓缸暖機(jī)效果良好，達(dá)到預(yù)期效果。

2022年2月18日,#3機(jī)組中速暖機(jī)時間為156分鐘，高壓缸缸脹達(dá)暖機(jī)完成條件值5mm，與同冷態(tài)工況的2021年9月21日暖機(jī)完成時間240分鐘相比，節(jié)約90分鐘左右(見表4)，不僅保證了高壓缸在中速暖機(jī)均勻膨脹的目的，同時也降低了啟機(jī)階段的能耗，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

表4 兩次暖機(jī)參數(shù)對比

6 產(chǎn)生的效益

6.1 安全效益

避免了高壓缸后續(xù)升速3000rpm閥切換時，因暖機(jī)不充分或蒸汽與高壓缸金屬壁溫差大造成高壓缸缸體熱應(yīng)力沖擊，延長了汽輪機(jī)高壓缸使用壽命。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

①提前1.5小時完成機(jī)組開機(jī)，按照80%負(fù)荷率計算，300MW和670MW機(jī)組分別可增發(fā)電量36萬kWh和80.4萬kWh，按照每臺機(jī)組開機(jī)1次/年，全年產(chǎn)生效益約8萬元。

②開機(jī)各階段期間同步產(chǎn)生效益或節(jié)約成本共計3萬元。

綜合以上兩部分，在零投入的情況下，全年共可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益11萬元。