劉建海，劉志杰，任宏偉

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW汽輪機(jī)溫、熱態(tài)啟動(dòng)脹差控制

劉建海，劉志杰，任宏偉

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

近年來，隨著超超臨界百萬機(jī)組相繼投產(chǎn)，人們對(duì)高參數(shù)、大容量汽輪機(jī)認(rèn)識(shí)越來越深刻。特別是不同類型機(jī)組，汽輪機(jī)高、中、低壓脹差特點(diǎn)也不相同，對(duì)綏電公司N1000-25/600/600型汽輪機(jī)溫、熱態(tài)啟動(dòng)過程中負(fù)脹差偏大產(chǎn)生原因進(jìn)行分析、總結(jié)，通過運(yùn)行調(diào)整和參數(shù)控制，防止脹差超限，以保證機(jī)組啟動(dòng)期間汽輪機(jī)安全。

超超臨界機(jī)組;汽輪機(jī);脹差;控制

1 機(jī)組概況

神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司安裝了2臺(tái)1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組，3大主機(jī)全部由東方電氣集團(tuán)引進(jìn) (日立技術(shù)制造)。2臺(tái)百萬機(jī)組分別于2010年2月、5月投入商業(yè)運(yùn)營。

汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N1000-25/600/600型，由1個(gè)單流高壓缸、1個(gè)雙流中壓缸及2個(gè)雙流低壓缸依次串聯(lián)組成。汽缸滑銷系統(tǒng)共設(shè)有3個(gè)膨脹死點(diǎn)，分別位于中壓缸和低壓缸 (A)之間3號(hào)軸承箱下及低壓缸 (A)和低壓缸 (B)中心線附近。推力軸承位于高壓缸和中壓缸之間2號(hào)軸承座內(nèi)，轉(zhuǎn)子以此為死點(diǎn)向兩側(cè)膨脹。

本機(jī)組高壓缸脹差測(cè)點(diǎn)布置在機(jī)頭1號(hào)軸承箱內(nèi)，中壓缸脹差測(cè)點(diǎn)布置在中壓缸與A低壓缸之間(4號(hào)、5號(hào)軸承之間)，低壓缸脹差測(cè)點(diǎn)布置在B低壓缸與發(fā)電機(jī)之間 (8號(hào)、9號(hào)軸承之間)。

2 脹差及相關(guān)說明

2.1 脹差定義

汽缸和轉(zhuǎn)子受蒸汽加熱后，隨著金屬溫度的升高發(fā)生膨脹，但由于重量和受熱面積不同，膨脹值也不同。脹差表示汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸之間的膨脹值差。通常，轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹時(shí)為正脹差，反之為負(fù)脹差［1］。根據(jù)汽缸分類，可分為高壓缸脹差、中壓缸脹差、低壓缸Ⅰ脹差、低壓缸Ⅱ脹差。

2.2 綏電百萬機(jī)組汽輪機(jī)脹差

N1000-25/600/600型汽輪機(jī)脹差控制范圍見表1，可見本機(jī)負(fù)脹差要求嚴(yán)格。

表1 N1000-25/600/600型汽輪機(jī)脹差控制范圍 mm

N1000-25/600/600型汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中脹差值見表2。

表2 實(shí)際運(yùn)行脹差值

2.3 產(chǎn)生負(fù)脹差主要原因［2］

a. 負(fù)荷迅速下降或突然甩負(fù)荷。

b. 主蒸汽溫度驟然降低或啟動(dòng)時(shí)進(jìn)汽溫度低于金屬溫度。

c. 汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊。

d. 汽缸夾層、法蘭加熱裝置加熱過度。

e. 軸封供汽溫度太低。

f. 軸向位移變化。

g. 軸承油溫太低。

h. 低壓缸排汽溫度過高，真空過低。

機(jī)組啟動(dòng)過程中，汽輪機(jī)脹差主要受3個(gè)因素影響。

a. 轉(zhuǎn)子和汽缸熱膨脹位移之差。

b. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離心力引起縮短量。

c. 轉(zhuǎn)子在推力軸承處軸向位移。

汽輪機(jī)在溫、熱態(tài)啟動(dòng)過程中，由于速率較高，沖動(dòng)時(shí)間較短，轉(zhuǎn)子熱膨脹和轉(zhuǎn)子軸向位移變化相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)脹差影響較小。但在啟動(dòng)過程中，由于轉(zhuǎn)速突升，轉(zhuǎn)子在離心力作用下軸向尺寸縮小，尤其低壓缸脹差變化明顯。

2.4 負(fù)脹差危害

由于汽輪機(jī)靜葉與動(dòng)葉間間隙比動(dòng)葉與下一級(jí)靜葉間間隙小，因此負(fù)脹差比正脹差更危險(xiǎn)。若脹差向負(fù)值達(dá)到限值，會(huì)引起動(dòng)靜之間摩擦，造成惡性事故［3］，所以必須嚴(yán)格控制負(fù)脹差值在規(guī)定范圍內(nèi)，確保汽輪機(jī)安全［4］。

3 機(jī)組不同狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)脹差的變化

a. 機(jī)組啟動(dòng)狀態(tài)劃分

N1000-25/600/600型汽輪機(jī)狀態(tài)規(guī)定，以高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)處內(nèi)缸壁溫T來確定。

冷態(tài):150℃≤T＜274℃

溫態(tài):274℃≤T＜432℃

熱態(tài):432℃≤T＜520℃

極熱態(tài):T≥520℃

b. 本機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)過程中脹差變化 (見表3)

表3 冷態(tài)啟動(dòng)過程中脹差變化

本次冷態(tài)啟動(dòng)，由于汽缸、轉(zhuǎn)子均已得到徹底冷卻，機(jī)組沖動(dòng)前高中低壓缸脹差起點(diǎn)在合理范圍內(nèi)，分別經(jīng)歷700 r/min和1 500 r/min暖機(jī)，機(jī)組達(dá)到定速時(shí)脹差在正常范圍內(nèi)。

c. 本機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)過程中脹差變化 (見表4)

表4 溫態(tài)啟動(dòng)過程中脹差變化

本次溫態(tài)啟動(dòng)，由于沖動(dòng)前低壓缸脹差已經(jīng)在-0.02 mm，機(jī)組沖動(dòng)到3 000 r/min時(shí)，低壓缸脹差達(dá)到-6.55 mm，超過打閘值-6.5 mm。由于機(jī)組定速后低壓缸脹差隨即回升，因此機(jī)組直接并網(wǎng)。

d. 本機(jī)熱態(tài) (極熱態(tài))啟動(dòng)過程中脹差變化 (見表5)

表5 熱態(tài) (極熱態(tài))啟動(dòng)過程中脹差變化

本次熱態(tài)啟動(dòng)，由于沖動(dòng)前高壓缸脹差已經(jīng)在-6.17 mm，機(jī)組沖動(dòng)到3 000 r/min時(shí)，高壓缸脹差達(dá)到-6.89 mm，非常接近-7.3 mm打閘值。

由以上機(jī)組不同狀態(tài)下啟動(dòng)參數(shù)可知:機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于汽缸、轉(zhuǎn)子均已得到均勻冷卻，且在低速下進(jìn)行充分暖機(jī)，機(jī)組各缸脹差在合適范圍內(nèi)，不會(huì)影響機(jī)組安全;機(jī)組在溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)，如果沖動(dòng)前低壓缸脹差已經(jīng)小于0 mm，那么在機(jī)組沖動(dòng)時(shí)，由于泊桑效應(yīng)，低壓缸脹差負(fù)向有超限可能，威脅機(jī)組安全;機(jī)組在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，如果沖動(dòng)前高壓缸脹差已經(jīng)小于-6 mm，且進(jìn)汽溫度不比缸溫高多少，那么在機(jī)組沖動(dòng)時(shí)，容易導(dǎo)致高壓缸脹差負(fù)向超限，威脅機(jī)組安全。

4 采取措施

4.1 熱態(tài) (極熱態(tài))啟動(dòng)控制高壓缸負(fù)脹差措施

a. 機(jī)組停機(jī)后，為有效控制高壓缸負(fù)脹差增大，可立即強(qiáng)制關(guān)閉VV閥，同時(shí)手動(dòng)關(guān)閉高壓缸本體疏水門、高壓導(dǎo)汽管疏水門、一段抽汽逆止門前疏水門及再熱冷段疏水門，控制高壓轉(zhuǎn)子冷卻速度，使之與缸體冷卻速度匹配［5］。

b. 機(jī)組熱 (極熱)態(tài)啟動(dòng)時(shí)，適當(dāng)提高潤滑油溫度，但不得超過43℃。

c. 適當(dāng)提高軸封供熱溫度至350～370℃，不得超過370℃。

d. 適當(dāng)提高機(jī)組沖動(dòng)參數(shù)，必要時(shí)使用鍋爐上層大油槍。

e. 高壓缸負(fù)脹差在-6.0 mm左右時(shí)，禁止汽輪機(jī)沖動(dòng)。

4.2 溫態(tài)啟動(dòng)控制低壓缸負(fù)脹差措施

a. 合理安排投軸封時(shí)間，控制好軸封蒸汽溫度和壓力，確保在抽真空前投入軸封。

b. 沖動(dòng)前控制真空不宜過高，延長(zhǎng)軸封蒸汽加熱轉(zhuǎn)子時(shí)間。沖動(dòng)時(shí)盡量提高機(jī)組真空，減少進(jìn)入汽輪機(jī)中蒸汽量，因鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量有利于低壓轉(zhuǎn)子伸長(zhǎng)。

c. 鍋爐點(diǎn)火后，及時(shí)開啟主、再熱蒸汽管路疏水，避免冷汽、冷水進(jìn)入汽缸。

d. 適當(dāng)提高潤滑油溫，但不允許超過43℃。

e. 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后，及時(shí)開大再熱器煙氣調(diào)節(jié)擋板，提高再熱蒸汽溫度。

f. 增加爐膛總風(fēng)量，由1 400 t/h提高至1 700 t/h，使火焰中心上移，提高再熱蒸汽溫度。

g. 沖轉(zhuǎn)后即投入低加，并網(wǎng)后隨機(jī)投入高加，利于增加暖機(jī)效果。

h. 低壓缸脹差小于0 mm時(shí)，禁止汽輪機(jī)沖動(dòng)。

5 實(shí)踐應(yīng)用

2011年9月3日，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)。由于停機(jī)后采取了防止高壓缸脹差向負(fù)向增長(zhǎng)的措施，沖動(dòng)前高中低壓缸脹差有效控制在-5.5 mm、-5.9 mm、6.9 mm，高壓缸內(nèi)外壁溫度分別為485℃、476℃，提高軸封供汽溫度至308℃。選擇機(jī)組沖動(dòng)參數(shù):主汽溫度為509℃、主汽壓力為9.56 MPa、再熱汽溫為522℃、再熱汽壓為0.01 MPa。沖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，高中低壓缸脹差分別為 -6.25 mm、-6.70 mm、-0.76 mm，高壓缸負(fù)脹差得到有效控制，機(jī)組正常并網(wǎng)。

2011年9月25日，機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)，沖動(dòng)前高中低壓缸脹差分別為 -4.85 mm、 -3.77 mm、-0.88 mm，高壓缸內(nèi)外壁溫度分別為 363℃、364℃，由于低壓缸脹差已經(jīng)小于0 mm，為避免低壓缸脹差負(fù)向超限，采取如下措施，確保機(jī)組安全啟動(dòng)。

沖動(dòng)參數(shù)選擇:主汽溫度為496℃、主汽壓力為8.7 MPa，再熱汽溫為289℃，機(jī)組背壓為10 kPa。沖轉(zhuǎn)后再熱汽溫、低壓缸脹差均開始下降，其它參數(shù)無明顯變化。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)728 r/min后，再熱汽溫回升，高、中、低壓缸脹差下降。汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后，采取及時(shí)開大再熱器煙氣調(diào)節(jié)擋板，以及增加爐膛總風(fēng)量的辦法使火焰中心上移，有效地提高了再熱蒸汽溫度。

7∶26汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)1 500 r/min，此時(shí)高壓缸脹差為-5.07 mm、中壓缸脹差為-3.89 mm、低壓缸脹差為-2.57 mm，開始定速暖機(jī)。暖機(jī)過程中高、低壓缸脹差回升，中壓缸脹差未變化。

8∶29高壓缸脹差為-4.61 mm、中壓缸脹差為-3.94 mm、低壓缸脹差為-2.15 mm，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，暖機(jī)結(jié)束，汽輪機(jī)繼續(xù)升速，此時(shí)低壓缸脹差負(fù)向急劇增大。

8∶43汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)2 674 r/min，低壓缸脹差為-5.78 mm，繼續(xù)定速暖機(jī)。9∶07低壓缸脹差回升至-5.04 mm，汽輪機(jī)繼續(xù)升速，低壓缸脹差繼續(xù)向負(fù)向增長(zhǎng)。

9∶12低壓缸脹差達(dá)-6.00 mm，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為2 912 r/min，繼續(xù)定速暖機(jī)。9∶18低壓缸脹差回升至-5.83 mm，汽輪繼續(xù)升速。9∶20汽輪機(jī)升速至3 000 r/min，此時(shí)高壓缸脹差為-3.96 mm、中壓缸脹差為-4.69 mm、低壓缸脹差為-6.19 mm。

圖1 脹差控制情況

本次機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)，由于啟動(dòng)前低壓缸脹差已經(jīng)為負(fù)值，通過合理選擇沖動(dòng)參數(shù)，采取分段暖機(jī)并及時(shí)提高再熱汽溫的方法，有效地限制低壓缸負(fù)脹差在規(guī)定范圍內(nèi)，確保了機(jī)組順利啟動(dòng)并網(wǎng)，脹差控制情況見圖1。

6 結(jié)束語

綏電2臺(tái)百萬機(jī)組，在熱態(tài) (極熱態(tài))啟動(dòng)過程中容易造成高壓缸負(fù)脹差超限，在溫態(tài)啟動(dòng)過程中容易造成低壓缸負(fù)脹差超限，制約著機(jī)組安全啟動(dòng)。通過分析與實(shí)踐，找到解決問題辦法，提高汽輪機(jī)啟動(dòng)安全性。

［1］ 劉治國，李東峰.大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子泊桑效應(yīng)對(duì)脹差影響淺析［J］.機(jī)械工程師，2010，63(4):151-152.

［2］ 山西省電力工業(yè)局.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行［M］.北京:中國電力出版社，1997.

［3］ 吳普剛.汽輪機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程脹差變化探析［J］.熱力發(fā)電，2007，36(8):72-73.

［4］ 鄭善和，徐 鴻.汽輪機(jī)軸向脹差實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的研究［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，34(6):51-56.

［5］ 成 剛.發(fā)電廠集控運(yùn)行 ［M］.北京:中國電力出版社，2004.

1 000 MW Steam Turbine Differential Expansion Control under Warm and Hot Starting

LIU Jian-hai，LIU Zhi-jie，REN Hong-wei
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

In recent years，with the ultra supercritical 1 000 MW unit put into operation one after another，people have more understanding of high parameter，large capacity turbine.Especially for different types of units carries differential expansion characteristics under high，medium and low pressure.It makes an analysis and summary on negative differential expansion overreaching of Suizhong N1000-25/600/600 type steam turbine under warm and hot start-up process，and through the operation adjustment and parameter control，differential expansion overrun is prevented for the sake of steam turbine safety during start-up.

Ultra supercritical unit;Steam turbine;Differential expansion;Control

TK263

A

1004-7913(2012)01-0022-04

劉建海 (1963—)，男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠管理工作。

2010-10-15)