天津大港發(fā)電廠 姚春莊 楊廷文

328.5MW亞臨界汽輪機高壓缸進汽鄰機沖轉(zhuǎn)研究與應用

天津大港發(fā)電廠 姚春莊 楊廷文

大港電廠328.5MW亞臨界機組調(diào)試時，以鄰機抽汽為汽源，采用高壓缸進汽沖轉(zhuǎn)方式實現(xiàn)汽輪機沖轉(zhuǎn)定速，完成機組部分調(diào)試工作。通過對沖轉(zhuǎn)后技術數(shù)據(jù)的分析，證明了這種鄰機沖轉(zhuǎn)方式是安全的，經(jīng)濟的。

汽輪機；鄰機沖轉(zhuǎn)；高壓缸進汽

0 引言

大港發(fā)電廠一期2×328.5燃油機組，2003年實施燃油機組技術改造工程，將原有的兩臺燃油鍋爐拆除，在原地新建兩臺相同容量的燃煤鍋爐。同時汽輪發(fā)電機側(cè)進行了大量的改造工作，汽機的調(diào)試工作量很大。

為加快改造工程的整體進度，安排汽輪發(fā)電機側(cè)改造工作先于鍋爐側(cè)完成，并實施了改造機組的鄰機沖轉(zhuǎn)試驗，利用相鄰運行機組（#3機）的抽汽，沖動#2汽輪發(fā)電機組，在鍋爐吹管完成前，完成汽輪機設備的調(diào)試工作，這樣鍋爐吹管結束后，汽輪機調(diào)試可直接進入沖轉(zhuǎn)帶負荷試驗，縮短了調(diào)試工期，使機組提前完成168小時試運工作。

1 鄰機沖轉(zhuǎn)方式的研究

大港發(fā)電廠一期工程兩臺汽輪發(fā)電機組，是意大利ANSALDO公司按照美國通用電氣公司（GE）技術許可證生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機（N328.5-16.7/538/538），汽輪機有8級抽汽，本體配置了兩個高壓主汽門、四個高壓調(diào)速汽門和兩個中壓再熱聯(lián)合汽門。汽輪機未設計旁路系統(tǒng)，冷態(tài)啟動方式為高中壓缸聯(lián)合啟動，啟動沖轉(zhuǎn)采用主汽門內(nèi)旁路控制升速。

1.1 鄰機沖轉(zhuǎn)試驗關鍵技術要求

鄰機沖轉(zhuǎn)試驗與機組的冷態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)過程相同，也是轉(zhuǎn)子升速和轉(zhuǎn)子與汽缸被加熱升溫的過程，汽輪機各部件的熱應力和機械狀態(tài)均在發(fā)生變化，為保證沖轉(zhuǎn)試驗安全，在系統(tǒng)配置和沖轉(zhuǎn)參數(shù)上，要滿足以下條件和要求：

（1）限制汽輪機金屬部件的熱應力。首先，在汽輪機啟動沖轉(zhuǎn)時，保證蒸汽溫度和金屬溫度的失配在允許范圍內(nèi)。其次是要按照啟動壽命損耗曲線來控制升溫速率，應選擇壽命損耗較小的溫度變化率，將壽命損耗控制在0.01%以下。

（2）控制轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差。在機組啟動沖轉(zhuǎn)過程中，通過選擇合適的沖轉(zhuǎn)參數(shù)和對汽輪機進行啟動前的適當預熱來控制脹差在允許的范圍內(nèi)。

（3）控制汽缸的溫差及熱變形。在汽輪機啟動沖轉(zhuǎn)前和沖轉(zhuǎn)過程中，限制汽輪機汽缸金屬溫差，這是保證機組啟動安全的重要條件。GE公司規(guī)定的高中壓缸上下缸溫差不大于28℃，高中壓缸內(nèi)外壁溫差在35℃以下。

（4）滿足高壓缸與中壓缸進汽溫度的匹配要求。高中壓缸合缸布置、且再熱蒸汽反向流動的中間再熱汽輪機，要限制過熱蒸汽和再熱蒸汽的溫度差。

（5）轉(zhuǎn)子預熱到脆性轉(zhuǎn)變溫度以上。328.5MW機組說明書要求，高壓轉(zhuǎn)子的預熱溫度為149℃以上，中壓轉(zhuǎn)子預熱溫度為54℃以上。

（6）控制低壓缸的排汽溫度、壓力。汽輪機在啟動及低負荷階段，必須對低壓缸排汽溫度進行控制，328.5MW機組說明書要求，低壓缸排汽溫度不超過80℃。GE規(guī)定汽輪機在轉(zhuǎn)速超過2/3額定轉(zhuǎn)速時，排汽壓力不應高于13.6kPa（127mmHg），在低壓缸噴水減溫投入的情況下，汽輪機低壓缸排汽缸溫度不大于52℃時，機組可以在低負荷下連續(xù)運行。

圖1 GE公司機組冷態(tài)啟動曲線

圖2 鄰機沖轉(zhuǎn)試驗系統(tǒng)連接

（7）保證供汽機組運行的安全。防止抽汽量過大對供汽機組的運行安全產(chǎn)生影響，并提前控制火嘴擺動和使用下層磨。

1.2 沖轉(zhuǎn)方式的選擇

鄰機沖轉(zhuǎn)試驗也選擇以高壓缸進汽為主的沖轉(zhuǎn)方式，在控制上與機組的實際的冷態(tài)啟動情況相同，在ETS和TSI正常投入的情況下，由DEH進行升速控制。

與機組實際冷態(tài)啟動情況不同的是，鄰機沖轉(zhuǎn)試驗時，由于高壓缸排汽不進入鍋爐再熱器加熱，其溫度較低，如再進入中壓缸則會導致低壓缸各級的濕度較大，對低壓缸葉片有沖蝕，因此高壓缸排汽經(jīng)過噴水降溫后直接引入凝汽器。為了減少高中壓缸合缸處的應力和中低壓缸鼓風損失，中壓缸采用獨立的汽源。

1.3 沖轉(zhuǎn)汽源的選擇

1.3.1 高壓缸汽源選擇

高壓缸進汽參數(shù)的選取，首先要滿足蒸汽溫度和金屬溫度的失配在最佳范圍內(nèi)，即高壓缸調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度要高于金屬溫度28～56℃。其次，選擇供汽機組哪一級抽汽還要考慮供汽量足夠用來沖動汽輪機轉(zhuǎn)子，使其達到額定轉(zhuǎn)速運行。下圖1為GE公司提供的汽輪機冷態(tài)啟動曲線，從中可以看出，當鍋爐主汽參數(shù)為5 MPa、350℃沖轉(zhuǎn)時，蒸汽流量約為20～30t/h。

鄰機（3號汽輪機）供汽機組2段抽汽的供汽量較大，除用于本級高壓加熱器78 t/h抽汽量外，還可供116 t/h的廠用輔助蒸汽。抽汽壓力3.59MPA,溫度323℃?？紤]供汽管道壓力和溫度損失，汽輪機高壓缸進汽參數(shù)為2.94MPa、313℃。與亞臨界機組冷態(tài)啟動時的高壓缸進汽參數(shù)接近?？梢詽M足鄰機沖轉(zhuǎn)對蒸汽量和蒸汽溫度的要求。

1.3.2 中壓缸進汽汽源的選擇

按照GE汽輪機啟動導則規(guī)定，在機組空負荷時，中壓缸進汽溫度不低于高壓缸進汽溫度167℃。兼顧管道連接的方便性，選用輔助蒸汽系統(tǒng)15ata聯(lián)箱蒸汽作為中壓缸進汽汽源，溫度約260～280℃左右。

1.4 鄰機沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)管道的連接

鄰機沖轉(zhuǎn)試驗系統(tǒng)連接如圖2所示。汽輪機兩條高壓過熱蒸汽進汽管道，只使用一條管道，也就是只使用一個高壓主汽門的內(nèi)旁路進行沖轉(zhuǎn)，另一條用封頭堵塞，在蒸汽管道接口與汽輪機自動主汽門之間，保留有啟動疏水接口。

高壓缸排汽管道用直徑較大的管道通過布置在疏水箱頂部的噴水減溫器，對高壓缸排汽噴水降溫后引入凝汽器。在高壓缸排汽與凝汽器之間加裝了隔離閥門。中壓缸進汽管道連接在15ata聯(lián)箱至空加系統(tǒng)供氣管上，管道的設計蒸汽流量為70～100t/h。

2 鄰機沖轉(zhuǎn)試驗過程

汽輪機鄰機沖轉(zhuǎn)試驗操作與機組正常冷態(tài)啟動基本相同。各項操作步驟均按照運行規(guī)程的要求去執(zhí)行，汽輪機組的保護均投入，由DEH系統(tǒng)控制沖轉(zhuǎn)。真空控制在-90～-95Kpa。沖車前臨時系統(tǒng)高壓缸、中壓缸進汽管路吹管打靶合格并經(jīng)充分暖管、疏水。

（1）摩擦檢查。沖轉(zhuǎn)試驗采用1號自動主汽門內(nèi)旁路控制進汽，升速率選為80rpm/min，汽輪機轉(zhuǎn)速達到600rpm，，機組打閘，就地進行摩擦情況檢查。

表1 2號機組鄰機沖轉(zhuǎn)試驗時的脹差記錄

表2 2號機組沖轉(zhuǎn)試驗時汽輪機排汽溫度變化

（2）摩擦檢查后，機組轉(zhuǎn)速降至200rpm時,汽輪機第二次掛閘，汽輪機中壓聯(lián)合汽門全部開啟，開始中壓缸進汽。手動緩慢開啟中壓缸進汽閥門，用中壓缸進汽使汽輪機轉(zhuǎn)子升速，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到800rpm時，保持閥門開度，保持進入中壓缸的蒸汽流量不變，維持汽輪機800rpm轉(zhuǎn)速。此時顯示中壓缸進汽量為11.5t/h，。

（3）高壓缸進汽繼續(xù)升速。在DEH盤上設定目標轉(zhuǎn)速2500rpm，升速率選定50～80rpm/min，在CRT上監(jiān)視汽輪機轉(zhuǎn)速上升情況。當轉(zhuǎn)速升至2500rpm時，維持定速運行，提高潤滑油溫度至42℃以上。機組繼續(xù)升速至2700rpm時，進行危急保安器充油閉鎖試驗，繼續(xù)升速至3000rpm額定轉(zhuǎn)速。進行機組定速后的檢查，包括汽輪機振動，軸承溫度，低壓缸排汽溫度等。參數(shù)穩(wěn)定后可以進行勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機的試驗。

表3 汽缸金屬溫度變化率和變化值

圖3 汽輪機轉(zhuǎn)子壽命損耗曲線

3 鄰機沖轉(zhuǎn)技術分析

3.1 脹差

脹差的變化反映了汽缸和轉(zhuǎn)子的加熱狀態(tài)的差異。從表1脹差數(shù)據(jù)，可以看出，鄰機沖轉(zhuǎn)過程中脹差均在正常的范圍內(nèi)，而且整個沖轉(zhuǎn)過程中，脹差變化較小，這表明鄰機沖轉(zhuǎn)方式和參數(shù)的選擇是合適的。

3.2 高壓缸進汽參數(shù)變化

2號機高壓缸進汽參數(shù)可以滿足定速3000rpm的要求。但#3機來的主蒸汽臨時供汽管路長度300m帶來的壓降損失較大，沖轉(zhuǎn)過程中，高壓缸進口壓力從3.66 MPa降到2.39 MPa，壓力降低1.22MPa。但高壓缸進汽管道設計能夠滿足汽輪機定速所需的蒸汽量，管道又做了良好的保溫，散熱較少，蒸汽溫度變化不大。

3.3 汽缸排汽溫度

鄰機沖轉(zhuǎn)試驗汽輪機排汽溫度變化情況如下表2。中壓缸排汽溫度保持正常。低壓缸在噴水減溫自動投入的情況下，低壓缸排汽溫度，在沖轉(zhuǎn)試驗前為32℃，轉(zhuǎn)子3000rpm定速后為36℃，最高升至44℃，低壓缸排汽溫度完全控制在正常的范圍內(nèi)，表明在凝汽器高真空條件下，低壓缸的鼓風摩擦損失較小。

3.4 沖轉(zhuǎn)試驗對供汽機組運行的影響

鄰機沖轉(zhuǎn)時鄰機負荷減少約15MW；再熱蒸汽壓力降低0.4～0.5MPa。供汽機組鍋爐采用投入下層磨煤機運行，過熱器和再熱器管屏無超溫現(xiàn)象。短時間內(nèi)供汽機組補水量的增大，但沒有造成機組運行困難。機組其他參數(shù)基本沒有變化。因此，鄰機沖轉(zhuǎn)試驗過程中供汽機組的運行安全不會受到影響。

3.5 汽輪機的壽命損耗

根據(jù)（圖3）汽輪機高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子壽命損耗曲線，以及表3所列的汽缸金屬溫度變化，對鄰機沖轉(zhuǎn)試驗時的壽命損耗進行估算。無論是汽輪機高壓轉(zhuǎn)子還是中壓轉(zhuǎn)子，由于溫度變化值和溫度變化率都很小。從壽命損耗曲線查得其壽命損耗遠遠小于0.001%。

因為汽源參數(shù)選擇合理，高中壓汽缸呈平穩(wěn)加熱狀態(tài)，汽缸的內(nèi)外壁最大溫差18℃，上下壁溫差最大22℃，滿足汽輪機溫差限制的要求。之后，又將鄰機沖轉(zhuǎn)試驗時的振動值與機組正常冷態(tài)啟動時的振動值進行比較。兩種沖轉(zhuǎn)方式的振動幅值和趨勢相同，說明了鄰機沖轉(zhuǎn)試驗可以客觀地反映機組真實運行狀況。

4 結論

（1）大港電廠一期兩臺機組亞臨界汽輪機高壓缸進汽鄰機沖轉(zhuǎn)試驗，與機組實際冷態(tài)啟動方式基本相同，在ETS和TSI保護投入的情況下，由DEH控制升速，試驗過程安全，易于控制；

（2）試驗臨時系統(tǒng)連接方便，費用投入少，對供汽機組的運行影響?。?/p>

（3）利用鄰機種轉(zhuǎn)試驗，可提前完成新建或擴建機組的部分調(diào)試工作，降低機組調(diào)試期間的費用消耗，具有較好的效益，有一定的推廣應用價值。

（4）采用鄰機沖轉(zhuǎn)方式完成汽輪機的調(diào)試，可以節(jié)約大量燃油和廠用電，并且提前發(fā)現(xiàn)汽輪機發(fā)電機組的缺陷，提前處理，使機組提前發(fā)電，這次大港電廠鄰機沖轉(zhuǎn)試驗試驗，提前發(fā)現(xiàn)缺陷使工期進度縮短10天，綜合統(tǒng)計，鄰機沖轉(zhuǎn)試驗后獲得直接經(jīng)濟效益1074.5萬元。通過鄰機沖試驗還可以進一步完成發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機變壓器組的實驗，其經(jīng)濟效益更為可觀。

1.328.5MW機組說明書

2.GE汽輪機啟動導則

3.張兆基：汽輪機啟動運行方式與安全性經(jīng)濟性的關系 熱力發(fā)電