王雨

摘 要：京能集團(tuán)北京京西燃?xì)鉄犭娪邢薰臼褂玫钠啓C(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的LZC（B）278.8-12.9/0.4/548/540型汽輪機(jī)，汽輪機(jī)型式為單軸反動(dòng)式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、三壓、再熱、無回?zé)帷⒛?抽汽/背壓式，其配有西門子F級(jí)燃機(jī)，為燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。汽輪機(jī)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(shí)其采用節(jié)流調(diào)節(jié)，無調(diào)節(jié)級(jí)，整個(gè)通流部分共有50級(jí)。本文通過分析這種汽輪機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過程中X準(zhǔn)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(jī)快速啟動(dòng)，減少開機(jī)時(shí)間和開機(jī)成本，這對(duì)同類型汽輪機(jī)順利啟動(dòng)并網(wǎng)及安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);X準(zhǔn)則;主蒸汽溫度;冷態(tài)啟動(dòng);經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(jī)啟動(dòng)是一個(gè)不穩(wěn)定的加熱過程，進(jìn)行合理經(jīng)濟(jì)的啟動(dòng)，就是尋求合理的加熱方式，使啟動(dòng)過程中汽輪機(jī)各部分的熱應(yīng)力處于允許范圍內(nèi)，盡快把機(jī)組的金屬溫度均勻地提高到工作溫度，使其進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)[1]。如圖1所示，汽輪機(jī)的啟動(dòng)過程均遵循以下步驟：暖管、暖閥;沖車至暖機(jī)轉(zhuǎn)速;暖機(jī);升速至額定轉(zhuǎn)速;額定轉(zhuǎn)速暖機(jī);并網(wǎng);低負(fù)荷暖機(jī);帶至額定負(fù)荷。

圖1中，對(duì)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(zhǔn)則及主蒸汽溫度相關(guān)，啟動(dòng)過程中暖機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短和效果決定了機(jī)組啟動(dòng)是否為合理經(jīng)濟(jì)啟動(dòng)，其包括啟動(dòng)方式的選擇、啟動(dòng)參數(shù)的選擇、升溫升壓率的控制等。

1 X準(zhǔn)則概述

X準(zhǔn)則（X-CRIT）是指可變的溫度準(zhǔn)則，在汽輪機(jī)啟動(dòng)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(zhǔn)則來判斷機(jī)組是否能夠適應(yīng)運(yùn)行方式的變化，將其作為啟動(dòng)條件，送到汽輪機(jī)主順控SGC。在汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，系統(tǒng)不斷判斷X準(zhǔn)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(zhǔn)則如圖2所示。其中，X1、X2準(zhǔn)則在開主汽門前使用;X4、X5、X6準(zhǔn)則在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前使用;X7A、X7B準(zhǔn)則在汽輪機(jī)600 r/min暖機(jī)后釋放轉(zhuǎn)速時(shí)使用;X8準(zhǔn)則在機(jī)組并網(wǎng)前使用。

2 沖車參數(shù)及X準(zhǔn)則的意義

不同工況啟動(dòng)過程略有差異，本文對(duì)上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。汽輪機(jī)啟動(dòng)前，缸壁溫度小于150 ℃，其為冷態(tài)啟動(dòng)，汽輪機(jī)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(jī)冷態(tài)啟動(dòng)過程，筆者得出，在汽輪機(jī)沖車前，X4準(zhǔn)則最難滿足，而在汽輪機(jī)升速前，X7A準(zhǔn)則最難滿足（見圖3）。其中，X4準(zhǔn)則為高壓ESV閥前溫度與閥前壓力下的飽和溫度計(jì)算值的差大于0，意義為在打開ESV閥以前，保證對(duì)應(yīng)絕對(duì)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(jì)算值的差小于0，意義為在啟動(dòng)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(dòng)操作，筆者發(fā)現(xiàn)，通過啟動(dòng)過程中對(duì)主汽溫度的合理控制，X4、X7A準(zhǔn)則是有可能進(jìn)行干預(yù)的。以一拖一機(jī)組啟動(dòng)為例，5號(hào)機(jī)并網(wǎng)后保持低負(fù)荷運(yùn)行，在燃機(jī)負(fù)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(dǎo)致主汽溫度變化的原因。機(jī)組啟動(dòng)前及啟動(dòng)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(duì)應(yīng)的飽和溫度為264 ℃，沖車時(shí)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(jī)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(jìn)行合理控制，以滿足X準(zhǔn)則，具體方法如下。

一是在5號(hào)機(jī)啟動(dòng)后，暖管過程中，主蒸汽壓力不變，適當(dāng)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(jìn)入汽輪機(jī)前的主蒸汽過熱度可以提前滿足，即X4準(zhǔn)則滿足。

二是在汽機(jī)沖車后進(jìn)行600 r/min暖機(jī)，京能集團(tuán)北京京西燃?xì)鉄犭娪邢薰酒啓C(jī)600 r/min暖機(jī)時(shí)間判斷標(biāo)準(zhǔn)為暖機(jī)1 h或中壓轉(zhuǎn)子溫度大于200 ℃，由于汽輪機(jī)為冷態(tài)啟動(dòng)，中壓轉(zhuǎn)子溫度不容易滿足，所以判斷標(biāo)準(zhǔn)一般為暖機(jī)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(dāng)減小高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)外溫差，保證轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力，即X7A準(zhǔn)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(duì)比圖4和圖5，人們發(fā)現(xiàn)，控制主汽溫度，縮短了X4、X7A準(zhǔn)則滿足的時(shí)間，由此可以看出，X4準(zhǔn)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(zhǔn)則在適當(dāng)降低主汽溫度后在暖機(jī)1 h內(nèi)滿足，而圖5顯示，X7A在暖機(jī)1 h后仍未滿足。由此可知，汽機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，合理控制主蒸汽溫度，提高了機(jī)組的啟動(dòng)速度。

4 總結(jié)分析

汽輪機(jī)的啟動(dòng)過程是一個(gè)暖機(jī)的過程，暖機(jī)的目的是使汽輪機(jī)各部件金屬得到充分的預(yù)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(yīng)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(jī)內(nèi)部存在動(dòng)靜間隙，避免摩擦，同時(shí)使帶負(fù)荷的速度相應(yīng)提高，縮短升至額定負(fù)荷時(shí)所需要的時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的[4-6]。

上述方法不僅能保證汽輪機(jī)各部件充分余熱，還能減少啟動(dòng)過程中的能源損失，滿足冷態(tài)啟動(dòng)過程中經(jīng)濟(jì)性的要求并縮短啟動(dòng)時(shí)間，具體對(duì)比如下。未進(jìn)行優(yōu)化前汽輪機(jī)啟動(dòng)的參數(shù)及時(shí)間如表1所示，優(yōu)化后汽輪機(jī)啟動(dòng)的參數(shù)及時(shí)間如表2所示。

由表1與表2可以看出，在汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，沖車及升速階段，控制主蒸汽溫度的變化，可以縮短X準(zhǔn)則的滿足時(shí)間。其中，X4準(zhǔn)則滿足時(shí)間縮短了8 min，X7A準(zhǔn)則滿足時(shí)間縮短了25 min，整個(gè)機(jī)組啟動(dòng)（至汽機(jī)3 000 r/min）時(shí)間相應(yīng)縮短了33 min，提高了汽輪機(jī)啟動(dòng)速度的同時(shí)節(jié)省了能源，使機(jī)組啟動(dòng)更經(jīng)濟(jì)。

5 結(jié)語

在以往的啟動(dòng)過程中，一些準(zhǔn)則不滿足經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。通過本次摸索并參考學(xué)習(xí)資料，筆者對(duì)汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)過程的優(yōu)化做出以上分析，逐漸掌握了汽輪機(jī)啟動(dòng)過程，并深入理解了X準(zhǔn)則。在實(shí)際啟動(dòng)過程中，有針對(duì)性的調(diào)整可以有效地縮短汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供有力的技術(shù)支持。

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