徐翔 婁杉

摘 要：上海汽輪機(jī)廠660MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)在冷態(tài)啟動(dòng)中的620r/min低速暖機(jī)階段，因中壓缸進(jìn)汽量小，導(dǎo)致暖機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)，在冷態(tài)啟動(dòng)中耗費(fèi)了大量時(shí)間和成本。本文詳細(xì)分析了冷態(tài)啟動(dòng)暖機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的原因，并提出了解決方案。

關(guān)鍵詞：X7f準(zhǔn)則、暖機(jī)、冷態(tài)啟動(dòng)

國(guó)家能源集團(tuán)宿遷發(fā)電有限公司二期2×660MW二次再熱超超臨界機(jī)組選用上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)的西門子汽輪機(jī)，型式為：超超臨界、二次中間再熱、十級(jí)回?zé)岢槠?、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N660-31/600/620/620。DEH采用西門子SPPA-T3000控制系統(tǒng)。鍋爐采用上海鍋爐廠超超臨界塔式直流爐，型號(hào)為SG-1903/32.45- M6101。

在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)中，由于中壓缸進(jìn)汽量小等原因，在620r/min低速暖機(jī)時(shí)需要8小時(shí)以上方能完全滿足X7f準(zhǔn)則，大大延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間、增加了啟動(dòng)成本。

1.溫度測(cè)點(diǎn)布置與X7準(zhǔn)則

上海汽輪機(jī)廠N660-31/600/620/620型汽輪機(jī)中壓缸采用雙流程和三層缸設(shè)計(jì)，三層缸自內(nèi)而外分別為內(nèi)內(nèi)缸、外內(nèi)缸、外缸。中壓內(nèi)內(nèi)缸溫度測(cè)點(diǎn)布置在內(nèi)內(nèi)缸第三級(jí)葉片位置，內(nèi)外缸溫度測(cè)點(diǎn)布置在內(nèi)外缸第五、六級(jí)葉片位置。

在汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)升速過程中，預(yù)防轉(zhuǎn)子低溫脆性損傷是相當(dāng)重要的，應(yīng)將中壓轉(zhuǎn)子充分預(yù)暖，使中壓轉(zhuǎn)子具有較好的抗脆性破壞能力，以增強(qiáng)對(duì)升速中較大離心力以及熱應(yīng)力的承受能力。為判斷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、汽缸暖機(jī)結(jié)束，DEH中設(shè)置了X7a～X7f準(zhǔn)則，在620r/min暖機(jī)期間，X7f準(zhǔn)則最難以滿足，是制約冷態(tài)啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵因素。

上海汽輪機(jī)廠660MW機(jī)組中壓轉(zhuǎn)子采用13Cr9Mo2Co1NiVNbNB（超級(jí)馬氏體耐熱鋼），其脆性轉(zhuǎn)變溫度（FATT）≤116℃。X7f邏輯要求中壓內(nèi)內(nèi)缸溫度≥231.6℃、中壓外內(nèi)缸溫度≥259.7℃這兩個(gè)條件全部滿足。如果在X7f準(zhǔn)則不滿足情況下強(qiáng)行沖轉(zhuǎn)，會(huì)影響轉(zhuǎn)子壽命，甚至造成嚴(yán)重事故。

2.影響X7f準(zhǔn)則滿足的因素分析

660MW汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)中在620r/min暖機(jī)時(shí)，中壓缸調(diào)門開度小、進(jìn)汽量小、蒸汽放熱系數(shù)低，加上中壓缸缸體和轉(zhuǎn)子熱慣性大等因素，導(dǎo)致中壓轉(zhuǎn)子、內(nèi)缸金屬溫升速度緩慢。此外，由于中調(diào)門開度過小、閥門流量特性較差，中壓調(diào)門高頻率抖動(dòng)。

影響中壓調(diào)門開度的主要原因分析：

（1）鍋爐側(cè)蒸汽參數(shù)偏高。上海汽輪機(jī)廠使用說明書中要求的冷態(tài)啟動(dòng)主汽參數(shù)8MPa/400℃;一次再熱壓力≤2.0～2.5MPa、一次再熱汽溫度380℃;二次再熱壓力≤0.8～1.0MPa，二次再熱汽溫度380℃。

因鍋爐及旁路特性，如按廠家要求控制主蒸汽壓力8MPa，需維持兩臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，主/再蒸汽溫度只能控制在500℃左右，較廠家要求高出100℃左右，通過計(jì)算，蒸汽流量較設(shè)計(jì)值低29.17%。

（2）凝汽器背壓。凝汽式汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，背壓也不需要太低，若背壓太低，則會(huì)使蒸汽流量減小而延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間。上汽660MW汽輪機(jī)要求沖轉(zhuǎn)前凝汽器背壓大于13kPa即可。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，凝汽器背壓每升高1kPa，汽輪機(jī)汽耗增加1.5～2.5%。如凝汽器背壓從4kPa提高至12kPa，蒸汽流量可提高12～20%。

（3）DEH中各汽缸流量分配。二次再熱機(jī)組較一次再熱多一個(gè)超高壓缸，采用超高壓、高壓、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式時(shí)，各汽缸根據(jù)DEH中預(yù)先設(shè)定的流量——閥位指令曲線，控制各缸調(diào)節(jié)汽門的開度。在620r/min定速時(shí)，流量指令在8%左右，對(duì)應(yīng)超高壓、高壓、中壓調(diào)門開度分別通常在2.5%、5%、2.3%左右，中壓調(diào)門開度較小。

3.提高暖機(jī)速度的方案

（1）盡早投入汽輪機(jī)軸封

啟動(dòng)前，在盤車投入正常后，可盡早投入汽輪機(jī)軸封、抽真空。投入軸封后，中壓缸內(nèi)缸的溫升速率約1～1.5℃/小時(shí)。該方案對(duì)減少暖機(jī)時(shí)間作用有限，但可使鍋爐盡早進(jìn)行點(diǎn)火、熱態(tài)清洗操作，減少?zèng)_轉(zhuǎn)前等待汽水品質(zhì)合格的時(shí)間。

（2）降低鍋爐側(cè)蒸汽參數(shù)

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主汽壓6.0MPa即可滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至620r/min的要求。在此基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)至620r/min時(shí)只保持一臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，煤量控制在48t/h;在升全速前再啟動(dòng)第二臺(tái)磨煤機(jī)、將沖轉(zhuǎn)參數(shù)提高到廠家規(guī)定值。優(yōu)化后，機(jī)側(cè)沖轉(zhuǎn)參數(shù)有明顯下降，主/再熱蒸汽壓力控制在6.0/1.7/0.5MPa，主/再熱蒸汽溫度可降低至465/480/480℃，經(jīng)計(jì)算，蒸汽流量較調(diào)整前高16.5%。

（3）降低超高壓、高壓調(diào)門的閥限

通過對(duì)DEH邏輯的檢查，將超高壓、高壓調(diào)門的閥限降低到2.0%是可行的。某次冷態(tài)啟動(dòng)中，降低超高壓、高壓調(diào)門的閥限后，超高排、高排溫度均有所降低，同時(shí)中壓調(diào)門開度由2.51%提高到3.82%，中壓內(nèi)缸溫升速率達(dá)到32.66℃/小時(shí)，暖機(jī)效果明顯改善，且中調(diào)門抖動(dòng)現(xiàn)象消失。

（4）降低凝汽器背壓

某次溫態(tài)啟動(dòng)，中壓內(nèi)缸初始溫度148℃。在超高壓/高壓調(diào)門的閥限降低到2.0%、其他參數(shù)穩(wěn)定的條件下，通過階段性關(guān)閉真空泵進(jìn)氣蝶閥，將凝汽器背壓由4.2kPa降低并控制在8～12kPa。由下圖可見，降低凝汽器背壓對(duì)中壓缸溫升速率影響明顯，中壓內(nèi)缸溫升率提高了70%以上，僅用了1.85小時(shí)即完成了低速暖機(jī)。

（5）汽輪機(jī)啟動(dòng)方式優(yōu)化

如需進(jìn)一步減少暖機(jī)時(shí)間，則需要考慮使用中壓缸啟動(dòng)的方式。中壓缸啟動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是中壓缸單獨(dú)運(yùn)行、進(jìn)汽量較聯(lián)合啟動(dòng)有所增大，有利于中壓缸暖機(jī)。

上海汽輪機(jī)廠660MW機(jī)組T3000控制系統(tǒng)中設(shè)置了“Startup Mode With VHP”和“Startup Mode Without VHP”兩種啟動(dòng)方式?！癢ith VHP”，是傳統(tǒng)的超高壓、高壓、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式。如果選擇“Without VHP”，則超高壓、高壓缸均不參與啟動(dòng)，僅中壓缸進(jìn)汽?？梢栽跊_轉(zhuǎn)前選擇中壓缸啟動(dòng)，在沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，再手動(dòng)將超高壓、高壓缸并缸。

4.結(jié)論

由于660MW二次再熱汽輪機(jī)中壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致中壓轉(zhuǎn)子暖機(jī)過程過長(zhǎng)。通過優(yōu)化沖轉(zhuǎn)參數(shù)、調(diào)整鍋爐運(yùn)行方式、控制凝汽器背壓、降低超高壓/高壓調(diào)門的閥限等手段，將低速暖機(jī)時(shí)間降低到3小時(shí)以內(nèi)，并可避免中壓調(diào)門高頻率抖動(dòng)對(duì)閥體的損傷，顯著節(jié)約冷態(tài)啟動(dòng)中的時(shí)間、輔機(jī)電耗和燃料成本。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]上海汽輪機(jī)廠N660-31/600/620/620型汽輪機(jī)運(yùn)行說明書[Z]，2018

[3]孔范太.國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組中壓缸啟動(dòng)特點(diǎn)分析[J];廣東電力，2008年07期