俄制500MW机组高中压缸联合启动方式的优化

俄制500MW机组高中压缸联合启动方式的优化

欧阳智1王树伟2李学志3

（天津国华盘山发电有限责任公司天津301900）

摘要：高中压缸联合启动方式简单，但是存在冲转前再热蒸汽参数低于主蒸汽参数，中压缸及转子的温升速度减慢，中压缸膨胀迟缓，中压缸胀差大，增加暖机时间延长了机组的启动时间。中压缸启动方式对中压缸加热均匀，可以改善中压缸膨胀缓慢胀差大的问题，一定程度上缩短启动时间，但是同时存在一定操作风险，中压缸切缸负荷受到旁路流量、机组轴向推力影响，需要注意参数的控制。本文根据俄制500MW机组特点，针对高中压缸联合启动与中压缸启动方式的优缺点分析，提出一种优化的高中压缸联合启动方式，解决俄制机组启动中中压缸膨胀缓慢、胀差大问题，一定程度上缩短启动时间，降低启动消耗，提高了机组的经济效益。

关键词：高中压缸；联合启动；优化

0.前言

高中压缸联合启动方式简单，但是存在冲转前再热蒸汽参数低于主蒸汽参数，中压缸及转子的温升速度减慢，中压缸膨胀迟缓，中压缸胀差大，增加暖机时间延长了机组的启动时间。中压缸启动方式则采用高压缸不进汽中压缸先进汽，待转速升至一定（2000~2500r/m）后，才逐渐开启高压缸进汽门，使高压缸进汽，可以对中压缸加热均匀改善中压缸膨胀缓慢胀差大的问题，一定程度上缩短启动时间，但是同时存在一定操作风险，中压缸切缸负荷受到旁路流量、机组轴向推力影响，需要注意参数的控制。本文根据俄制500MW机组特点，针对高中压缸联合启动与中压缸启动方式的优缺点分析，提出一种优化的高中压缸联合启动方式，包括用厂用汽预暖再热器和倒暖高压缸，通过操作控制高压旁路保证中压缸进汽压力在0.2~0.3MPa，热控逻辑设置优先开启中压缸调速汽门，增加冲车中压缸加热蒸汽量，提高中压缸金属温度，保证中压缸膨胀同时减小胀差，解决机组启动中中压缸膨胀缓慢、胀差大问题，一定程度上缩短启动时间，降低启动消耗。

1.运行现状：

某厂采用高中压缸联合启动方式，冷态启动控制参数：

主蒸汽参数：3.43~3.92MPa/300~320℃，过热度〉50℃

再热汽参数：0.6~0.8MPa/260~280℃，过热度〉50℃

机组在冷态启动过程中，冷态启动再热汽系统温度过低，一般低于100℃，暖再热器系统和倒暖高压缸从具备暖管条件到暖缸，暖再热系统结束大约需要2h的时间，这在整个机组启动过程中占了相当大的比重，改善此段时间内的操作缩短再热系统的时间对降低机组启动成本能起到关键作用。

另外，机组启动高中压缸联合冲车时：高压旁路开启20%，低压旁路RK703全开，控制中压缸入口压力为微正压（0MPa），主蒸汽3.43~3.92MPa，热工逻辑冲车时高中压缸同时进汽，根据综合阀位控制高中压调门开启，控制转速，由于中压缸进汽压力基本为零，中压缸调门开启曲线较陡，基本上看见是中压调门先开，高压调门后开，到1000r/min高排压力在0.08MPa左右，中压缸进汽前有热段排汽阀开启，这样实际是高压缸进汽，中压缸基本没有进汽量，到1800r/min左右中压调门开度大于28.6%后关闭热段阀，中压缸会有部分进汽，由于节流损失进汽对缸体基本没有加热作用，中压缸温度基本不变，只有在并网带负荷后中压缸温度才逐渐上升，这样导致中压缸在冲车并网前一直没有加热或者加热缓慢，中压缸膨胀不变，由于中压缸温度偏低滞后于高压缸温度的上升，在带负荷后升参数时，由于温度差大，应力变化大导致胀差变化较大。中缸膨胀规律：一般在启动并网后中，中压缸缸胀一般为阶梯式增长，每一次跳变时间间隔15~20分钟，每次跳变幅度为0.25～0.30mm；它随着负荷和再热汽温度的上升而上升。中缸膨胀和中缸胀差都随着负荷的上升和再热温度上升而上升，但由于膨胀系数不一致，中缸胀差总先于中缸膨胀，这也给运行控制带来难度，这就需要运行人员根据负荷与中缸膨胀的关系以及当时胀差数值，再决定是否继续增加负荷或升温。

机组启动中存在再热汽系统暖管时间长，并网后中压缸膨胀缓慢、胀差大增加暖机时间的问题，导致机组的启动时间长达10~12小时，与国产600MW机组冷态启动时间6~8小时相差较多，分析以上我们提出了优化启动的方案，保证机组安全稳定的条件下，尽量缩短启动时间。

2.优化方案：

2.1方案1：缩短暖再热汽系统时间

机组在冷态启动过程中，冷态启动再热汽系统温度过低，一般低于100℃，暖再热器系统和倒暖高压缸从具备暖管条件到暖缸，暖再热系统结束大约需要2h的时间，这在整个机组启动过程中占了相当大的比重，改善此段时间内的操作缩短再热系统的时间对降低机组启动成本能起到关键作用。我们可以利用锅炉升温升压时间提前利用厂用汽为汽源来进行预暖再热器和倒暖高压缸，节约启动暖再热汽系统时间。暖再热系统和倒暖高压缸的目的，就是使蒸汽温度、缸温、转子温度达到冲车参数要求。暖管结束的条件是：①高、中压导气管金属温度达160~190℃。②高压自动主汽门金属温度不小于160℃。③高压缸进汽区金属温度不小于120℃。再热热段金属温度不低于160℃，并高于中压缸进汽区金属温度。

为确保机组安全，暖管后各处金属温度必须达到上述要求，实践证明，由于再热系统的庞大和疏水的限制，要想缩短暖管时间几乎是不可能的，特别是高、中压导汽管金属温度达到要求更加困难。正常情况下，暖管时要求在炉点火后主汽门前蒸汽温度达220~230℃(过热度﹥50℃)时进行的，加热管道的介质是主蒸汽，如果用厂用汽为汽源来进行预暖再热器和倒暖高压缸，那么此项操作就可在点火前就进行，同冷态冲洗、炉点火、热态冲洗同时进行，从而省去了专门暖再热系统和倒暖高压缸的时间。

2.2方案2：缩短中压缸暖缸时间

我们可以通过控制RC044开度保证再热蒸汽的压力保证中压缸进汽量，同时高压缸内部有一定的压阻力，保证高压调门开度，注意高排的压力温度变化，防止出现鼓风损失大导致高压转子叶片过热出现。在热工逻辑内部保证优化综合阀位与中压调门对应关系，在冲车中注意保证通过RC044自动控制再热汽压力稳定，注意在热段排汽阀关闭时综合阀位降低，控制再热汽压力及时关小RC044，同时保证热段排汽阀开启定值足够低，防止再热汽压力由于热段排汽阀开关波动。

3.可行性分析及操作方法：

3.1方案1分析：

3.1.1方案1可行性分析：

用厂用汽暖再热系统和倒暖高压缸必须具备的条件：①从系统结构上能够满足要求或经过适当改动能得以实现。②厂用汽的蒸汽品质能满足暖管要求。③操作应方便。

首先，从系统构造上来分析用厂用汽来代替主蒸汽是否可顺利进行，暖再热系统和倒暖高压缸系统如下简图所示。

图1主再热蒸汽系统高低旁路系统图

系统流程为：主蒸汽经RC044，RC602再热汽冷段分为两路，一路去高压缸进行倒暖高压缸；一路经再热汽、再热汽热段管道中压缸主汽门进行门前经热段排汽门到凝汽器。如将RC044关闭，RC603开启则可实现由厂用汽暖再热系统和倒暖高压缸。由此可以看出从系统结构上用厂用汽暖再热系统和倒暖高压缸可以实现。

其次，厂用蒸汽参数为1.57MPa/375℃，此蒸汽参数完全可满足再热汽系统暖管结束时对金属温度的要求。当蒸汽温度达220℃是可以进行暖管的操作，暖管结束时蒸汽参数升至300~320℃达到冲车参数，再热蒸汽温度到260~280℃，压力为0.6~0.8MPa。因此厂用汽的参数是可以满足暖再热系统和倒暖高压缸要求的。

最后，从可操作性上看RC044为电动调整门，控制压力比较容易，而RC603可为电动截止门，压力较难控制，如果在RC603前加装电动调整门调整起来就容易多了，但这样无疑需进行系统改造。暖管时对压力要求不是很严格，用RC603可基本满足调整要求。因此暂时不加电动调整门。

从上面分析可知，无论从系统构成、厂用汽品质、还是从可操作性上，都可以实现用厂用汽暖再热系统和倒暖高压缸。

3.1.2方案1操作方法：

（1）做好暖管前的准备工作，打开再热系统，高缸导汽管等处疏水，注意检查各处疏水应充分。

（2）当凝汽器压力达47kPa以下时，进行暖再热系统和倒暖高压缸的操作。

（3）开启再热段到凝汽器排放门RK703。

（4）开启RC603前疏水稍开RC603暖管15~20min，然后开启RC602，注意厂用汽压力变化。

（5）通过逐渐开启RC603和关小RK703提升中压自动主汽门前压力到0.6~0.8MPa，注意再热段热段金属温度变化速度不超过15℃/min，注意再热器温度变化，防止积水。

（6）高、中压导汽管金属温升速度较慢，成为影响暖管的决定因素，可通过关小RK703提高再热汽压力来增加温升速度。

（7）当炉点火后主汽温度达暖管要求时，进行主汽和厂用汽切换，关RC603开RC044按正常方式暖管。

3.2方案2分析：

3.2.1方案2可行性分析：

对比分析国内外其他机组高中刚联合启动方式，一般控制中压缸压力参数在1MPa左右，盘电机组由于高压缸排汽管道没有逆止阀，一般控制冲转时再热蒸汽压力为0，为了防止再热汽安全门漏真空维持再热压力为微正压。盘电规程规定再热汽压力：0.6~0.8MPa（此参数是暖管时压力，冲车实际控制参数是0MPa）再热汽温度：260~280℃，过热度〉50℃，热工逻辑冲车时高中压缸同时进汽，根据综合阀位控制高中压调门开启，控制转速，由于中压缸进汽压力基本为零，中压缸调门开启曲线较陡，基本上看见是中压调门先开，高压调门后开，到1000r/min高排压力在0.08MPa左右，中压缸进汽前有热段排汽阀开启，这样实际是高压缸进汽，中压缸基本没有进汽量，到1800r/min左右中压调门开度大于28.6%后关闭热段阀，中压缸会有部分进汽，由于节流损失进汽对缸体基本没有加热作用，中压缸温度基本不变，只有在并网带负荷后中压缸温度才逐渐上升，这样导致中压缸在冲车并网前一直没有加热或者加热缓慢，中压缸膨胀不变，由于中压缸温度偏低滞后于高压缸温度的上升，在带负荷后升参数时，由于温度差大，应力变化大导致胀差变化较大。

俄制机组高低旁路与国产机组的区别在于：高排没有逆止门，低压旁路是热段排汽阀油动机加电动门RK703，低压旁路不具备自动控制中压缸压力恒定的功能，只能通过保持热段排汽电动门RK703一定开度维持热段的压力，调整高压旁路RC044调节热段的压力，另外通过热工了解热段排汽阀油动机关闭逻辑是中压调门开度大于28.6%直接关闭，热段排汽阀油动机开启逻辑是中压调门开度小于24%，这样冲车中1800r/min左右会存在热段排汽阀油动机来回动作过程，导致热段压力波动，可以通过逻辑将热段排汽阀油动机开关差值增大，防止来回开关对汽缸、转子造成冲击。

根据冲车时高中压缸金属温度上升对比我们可以判断，中压缸进汽压力偏低是中压缸加热不及时，汽缸膨胀滞后，鼓风效应导致胀差逐渐上升，我们可以控制RC044开度保证再热蒸汽的压力保证中压缸进汽量，同时高压缸内部有一定的压力阻，保证高加随机启动保证高压缸有一定通流量，注意高排的压力温度变化，防止出现鼓风损失大导致高压转子叶片过热出现。在冲车过程中，通过控制RC044开度热段压力在0.2~0.3MPa，维持热段排汽阀油动机和电动门RK703开启，既能够降低冲车主蒸汽压力（冲车参数由3.43~3.92MPa降低至2.5~3MPa），又能够保证中压缸进汽量，更改热工逻辑：热段排汽阀油动机关闭逻辑是中压调门开度大于36%直接关闭，热段排汽阀油动机开启逻辑是中压调门开度小于20%，防止热段排汽阀油动机开关对汽轮机转子的冲击，热段压力维持在0.2~0.3MPa（针对高转速暖机过程，经历了39min，高压缸进汽增加较多，高压导汽管道逐渐被加热，温升速率最大为2.9℃／min，高压缸排汽量增大，中压缸进汽大于0.1MPa，排汽管道温度逐渐被排汽所冷却，温降速率最大为2.6℃／min，温度变化比较大），减少高压缸进汽量降低，保证高中压缸温升速度在1~2℃／min，保证中压缸温升速度，保证带初始负荷后使汽轮机汽缸及管道金属温度逐步稳定的加热，防止温度差大后投入温升速率过大，产生过大的热应力，导致胀差过大。

分析冷态冲车状态，高排的温度变化，暖再热汽系统后高排温度比较高在300℃左右，冲车主蒸汽经过高压缸做功后温度在160℃左右，这段时间高排的温度变化较大，冲车至3000r/min后高排的压力在0.15MPa左右，可以通过控制热段压力减少高压缸进汽量控制高排温度的下降速度，保证平稳过渡。

通过以上控制起到提前1~1.5小时加热中压缸，降低机组启动并网后中压缸热应力，减缓高排温度的大幅度变化，达到缩短机组启动中暖机时间，加快启动速度的效果。

3.2.2方案2操作方法：

在冲车过程中，通过控制RC044开度热段压力在0.2~0.3MPa，维持热段排汽阀油动机和电动门RK703开启，既能够降低冲车主蒸汽压力（冲车参数由3.43~3.92MPa降低至2.5~3MPa），又能够保证中压缸进汽量，更改热工逻辑：热段排汽阀油动机关闭逻辑是中压调门开度大于36%直接关闭，热段排汽阀油动机开启逻辑是中压调门开度小于20%，防止热段排汽阀油动机开关对汽轮机转子的冲击，热段压力维持在0.2~0.3MPa。

4.总结：

用厂用汽为汽源来进行预暖再热器和倒暖高压缸，那么此项操作就可在点火前就进行，同冷态冲洗、炉点火、热态冲洗同时进行，从而省去了专门暖再热系统和倒暖高压缸的时间1-2小时。

优化高中压缸启动参数，提前1~1.5小时加热中压缸，降低机组启动并网后中压缸热应力，减缓高排温度的大幅度变化，达到缩短机组启动中暖机时间，加快启动速度的效果。

这样，解决机组启动中中压缸膨胀缓慢、胀差大问题，一定程度上缩短启动时间，降低启动消耗，提高了机组的经济效益。

参考文献：

[1]梁振明,汽轮机启动过程高中压缸进汽比例优化.清洁高效燃煤发电技术协作网年会 2009年10月

[2]陆瑞源，朱军,汽轮机组高中压缸联合启动过程中的控制要点.《热电技术》，2010年第4期

[3]国华盘山发电有限责任公司,《机组运行规程》2016