东汽超临界600MW抽汽机组冷态启动暖机方式优化

东汽超临界600MW抽汽机组冷态启动暖机方式优化

王永伟

(福建省鸿山热电有限责任公司福建石狮362712)

摘要：汽轮机冷态启动方式的优化对机组的安全高效运行具有非常重要的意义。本文针对东汽超临界600MW抽汽机组在冷态启动速暖机过程中，多次出现的由于汽轮机振动大导致汽机被迫打闸、重回盘车，经盘车连续运行直轴、再次冲转后汽轮机运行正常的问题。在出厂设计的冷态冲转参数基础上，对实际冲转条件进行分析，进而给出优化策略。实际应用试验显示，该优化策略具有良好的效果。这对大功率工业抽汽机组的冷态启动暖机方式优化具有一定的指导意义。

关键词：东汽600MW；汽轮机；冷态启动；暖机方式；优化策略

1引言

汽轮机的启动暖机的目的是使汽轮机各部位金属得到充分的预热，减小汽缸部件间、转子表面与中心等的温差，从而减小金属内部应力，使汽缸、法兰和转子等均匀膨胀，且胀差值在安全范围内变化，保证汽轮机内部存在动静间隙，避免摩擦；同时，使带负荷的速度相应提高，缩短升至额定负荷时所需要的时间，达到节约能源的目的。然而，汽轮机启动过程中，各部件问的温差、热应力、热变形大，导致多数事故是发生在启动时刻。不正确的暖机工况、值班人员的误操作以及设备本身某些结构存在缺陷都可能造成事故，即使在当时没有形成直接事故，但由此产生的后果还将在以后的生产中造成不良影响，都在一定程度上影响着汽轮机机组的安全运行，严重时会导致机组不能顺利并网。因此，不同学者从不同方面对其进行了研究。并且，在早期就有相应的实际应用系统被开发[1]。

2故障的现象描述及机理分析

本电厂配备两台东汽超临界600MW抽汽机组，抽汽用途为工业生产。机组自投产以来在冷态启动过程中，多次出现汽轮机在中速暖机过程中，由于汽轮机振动大导致汽机被迫打闸，重回盘车状态，经盘车连续运行直轴后，再次冲转后汽轮机运行正常。机组冷态启动汽轮机冷态启动一次成功概率不到25%，而温态启动与热态启动，均没有出现类似现象。汽轮机振动大，严重时会导致汽轮机转子产生永久性弯曲。为保证主设备安全，由于每次冷态开机均在春节过后，需要如期实现机组对外供气。因此，针对汽轮机冷态启动方式进行优化研究就显得尤为重要。

2.1问题描述

东汽超临界600MW抽汽机组在冷态启动速暖机过程中，多次出现的由于汽轮机振动大导致汽机被迫打闸、重回盘车，经盘车连续运行直轴、再次冲转后汽轮机运行正常的问题。在出厂设计的冷态冲转参数基础上，对实际冲转条件进行分析，进而给出优化策略。实际应用试验显示，该优化策略具有良好的效果。

2.2故障机理分析

2.2.1冲转参数分析

东汽600MW级别汽轮机默认的启动方式为中压缸启动，其优点及灵活性利用旁路并向中压缸进汽来启动汽轮机的方法被越来越多的机组采用。然而，东汽厂家设计冷态冲转参数与该机组实际冲转参数比较，如下表1所示。

表1冲转参数对比表

实际选择低压力、高温度冲转的原因有如下几点：由于该公司采用的的等离子点火模式，厂家初期设计的为油枪点火模式。采用等离子点火模式以后，由于要保证锅炉稳定燃烧，必须要有最小煤量。采用等离子模式锅炉点火后，汽温汽压上涨速率较快。如果按照东汽厂家要求的主汽压冲转，主汽温将会升至500度左右，为了降低主再热汽温，满足汽轮机冲转温度要求。锅炉就要必须要使用减温水，低负荷锅炉蒸发量较少，在此情况下使用减温水，如果使用不当就容易造成锅炉受热面积水，严重时造成“水塞”，导致过热器严重超温。为了保证锅炉安全，防止锅炉在低负荷下超温爆管，在锅炉低负荷时汽温调节手段有限，因此汽机的冲转选择的主压力较低，根据水蒸汽的压力对应的饱和温度特性，汽压如果越高，汽温也将会升高。从机组安全性考虑，因此选择低压力、高温度冲转。

2.2.2问题分析

上述三次冷态启动，均为#2轴承振动大导致机组被迫打闸，#2轴承振动大主要是由于动静碰磨造成。高中压缸温差过大，而高压调节级与中压缸缸第一级为整个汽轮机间隙最小处，温差过大容易造成膨胀不均匀。通过三次启动的历史曲线可以看出，在中速暖机阶段高中压缸温差过大，最大达100度以上,每当高中压缸温差过大时，就会导致过桥汽封处发生碰磨，导致#2轴承振动大打闸汽轮机。其中，引起高中压缸温差大的具体原因分析如下：

1）东汽厂家给出的暖机结束条件为，暖机4小时或达到以下条件，中速暖机结束；高压内缸内壁温度≥320℃；中压进汽室内壁温度≥320℃；高压缸膨胀≥8mm。根据同类机组运行经验，暖机四小时结束后，中压进汽室内壁温度也未能达到320℃；中压缸进气量偏小，高压缸进气量偏大，造成高中压缸温差增大。

2）启动前高压缸经过倒暖，高压缸温度得到初步提高至150度以上。而中压缸仅靠轴封漏气逐步升温，升温速度很慢。

3）机组启动阶段，为防止锅炉受热面超温，不投减温水，运行调整手段有限，造成主再热汽温较高，实际汽轮机冲转温度较厂家给定的温度高出40--100度，有时更高，造成汽轮机与主汽温温差过大。

3优化策略设计

通过上述分析可以看出：对“暖机运行”方式进行调整是该问题解决的一种方式；因此，将暖机模式逻辑修改成如下方式：

1）冷态启动时在“暖机”模式投入时，当汽轮机高压调门开度大于9%后，高压调门保持在9%；汽轮机转速由中调门控制；

2）运行人员根据高中压缸温差，可以手动关小和开大高压调门，中压调门此时应维持汽轮机转速稳定，自动的进行开大或关小；

3）中速暖机结束后，“暖机模式”切除后，保持原有逻辑控制状态即：高压调阀关闭，汽轮机转速由中压调门控制。

4）机组投轴封抽真空时，尽量选择合理的轴封供汽温度，防止高中缸胀差升高过多。

4试验测试及优化效果

针对上述情况，对汽轮机在中速暖机过程中汽轮机振动大导致汽机被迫打闸的问题进行了认真分析，并对汽轮机的“暖机”模式提出了解决方案；并且，在机组C修结束后对DEH中“暖机”模式进行优化改造。以#2汽轮机为例，在2017年2月8日冷态启动冲转过程以及机组过临界时各轴承振动情况，分别如下图3和图4所示。从图中可以看出：机组主要冲转参数为主蒸汽压力3.33MPA，主蒸汽温度399℃，再热蒸汽压力0.413MPA，再热蒸汽温度371℃；汽轮机摩检正常；就地打闸汽轮机，正常；重新挂闸冲转，汽轮机升速至1400RPM中速暖机，并执行高压遮断、ETS遮断试验，正常；中速暖机结束后，汽轮机升速至3000RPM。此外，还进行了超速试验，试验过程中汽轮机运行正常。

5结论及展望

实际冲转参数显示，本文提出的优化策略具有良好的应用效果：1）启动过程中高中压缸温度同步升高，在中速暖机结束后，高中压缸内壁温度温差小于10度，高中缸胀差在6MM左右，达到了机组自投产以来中速暖机的最佳值；2）汽轮机机冲转一次成功，在机组过临界时，汽轮机各轴承振动较以往明显减小。这对大功率抽汽机组的暖机方式优化具有一定的借鉴意义。

参考文献:

[1]张春生.节省燃料和缩短冷态启动时间的汽轮机预热系统[J].中国电力,1985(2):67.

[2]武秋成,张延淼.600MW空冷机组冷态启动优化方案分析[J].河北电力技术,2015,34(s1):1-2.

[3]白秀春,李树平.上汽600MW空冷汽轮机机组冷态启动暖机优化探讨[C]//全国火电大机组.2009.