哈尔滨1000MW二次再热汽轮机组启动方式优化等相关问题分析舒探宇、

哈尔滨1000MW二次再热汽轮机组启动方式优化等相关问题分析舒探宇、

李帅

（广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州 510080）

摘 要：本文介绍哈尔滨汽轮机厂首批百万千瓦级（1000MW）超超临界二次再热汽轮机组运行特点及启动方式优化分析——文章以江西丰城电厂7、8号机组及国能清远电厂1、2号机调试过程为基础，介绍了本机组运行特性并提出启动方式的优化建议，实现机组的快速启动及带负荷运行。

关键词：二次再热汽轮机组、超超临界、运行特性、启动方式

0机型介绍：

本文介绍的是哈尔滨汽轮机厂（简称：哈汽）N1000-31.9/600/620/620型汽轮机组，该机型为二次中间再热、单轴、 五缸、四排汽、十级回热抽汽、超超临界反动凝汽式汽轮机组。汽缸采用超高压缸、高压缸、中压缸、2个低压缸和阀门模块的组合式设计，机组采用新型高温材料，适合高温蒸汽参数，低压缸末级叶片为1225.7mm新型设计。

各汽缸采用串联布置，哈汽吸取国内其他制造厂的经验，超高压主汽调节联合阀设计更为紧凑，补汽阀与超高压主汽调节阀采用一体式阀壳。中压主汽调节联合阀对称布置在中压缸两侧，直接与缸下半刚性焊接，通流形式和缸的效率得到提高，进汽性能进一步改善。

1、原运行方式介绍

按照原哈汽启动说明：

（1）用超高压进汽蜗壳处金属内壁温度来定义冷态启动。若该温度低于 140℃即为冷态模式，该模式常见大多为新机组启动或者大修后期间出现。超高压转子金属温度与进汽蜗壳处的金属内壁温度大约相同。

T1：超高压进汽蜗壳内壁金属温度

（*只适用于进汽；ΔTM = TMS-T1；TM：主蒸汽温度与进汽蜗壳内壁金属温度间的失调温度(℃)；TMS：主蒸汽温度(℃)；T1：超高压进汽蜗壳内壁金属温度(℃)）

（2）汽轮机启动前确认超高压主汽阀、调节阀金属温度，若金属温度低于150℃需要在启动前对阀门腔室进行预热，以减小冲转时的金属热应力。

（3）选择超高压调节阀-高压调节阀-中压调节阀(SGV-GV-ICV)控制，同时打开超高压主汽阀SMSV、高压主汽阀MSV 和中压主汽阀RSV。在保证转子盘车运行，并且主蒸汽进口最大压力为11 MPag、最低过热温度为56℃，但温度不高于380℃，尽可能保持高度真空情况下，按下列步骤启动汽轮机。

a、选择加速度设置键。正常状态下选择100rpm/min。

b、选择400rpm 目标转速(用于检查擦碰状态)。

c、将汽轮机运行转速稳定在400rpm低速暖机，检查汽轮机所有仪表参数，并确认其工作正常。转速超过600rpm前，确认转子偏心度稳定且小于0.076mm。检查其他各项参数无异常。

d、手动停机，关闭所有阀门以聆听是否有磨擦声或其他异常噪声。确认没有异常状态后，重新启动汽轮机。超高压主阀SMSV、高压主汽阀MSV 和中压主汽阀RSV 阀将再次开启，并通过超高压调阀SGV、高压调节阀GV 和中压调节阀ICV 开度控制升速。

e、在此期间，进口温度升高到380℃以上，但温升率应不超出56℃/h。

f、若在汽轮机加速期间任何时候因意外状态要求“保持”，通过转速“保持”功能暂停汽轮机升速。

g、选择目标转速3000rpm 和加速度进行升速，即可以将汽轮机转速升到3000rpm，为减小启动期间转子热应力，需将汽轮机转速保持在3000rpm进行暖机。

（4）带负荷的有关说明：为减小启动期间转子热应力，应将汽轮机保持在5％负荷状态下暖机。

（5）温态/热态/极热态启动(Warm Start /Hot Start/ Very Hot Start)模式：温态和热态启动，超高压进汽蜗壳内壁金属温度高于140℃，其启动方式与过程与冷态模式基本一致。

2、实际启动情况：

以丰城和清远项目的几台机组启动过程为例，原制造厂推荐的方式启动多次出现振动大等情况，通过启动方式和启动参数的调节，我们最终摸索出较为符合现场需要的一种启动方式，下面通过某次具体启动过程，介绍哈汽百万二次再热机组实际启动过程中特性：

（1）汽轮机冷态启动冲转，重新选择启动参数：

A、主汽压力/温度：5MPa/406℃，

B、一次汽压力/温度：1.5MPa/407℃，

C、二次汽压力/温度：0.5MPa/405℃。高、中、低旁系统投入自动控制。

D、偏心 40.75μm，连续盘车49h，真空-94/-92kpa，轴封供汽263℃。轴封汽与各段金属匹配正常

（2）摩擦检查：汽轮机挂闸，开启主汽门，按照目标500rpm进行升速，进行摩擦检查，汽轮机轴系振动最大值为1X：43.7μm，1Y：42.6μm

（3）600rpm短暂停留：汽轮机重新冲转至600rpm，稳定运行1h，检查汽轮机轴系振动、润滑油系统、轴封系统、汽轮机缸温、温差、疏水系统等均无异常，轴系振动最高为（8X： 52μm，8Y：52.06μm），轴系振动水平、轴瓦温度无异常。

（4）中速暖机：汽轮机升速1450rpm，过第一段临界，转速1328rpm，汽轮机振动超过最大值（3X：173.69；3Y：248.53），考虑到机组启动尽量避免机组强振对汽轮机损伤，进行打闸停机操作。在转速掉落回临界区外时，重新挂闸冲转升速，目标600rpm，在此转速下继续进行30分钟暖机及轴系检查，再次对汽轮机升速，过一段临界，3x 173μm，3Y 232μm后振动开始回落，汽轮机转速成功稳定到1450rpm进行暖机，轴系振动最大为3Y 127μm；轴瓦温度及汽轮机其他运行参数无异常。

（5）经检查，1.5h后中速确认暖机完成，进行升速，目标转速3000rpm。经过二段临界转速，临界点1963rpm时，1X振动最大210μm，1Y振动最大140.81μm，各轴瓦温度正常。10min后汽轮机定速至3000rpm，汽轮机轴系振动、轴系瓦温参数无异常，振动最大值为3Y：115μm。

3、启动方式优化建议

我们结合不同二次再热机型多次启动经验，冲转前适当降低各级蒸汽压力温度，是可行的，以哈汽二次再热汽轮机为例，通过摸索，暖机转速我们定在600rpm、980及1520rpm三个转速点，结合锅炉运行情况我们采取分段调整参数的方式，冲转过程的暖机时间一定要充足，每个转速点暖机1小时以上。在挂闸至600rpm暖机检查期间可以选择一个较低的启动参数，比如主汽压力5.0MPa、一次再热压力1.5MPa、二次再热压力0.5MPa，980rpm暖机点由于进汽量无明显增大，仍然可以使用当前的运行参数。

到达1530rpm暖机点可以适当提高主蒸汽压力至6Mpa, 一次再热压力1.6MPa、二次再热压力0.6MPa ，中速暖机完成后，可以考虑将主汽压力提高至7.5MPa，一次再热压力1.8MPa，二次再热压力0.8MPa，并且在2600rpm可以做短暂停留检查，确认无异常后将汽轮机转速升至3000rpm运行，并网前逐步增加锅炉燃料量，将运行参数提高到并网推荐参数（主汽11.0MPa、一次再热2.8MPa、二次再热0.9MPa），并网后应尽快提高各级蒸汽温度，并将机组负荷升至200MW以上运行，避免低负荷运行汽轮机整体汽温下滑对汽轮机带来冷却收缩问题。

同样对比上海汽轮机厂，对于上海汽轮机厂二次再热汽轮机热态启动，在保证进汽温度过热度的前提下，通常建议超高压缸进汽11MPa／510℃，高压缸进汽2.1MPa／510℃，中压缸进汽1.0MPa／510℃，适当投入炉侧减温水控制主汽、一再、二再汽温。但在实际启动过程总结，发现进一步降低蒸汽压力更有助于机组的启动，减少保护动作的次数。

4、冷态启动中速暖机优化建议

按照原哈汽冷态启动曲线和控制阀位设计（低速暖机综合流量阀位改0:0:1（中压缸冲转）），中压缸冷态启动几乎不暖机，认为中压缸的预暖是比较困难，希望在快速定速额定后再对机组进行整体暖机，但在过临界时#3、4瓦振动通常会触发振动跳机保护。

为了避开临界转速点，中速暖机区1350～1610r/min，但实际可选转速范围非常窄（非临界转速区间900～1050r/min）：可选转速似乎都未脱离中压转子临界转速共振区、且接近高压转子临界转速共振区（#1机转速提至1530r/min时#2瓦轴振开始爬升），停留后#3、4瓦振动没能彻底变小，而#1、2瓦轴振已有明显增大。最终经过多次启动摸索，选取了在1450r/min左右进行停留。

1、综合流量阀位控制1:1.3:1.3；

2、冲转升速率：正常速率100rpm/min、过临界500rpm/min；

3、低速暖机：转速980rpm暖中压缸；

暖机转速选择980rpm原因：出现#1～4瓦因动静碰磨轴振大。此时回退600rpm旋转直轴，依靠蒸汽带着碰磨热量、快速消除转子热弯曲，等振动降低且稳定后再冲至980rpm。

低速暖机主要目标是为了让中压缸缸涨提高到合适值（>8.0mm）、中压缸第1级内壁温度提高至200℃以上，此时能较好的降低中压缸两端轴承振动。

4、中速暖机：在原有暖机转速区1350～1600rpm停留暖高压缸，其目标在于降低#2瓦振动值。

5、冷态冲转参数：考虑主汽、一次再热、二次再热的压比匹配，投用1台磨降低燃料量，获得尽可能低的冷态冲转参数。主汽5.3MPa/380℃、一再1.3MPa/380℃、二再0.5MPa/380℃。实际此参数下启动汽轮机各调门开度依然很小，各缸进汽量不够充分，暖缸暖轴也并未达到最佳的效果。

6、定速3000rpm：为保障过临界（1350～2400rpm）的升速率，需逐步增加给煤量，煤、水、旁路根据锅炉燃烧适当调整，保证在定速稳定运行后，蒸汽参数不出现大幅度下降而引起机组金属部件冷却。

7、并网前调整压比

冷态冲转进汽参数压比不符合主机冲转参数的压比，并网前需调整至原设计的启动参数；并网后及时关小旁路、开超高调，确保并网后机组负荷不大幅回落，并尽快将机组整体负荷升至20%额定负荷。

5关于增加中压缸进汽的建议

在实际中速暖机时，中压缸进汽调门几乎无可见开度（1%左右），中压缸暖机汽量十分有限，主要靠鼓风；暖机时间长且效果差。且每次提速开中调时都会引起中压转子振动的快速爬升（反应在#3、#4轴振上）。
暖机优化建议：
1、暖机转速点避开高中压转子的临界转速，1350rpm前选取最高可停留转速，提高中缸进汽，增加暖机效果。

2、增加中压缸的进汽量
（1）从DEH逻辑控制方面着手将综合流量阀位控制比例（超高/高/中调阀位比例）1：1.3：1.3修改为0：0：1。最佳方法是设置一个专用的“冷态启动暖机”模式，其功能：保持目标转速不变，将综合流量阀位控制1：1.3：1.3缓慢切换至0：0：1。这样可不打破原冲转模式，机组仍按原有的综合流量阀位控制1：1.3：1.3模式冲转至暖机转速。在暖机转速中压缸需暖机时，在最新“冷态启动暖机”模式下：先锁定目标转速设置，缓慢关闭（超）高调的同时开启中调、维持暖机转速不变，期间（超）高压缸靠各自调门平衡孔进汽、鼓风暖机。中压缸暖好后退出“冷态启动暖机”模式，综合流量阀位控制缓慢恢复至1：1.3：1.3，目标转速设置的锁定解除，中压缸暖机结束。

（2）尽可能压低冷态冲转参数（汽压和真空）。启动初期不考虑主汽、一次再热、二次再热的压比，降低锅炉的燃料量，获得尽可能低的冷态冲转参数，目的尽可能开大中速暖机时的中调开度，让中调有一个明显的可见开度。中压缸暖机结束，调整燃烧、旁路，将参数恢复至冲转参数（7.0MPa/400℃、一再1.8MPa/400℃、二再0.8MPa/400℃）后准备提速过临界。
（3）排除过临界时中压转子的进汽扰动。达到中速暖机后短暂停留5min，完成中调门开度记忆、将综合流量阀位控制切成1：1.3：m，之后的升速交给（超）高调、期间中调开度m不变，过完临界区（>2400rpm）后再逐步开启中调，确保定速3000rpm时已恢复正常的1：1.3：1.3，这样，可将进汽对中压转子过临界的影响降到最低，保障中压转子顺利过临界。
6 综述：

二次再热汽轮机在启动方式上，大家追求的共同目标都是一致的，主要通过选取一种良好的进汽方式配合适宜的蒸汽参数，让汽轮机组的各个缸体部件、管道阀门、膨胀滑销系统等安全可靠地良好启动运行，并在最短的时间间隔内使得汽轮机组稳定平顺地进入额定转速和带负荷运行状态。和一次再热机组相比，二次再热机组的启动参数更高，系统运行复杂程度更高。启动初期蒸汽流量低，冷态启动需要考虑暖缸的效果，热态启动又需要控制排汽温度不因鼓风发热升高;汽轮机蒸汽阀门更多，同时考虑各金属结构的均匀受热、应力释放，转速调节综合控制往往更为复杂。目前行业内大多数制造厂通常采用VHP/HP/IP（超高/高/中压缸）联合启动方式。阀门开启顺序: 先打开超高压缸(VHP)，在达到一定蒸汽流量后，再开启高压缸/中压缸(HP/IP)。启动过程汽轮机汽缸的蒸汽进汽流量过小，容易造成VHP及HP排汽温度过高，因此二次再热机组的排汽缸温度也成为目前业内最为重要的关注点之一。针对不同汽轮机组，在实际的启动过程发现其特性的不同，从综合角度出发进行启动运行方式上优化调整是可行且必要的，有利于我们机组快速、安全、稳定的启动运行，为用户带来更实质的经济效益。