馬樹銀

摘 要：根據(jù)云南華能滇東能源有限公司機(jī)組的現(xiàn)狀，分析了汽輪機(jī)暖機(jī)過程的作用及思路，介紹了東方汽輪機(jī)廠600MW機(jī)組典型暖機(jī)方式和啟動暖機(jī)過程中的幾個重要問題。建議針對600MW汽輪機(jī)啟動暖機(jī)過程制定啟動控制的基本思路。

關(guān)鍵詞：冷態(tài)中壓缸啟動 中速暖機(jī) 脆性損傷 壽命損耗 熱應(yīng)力

中圖分類號：TK269 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0013-04

云南華能滇東能源有限公司6×600MW亞臨界汽輪機(jī)組為東方汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造。汽輪機(jī)為N600—16.7/538/538—2型亞臨界、中間再熱、單軸三缸四排汽、沖動凝汽式，設(shè)計額定功率為600MW，最大連續(xù)出力為641.122MW。汽輪機(jī)啟動過程各軸勁振動限值為250um。升速暖機(jī)過程為：（1）高壓缸盤車預(yù)暖360min，使調(diào)節(jié)級金屬溫度達(dá)到150℃以上；（2）升速至1500r/min中速暖機(jī)240min；（3）升速至3000r/min額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)40min；（4）有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。

1 汽輪機(jī)暖機(jī)過程中的重要問題

1.1 沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇

對于中間再熱大容量機(jī)組，冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇，主要是根據(jù)機(jī)組過臨界和維持定速的需要而確定的。一般主蒸汽壓力，應(yīng)綜合機(jī)爐兩方面及旁路系統(tǒng)的因素來考慮，要從便于維持啟動參數(shù)的穩(wěn)定出發(fā)，使進(jìn)入汽缸的蒸汽流量應(yīng)能滿足汽機(jī)順利通過臨界轉(zhuǎn)速和帶初始負(fù)荷的要求，同時為使金屬各部分加熱均勻，增大蒸汽的容積流量，沖轉(zhuǎn)蒸汽壓力應(yīng)盡量選擇低一些。蒸汽溫度，應(yīng)能避免啟動初期對金屬部件的熱沖擊；同時防止蒸汽過早進(jìn)入濕蒸汽區(qū)而造成的凝結(jié)放熱及末幾級葉片的水蝕，要有足夠高的過熱度；總之蒸汽溫度應(yīng)與金屬溫度相匹配。凝汽器真空，沖轉(zhuǎn)瞬間大量蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，因蒸汽的凝結(jié)需要有個過程，所以真空會有所降低，如果真空過低在沖轉(zhuǎn)瞬間就會有低壓缸安全門動作的危險，同時排汽溫度大幅度升高，使凝汽器銅管急劇膨脹，造成脹口松弛而泄漏。過高的真空也是不必要的，在其它沖轉(zhuǎn)參數(shù)都具備時僅僅為了等真空上來，必然會延遲機(jī)組沖轉(zhuǎn)時間；另外真空過高沖動汽輪機(jī)所需的蒸汽量減少，達(dá)不到良好的暖機(jī)效果從而延長暖機(jī)時間。

對沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇，必須要考慮調(diào)節(jié)級處及中壓持環(huán)處的金屬溫度與蒸汽溫度的匹配。近十幾年來隨著計算機(jī)在火電廠的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外一些制造廠都對機(jī)組提出了典型的啟動曲線、圖表。這些圖表是根據(jù)機(jī)組在啟停過程中轉(zhuǎn)子承受的交變熱應(yīng)力和轉(zhuǎn)子材料的低周疲勞壽命曲線而制定的。根據(jù)機(jī)組所要承擔(dān)的運行方式，規(guī)定出各種運行方式的啟停次數(shù)和循環(huán)壽命消耗量，同時確定出第一級葉片出口蒸汽溫度的變化量和變化率。一般機(jī)組啟動都是根據(jù)金屬溫度水平、允許的最大失配溫度，反過來查出沖轉(zhuǎn)參數(shù)的允許范圍。這里所謂的失配溫度就是調(diào)節(jié)級出口汽溫與調(diào)節(jié)級處汽缸金屬溫度之差。正值為蒸汽溫度高于金屬溫度，沖轉(zhuǎn)后直接可對轉(zhuǎn)子進(jìn)行加熱；負(fù)值表示蒸汽溫度低于金屬溫度，沖轉(zhuǎn)后蒸汽將對轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻。理想的失配溫度的選擇自然是正直。日本電氣股份公司對500MW及以上汽輪機(jī)的失配溫度提出的限值為+170℃～-110℃，并指出理想的限值為+30℃～-50℃。日本三菱公司對其大型機(jī)組的啟動明確規(guī)定，機(jī)組沖轉(zhuǎn)時調(diào)節(jié)級出口氣溫與調(diào)節(jié)級金屬溫度之差應(yīng)在+110℃～-56℃，由此決定沖轉(zhuǎn)蒸汽條件，并指出該溫差的限制值為+140℃～-83℃。本廠機(jī)側(cè)沖轉(zhuǎn)參數(shù)，主汽壓力：6.0MPa，主汽溫度：330℃，再熱汽壓力：1.1MPa，再熱汽溫：310℃，凝汽器真空：>72kPa。

1.2 暖機(jī)時的轉(zhuǎn)速選擇

汽輪機(jī)的暖機(jī)轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、汽缸共振轉(zhuǎn)速和葉片共振轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致部件在大交變應(yīng)力下加速疲勞破壞，所以選擇暖機(jī)轉(zhuǎn)速時應(yīng)對臨界轉(zhuǎn)速、汽缸共振轉(zhuǎn)速和葉片共振區(qū)了解清楚，不要隨意選擇轉(zhuǎn)速長時間暖機(jī)。為了防止高中壓轉(zhuǎn)子失穩(wěn)，高中壓合缸汽輪機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速通常為1500～1800r/min，高中壓分缸汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速通常為2000～2300r/min。

根據(jù)轉(zhuǎn)子動力學(xué)原理，轉(zhuǎn)速小于一階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子振動高點與一階不平衡質(zhì)量夾角小于90?；轉(zhuǎn)速等于一階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子振動高點與一階不平衡質(zhì)量夾角等于90?；轉(zhuǎn)速大于一階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子振動高點與一階不平衡質(zhì)量夾角大于90?且小于180?。當(dāng)發(fā)生動靜碰摩時轉(zhuǎn)子局部發(fā)熱，向碰摩位置方向彎曲。實踐證明，汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子動靜碰摩時摩擦響應(yīng)主要呈一階振型。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子熱彎曲和振動高點矢量和大于轉(zhuǎn)子熱彎曲量，動靜碰摩進(jìn)一步加劇，摩擦引起的轉(zhuǎn)子熱彎曲不斷積累增大；反之，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速時，摩擦引起的轉(zhuǎn)子熱彎曲不能積累；當(dāng)轉(zhuǎn)速接近一階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子熱彎曲和振動高點矢量和也大于轉(zhuǎn)子熱彎曲量，由于一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)摩擦熱彎曲引起的振動響應(yīng)大，動靜碰摩法向力遠(yuǎn)高于前兩種轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致摩擦發(fā)熱功率加大，摩擦熱彎曲加快，形成惡性循環(huán)。特別是高中壓轉(zhuǎn)子，由于阻尼小，一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，振幅放大因子很大，動靜碰摩可能在極短時間內(nèi)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲達(dá)到很高的水平，如轉(zhuǎn)子局部應(yīng)力超過材料屈服極限將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲，這一過程發(fā)展極快，往往是人工不可控的。

低速暖機(jī)指1000r/min以下轉(zhuǎn)速暖機(jī)。和盤車預(yù)暖的目的和原理相同，低速暖機(jī)在低應(yīng)力水平下提高轉(zhuǎn)子的抗脆性失效能力。其風(fēng)險在于摩擦熱彎曲的積累，低轉(zhuǎn)速時不易通過振動發(fā)現(xiàn)動靜摩擦，當(dāng)轉(zhuǎn)子快速通過一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時，由于摩擦熱彎曲積累的存在，動靜碰摩引起的振動遠(yuǎn)大于不低速暖機(jī)的方式。

高速暖機(jī)指2000～3000r/min的暖機(jī)，高速暖機(jī)在將轉(zhuǎn)子應(yīng)力水平控制在一定程度下獲得更高的暖機(jī)效率；此外，在高于一階臨界轉(zhuǎn)速下，動靜碰摩不會引起強(qiáng)烈振動，加之轉(zhuǎn)速高，磨汽封效果很好，高速暖機(jī)轉(zhuǎn)速也稱磨汽封轉(zhuǎn)速。但由于高速暖機(jī)時進(jìn)汽量大，熱流密度大，導(dǎo)致汽缸溫升率不可控，轉(zhuǎn)子應(yīng)力過大。

中速暖機(jī)指1000～2000r/min的暖機(jī)，日立、東芝技術(shù)的汽輪機(jī)除盤車預(yù)暖、低速暖機(jī)外，主要進(jìn)行長時間的中速暖機(jī)。按照上述分析，中速暖機(jī)存在一階臨界轉(zhuǎn)速強(qiáng)烈振動的風(fēng)險，但是日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)的中速暖機(jī)與傳統(tǒng)的中速暖機(jī)相比存在明顯不同。傳統(tǒng)中速暖機(jī)轉(zhuǎn)速選擇在遠(yuǎn)離高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的區(qū)域，通常在1000～1200r/min，低于高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速500～600r/min。日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)中速暖機(jī)轉(zhuǎn)速低于高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速150～200r/min，這一轉(zhuǎn)速下振動對動靜碰摩比較敏感，當(dāng)動靜碰摩時振動會大幅波動或持續(xù)上升，容易被運行人員發(fā)現(xiàn)并采取措施；實踐證明，這一轉(zhuǎn)速下動靜碰摩，局部摩擦發(fā)熱功率不足以導(dǎo)致局部熱應(yīng)力過大而引起轉(zhuǎn)子永久性彎曲；日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)的中速暖機(jī)轉(zhuǎn)速和振動限值的選擇有效防止了不可控動靜碰摩。日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)的中速暖機(jī)方式值得研究、試用和利用。綜上所述，我廠采用1500r/min中速暖機(jī)。

1.3 轉(zhuǎn)子材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度及脆性損傷

高強(qiáng)度合金鋼在低溫時沖擊韌性會顯著下降，工程上，將材料沖擊試驗時斷口形貌中脆性和韌性斷裂面積各占50%的試驗溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度（FATT）。大型汽輪機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子使用Cr-Mo-V鋼，其FATT為80℃～130℃。實踐表明，材料在高于FATT 50℃以上時才具有較好的抗脆性破壞能力。因此，汽輪機(jī)在啟動過程中需要在低應(yīng)力工況下暖機(jī)，使轉(zhuǎn)子溫度高于FATT后再逐漸進(jìn)入高應(yīng)力工況。

在汽輪機(jī)冷態(tài)啟動升速過程中，由于溫升較小，汽輪機(jī)部件的熱應(yīng)力還不很大，預(yù)防轉(zhuǎn)子低溫脆性損傷就成為主要任務(wù)之一。這要求合理地安排升速方式，使機(jī)組在定速之前，在轉(zhuǎn)子應(yīng)力水平不高的條件下，進(jìn)行充分暖機(jī)，將轉(zhuǎn)子內(nèi)孔的金屬溫度提高到FATT以上。三菱公司汽輪機(jī)運行說明書指出，在冷態(tài)啟動時，中速暖機(jī)的目的主要是預(yù)防轉(zhuǎn)子脆性損傷。在WH、GE公司的大型汽輪機(jī)運行規(guī)程中也規(guī)定，在升速過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子內(nèi)孔金屬溫度達(dá)到FATT之后，才允許升速到定速。

汽輪機(jī)在啟動過程中，轉(zhuǎn)子屬于不穩(wěn)定的加熱過程，其中心孔的金屬溫度滯后于表面溫度。同時在高轉(zhuǎn)速情況下，轉(zhuǎn)子中心孔部位承受比較高的離心力。因此，為了防止脆性損傷，在升速到定速之前，要求高中壓轉(zhuǎn)子最后一級葉輪段的轉(zhuǎn)子中心孔部位的金屬溫度應(yīng)超過FATT。由于高壓缸采取盤車預(yù)暖360min，使調(diào)節(jié)級金屬溫度達(dá)到150℃以上后，升速至1500r/min中速暖機(jī)240min，在中速暖機(jī)結(jié)束時，高壓轉(zhuǎn)子最后一級中心孔部位已達(dá)到150℃。因此高壓轉(zhuǎn)子在中速暖機(jī)結(jié)束時，能夠順利渡過FATT。而中壓轉(zhuǎn)子在中速暖機(jī)結(jié)束時，末級中心孔部位金屬溫度還較低，約在90℃～100℃左右，遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子材料的FATT。由于沖轉(zhuǎn)時再熱蒸汽溫度低、蒸汽流量小、壓力低、放熱系數(shù)小、在升速過程中最后幾級蒸汽溫度變化緩慢、缸體和轉(zhuǎn)子粗大、吸熱量多等，所以中壓轉(zhuǎn)子后半部金屬溫升速度緩慢，在中速暖機(jī)結(jié)束時，難以渡過FATT。因此，汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家規(guī)定，升速至3000r/min額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。由此看來，在預(yù)防汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的脆性損傷時，對中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)給予充分的重視。

1.4 中速暖機(jī)的時間及指標(biāo)控制

在冷態(tài)啟動時，應(yīng)根據(jù)沖轉(zhuǎn)時金屬溫度的實際狀態(tài)和暖機(jī)結(jié)束時的實際金屬溫度變化狀態(tài)靈活地確定中速暖機(jī)時間，而不是一固定的數(shù)據(jù)。在升速過程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加熱效果，不僅受主汽溫度和再熱汽溫度的影響，特別是中壓轉(zhuǎn)子的后半部，還將受到軸封蒸汽溫度、汽缸及轉(zhuǎn)子幾何形狀尺寸、排汽真空等多種因素的影響。即使同樣的蒸汽參數(shù)，由于運行方式不同，金屬的受熱狀態(tài)將有所差異。因此判別轉(zhuǎn)子金屬溫度是否已渡過FATT，應(yīng)該以中壓缸排汽部分實際金屬溫度狀態(tài)或?qū)嶋H排汽溫度為依據(jù)。為此建議在中壓缸排汽管上或中壓缸排汽室安裝汽溫或金屬溫度測點，進(jìn)行轉(zhuǎn)子實際受熱狀態(tài)的監(jiān)測。在東芝公司的大型火電機(jī)組啟動方式中明確指出，為了預(yù)防脆性損傷，應(yīng)以中壓缸排汽室上半部的金屬溫度實際變化狀態(tài)來判斷中速暖機(jī)是否結(jié)束；GE公司汽輪機(jī)啟動和帶負(fù)荷導(dǎo)則中規(guī)定，中速暖機(jī)后，中壓缸排汽溫度低于200℃時，還需進(jìn)行高速暖機(jī)。然而，也并不是說中壓缸排汽溫度達(dá)到啟動和帶負(fù)荷導(dǎo)則中規(guī)定的溫度時，中速暖機(jī)就結(jié)束。根據(jù)各公司的工業(yè)試驗結(jié)果可知，在一定的蒸汽參數(shù)狀態(tài)下，當(dāng)中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度時，由于轉(zhuǎn)子較粗及傳熱的滯后，轉(zhuǎn)子中心溫度還沒有越過FATT，轉(zhuǎn)子中心與轉(zhuǎn)子外表面的溫差還很大，只有在中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2～4h后，轉(zhuǎn)子中心的溫度才越過FATT。在排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2h后，雖然轉(zhuǎn)子中心溫度已達(dá)到FATT，但轉(zhuǎn)子外表面與轉(zhuǎn)子中心的溫差還很大，導(dǎo)致熱應(yīng)力很大；一般在大于4個小時后內(nèi)外表面的溫差<20℃，這時熱應(yīng)力已很小。該廠中速暖機(jī)的控制指標(biāo)為：（1）高壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（2）中壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（3）高中壓缸膨脹>8mm；（4）中壓缸排汽室內(nèi)壁溫>240℃。

1.5 啟動過程中汽輪機(jī)的壽命管理及分配

汽輪機(jī)的壽命是指從初次投入運行一直到轉(zhuǎn)子出現(xiàn)第一條宏觀裂紋（長度為0.2～0.5mm）經(jīng)歷過的交變載荷次數(shù)。根據(jù)工程經(jīng)驗，汽輪機(jī)壽命主要取決于機(jī)組啟停和負(fù)荷變化引起的交變熱應(yīng)力。這種高水平交變熱應(yīng)力，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子低周疲勞損傷的主要因素。度量汽輪機(jī)壽命的單位是轉(zhuǎn)子承受的交變載荷的循環(huán)次數(shù)，并不是運行時間。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是整個汽輪機(jī)機(jī)組中最昂貴的部件，又工作在高溫高壓的惡劣環(huán)境中，一般定義汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的壽命即為汽輪機(jī)組壽命。

低周疲勞損傷是構(gòu)成轉(zhuǎn)子損傷的主要部分，產(chǎn)生熱應(yīng)力的原因是轉(zhuǎn)子本身受熱不均，存在著溫差，主要發(fā)生在汽輪機(jī)啟動階段、停機(jī)階段和負(fù)荷變動階段。啟動時，轉(zhuǎn)子工作在穩(wěn)定導(dǎo)熱條件下，但是轉(zhuǎn)子表面先受到蒸汽加熱膨脹。轉(zhuǎn)子表面接受到熱量后，再以熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞帶其他部分。轉(zhuǎn)子內(nèi)部溫度較低，限值表面膨脹，從而導(dǎo)致了熱應(yīng)力的產(chǎn)生，此時轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，二中心部位承受拉應(yīng)力。單位時間內(nèi)傳給轉(zhuǎn)子表面的的熱量越多，則溫差越大，熱應(yīng)力也就越大。汽輪機(jī)的停機(jī)過程正相反，是一個冷卻過程，熱力參數(shù)和機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)也要發(fā)生一系列變化。停機(jī)時轉(zhuǎn)子表面先冷卻，中心部位保持較高溫度，從而使表面承受拉應(yīng)力而中心部位承受壓應(yīng)力。這樣，每啟停一次，轉(zhuǎn)子表面和中心部位就承受一次壓應(yīng)力和一次拉伸應(yīng)力的作用，這種交變應(yīng)力引起金屬材料的疲勞損傷，長期積累就有可能出現(xiàn)裂紋。因此，控制金屬溫升率，限值部件的熱應(yīng)力，保證循環(huán)壽命消耗量不超過規(guī)定數(shù)值，是汽輪機(jī)啟停控制的基本準(zhǔn)則。其中，壽命消耗主要考慮以下兩個方面。

（1）由蠕變引起的壽命消耗：它占整個壽命消耗量的20%～30%，其壽命消耗量通常用t0/tR表示。其中t0為運行小時數(shù)，tR為相應(yīng)此運行狀態(tài)的溫度和應(yīng)力作用下，達(dá)到蠕變損壞所需的小時數(shù)?？偟娜渥儔勖牧繛椋?/p>

一般啟動過程中，金屬溫度不高，通常不考慮蠕變壽命消耗。只有金屬溫度超過420℃時才考慮合金鋼部件的蠕變問題。

（2）低周疲勞引起的壽命消耗：它占整個壽命消耗量的70%～80%，其壽命消耗量通常表示為：

式中，n為實際的循環(huán)次數(shù)，一個完整的循環(huán)包括啟動、帶負(fù)荷運行、停機(jī)的整個過程；N為相應(yīng)此運行溫度和應(yīng)力到達(dá)產(chǎn)生低周疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)?？偟牡椭芷趬勖牧繛椋?/p>

2 暖機(jī)過程中存在的問題

2.1 煙煤啟動導(dǎo)致蒸汽溫度過高

近幾年，火電行業(yè)大面積虧損，為了提高啟機(jī)過程的經(jīng)濟(jì)性，為了節(jié)省燃油量和廠用電，爭先恐后地實行煙煤啟動。由于實施煙煤啟動導(dǎo)致爐膛內(nèi)的輻射熱量和對流熱量發(fā)生較大變化，火焰中心上移。導(dǎo)致爐膛產(chǎn)汽量偏少和蒸汽溫度不可控。最終導(dǎo)致中速暖機(jī)過程中蒸汽溫度不可控，蒸汽溫度過高。這將使得暖機(jī)過程中調(diào)節(jié)級金屬溫度和中壓持環(huán)金屬溫度在短時間內(nèi)達(dá)到中速暖機(jī)結(jié)束的目標(biāo)值，但對于汽缸和轉(zhuǎn)子將造成很大的損傷，尤其是轉(zhuǎn)子。

2.2 中速暖機(jī)的指標(biāo)控制及暖機(jī)時間

東方汽輪機(jī)廠600MW機(jī)組中速暖機(jī)的指標(biāo)控制為：（1）高壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（2）中壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（3）高中壓缸膨脹>8mm；（4）中壓缸排汽室內(nèi)壁溫>240℃。中速1500r/min暖機(jī)240min，然后升速至額定轉(zhuǎn)速3000r/min暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。大部分廠在暖機(jī)過程中主要看缸脹和調(diào)節(jié)級溫度，只要這兩個指標(biāo)達(dá)到就準(zhǔn)備升速并網(wǎng)帶負(fù)荷。

2.3 中速暖機(jī)過程中的金屬溫升率

高壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的150℃加熱到320℃，溫度上升170℃，按60℃/h的溫升率算，3h即可完成暖機(jī)；中壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的80℃左右加熱到320℃，溫度上升240℃，按60℃/h的溫升率算，4h即可完成暖機(jī)。最近大部分電廠在中速暖機(jī)過程中一般2.5～3h就達(dá)到320℃，中壓缸溫升率在1.5℃/min左右，壽命消耗也在允許的范圍內(nèi)。單從溫升率看是沒問題。

2.4 中速暖機(jī)結(jié)束后進(jìn)一步階段性暖機(jī)

廠家要求中速暖機(jī)結(jié)束后，升速至額定轉(zhuǎn)速3000r/min暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。許多電廠在中速暖機(jī)結(jié)束后就直接升速至3000r/min，接著就并網(wǎng)帶負(fù)荷。

3 針對中速暖機(jī)的建議

3.1 執(zhí)行煙煤啟動方案時，把控好投粉時機(jī)及投粉量

在燒參數(shù)階段一般汽包起壓，高低旁開啟后就準(zhǔn)備投粉，二次風(fēng)溫度也沒有達(dá)到規(guī)程要求。從最近幾年煙煤啟動來看，投粉時間越早，蒸汽參數(shù)越難控制。

而且投粉早且粉量大的情況下，更容易出現(xiàn)蒸汽溫度高而壓力低的現(xiàn)象。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因就是投粉早引起的，投入煤粉后減小了油流量，導(dǎo)致輻射熱量減少，對流熱量比例增大，最終導(dǎo)致產(chǎn)汽量減少，壓力起不來且蒸汽溫度偏高。要想改變此現(xiàn)象，只能是增高爐膛高度，但這是不可能的。因此，在燒參數(shù)時，建議汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后開始中速暖機(jī)后再投粉，這樣蒸汽參數(shù)要好控一些。投粉量根據(jù)中速暖機(jī)過程中溫度上升幅度來調(diào)整，主再熱氣溫控制在420℃～450℃為好。

3.2 控制好燃油量，不能過分追求節(jié)油

現(xiàn)在各電廠之間加強(qiáng)了交流溝通學(xué)習(xí)，最近在煙煤啟動方案的交流甚為頻繁，由于對比導(dǎo)致一個廠想比一個廠節(jié)油經(jīng)濟(jì)。本廠現(xiàn)在煙煤啟動從鍋爐點火至機(jī)組負(fù)荷350MW斷油，各階段耗油分析如下：鍋爐燒參數(shù)階段耗油40～45t，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至中速暖機(jī)結(jié)束階段耗油20～30t，機(jī)組并網(wǎng)至油槍全部撤出階段耗油15～20t，機(jī)組啟動用油大概在75～95t；啟動爐運行約20～25h，耗油20～30t；共計耗油在95～125t的范圍。以前的純油啟動耗油在170～180t的范圍，相比之前煙煤啟動節(jié)約50～70t的油耗。有些廠能將油耗控制在50t左右在有鄰爐加熱的情況下，通過學(xué)習(xí)觀摩后發(fā)現(xiàn)咱們也能達(dá)到這個油耗，但這導(dǎo)致機(jī)組參數(shù)不可控，在這種情況下還想縮短暖機(jī)時間，勢必導(dǎo)致熱沖擊、熱應(yīng)力及壽命損耗過大，長久來說對機(jī)組安全產(chǎn)生不利影響。

3.3 中速暖機(jī)的時間把控

高壓調(diào)節(jié)級金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的150℃加熱到320℃，溫度上升170℃，按60℃/h的溫升率算，3h即可完成暖機(jī)；中壓持環(huán)金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的80℃左右加熱到320℃，溫度上升240℃，按60℃/h的溫升率算，4h即可完成暖機(jī)。我廠最近在中速暖機(jī)過程中一般2.5～3h就達(dá)到320℃，中壓缸溫升率在1.5℃/min左右，壽命消耗也在允許的范圍內(nèi)，單從溫升率看是沒問題。但是根據(jù)各公司的工業(yè)試驗結(jié)果可知，在一定的蒸汽參數(shù)狀態(tài)下，當(dāng)中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度時，由于轉(zhuǎn)子較粗及傳熱的滯后，轉(zhuǎn)子中心溫度還沒有越過FATT，轉(zhuǎn)子中心與轉(zhuǎn)子外表面的溫差還很大，只有在中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2～4h后，轉(zhuǎn)子中心的溫度才能越過FATT。在排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2h后，雖然轉(zhuǎn)子中心溫度已達(dá)到FATT，但轉(zhuǎn)子外表面與轉(zhuǎn)子中心的溫差還很大，導(dǎo)致熱應(yīng)力很大；一般在排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度后暖機(jī)大于4h后內(nèi)外表面的溫差小于20℃，這時熱應(yīng)力已很小，對機(jī)組損傷才達(dá)最小。因此，建議通過中壓缸排汽溫度及四段抽汽溫度的變換來安排暖機(jī)時間，即在中速暖機(jī)1h后，檢查中壓缸排汽溫度及四段抽汽溫度，若兩個溫度測點都達(dá)200℃以上，則再暖機(jī)2h后轉(zhuǎn)子中心孔與轉(zhuǎn)子外表面的內(nèi)外壁溫差小于80℃，而且轉(zhuǎn)子中心的溫度也基本能越過FATT，在這種情況下即可升速至額定轉(zhuǎn)速。

3.4 升速至3000r/min及帶5%的初始負(fù)荷暖機(jī)

汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家規(guī)定，中速暖機(jī)結(jié)束后升速至3000r/min額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。這樣的目的是為了進(jìn)一步使轉(zhuǎn)子中心孔與轉(zhuǎn)子外表面的內(nèi)外壁溫差縮小，減小轉(zhuǎn)子內(nèi)外表面熱應(yīng)力，同時也使高壓調(diào)節(jié)級和中壓持環(huán)內(nèi)外壁金屬溫差縮小，減小了缸體的熱應(yīng)力。在此階段，將主汽閥閥殼、調(diào)節(jié)閥閥殼以及中壓進(jìn)汽室和調(diào)節(jié)級進(jìn)汽室缸體內(nèi)外壁溫度差值降至最小，對缸體及閥體的損傷也減至最小。汽輪機(jī)運行說明書指出，在主汽閥閥殼內(nèi)表面金屬溫度在300℃～400℃時，內(nèi)外壁金屬溫差不大于116℃～106℃；調(diào)節(jié)閥閥殼內(nèi)表面金屬溫度在300℃～400℃時，內(nèi)外壁金屬溫差不大于108℃～96℃；中壓進(jìn)汽室和調(diào)節(jié)級進(jìn)汽室缸體內(nèi)表面金屬溫度在300℃～400℃時，內(nèi)外壁金屬溫差不大于110℃～98℃。因此，在暖機(jī)過程中，只要上述溫差超過此范圍，就應(yīng)穩(wěn)住汽溫，停止加負(fù)荷，進(jìn)一步進(jìn)行暖機(jī)，直至溫差在控制范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

（1）對汽輪機(jī)中壓轉(zhuǎn)子脆性損傷的預(yù)防應(yīng)給予足夠的重視。

（2）為了預(yù)防脆性損傷，應(yīng)以中壓缸排汽部分金屬溫度和汽溫的實際變化狀態(tài)作為判斷中速暖機(jī)結(jié)束的標(biāo)致。

（3）中速暖機(jī)的轉(zhuǎn)速最好先在廠家推薦值暖機(jī)一段時間后再做升降速暖機(jī)，在降速暖機(jī)時，降低轉(zhuǎn)子振動限值對防止一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)不可控動靜碰摩是非常有效的，建議將振動限值降至規(guī)定值的0.7倍及以下值。

（4）汽輪機(jī)暖機(jī)方式是非常復(fù)雜的，對汽輪機(jī)的壽命和安全運行非常關(guān)鍵，在電力生產(chǎn)中常常忽視而導(dǎo)致設(shè)備事故。因此，充分分析汽輪機(jī)的設(shè)計思想、計算數(shù)據(jù)、設(shè)備特性、運行狀況以及啟動過程相關(guān)技術(shù)問題，并經(jīng)過嚴(yán)格的試驗驗證。不合理的暖機(jī)方式，不但會加速汽輪機(jī)的壽命消耗，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的汽輪機(jī)安全事故。

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