中煤平朔安太堡熱電有限責(zé)任公司 郭啟存

近年來，火力發(fā)電廠節(jié)能減排和環(huán)保壓力逐年增大，人們對燃煤火力發(fā)電機(jī)組的提效減排提出了越來越高的的要求，超臨界350MW 機(jī)組因容量小、調(diào)整靈活、功能性強(qiáng)，在熱電聯(lián)產(chǎn)項目廣泛應(yīng)用，逐漸成為城市采暖供熱、供汽的主力機(jī)型之一。上海汽輪機(jī)廠為響應(yīng)市場對超臨界350MW 等級高性能供熱抽汽汽輪機(jī)的要求，引進(jìn)了西門子技術(shù)和平臺，憑借在超臨界汽輪機(jī)改造方面積累的豐富經(jīng)驗，研發(fā)了新型高效超臨界350MW 機(jī)型，上汽廠編號H159。該機(jī)型結(jié)構(gòu)先進(jìn)、熱耗低，采用了“一鍵啟?！奔夹g(shù)，操作簡單。但是也遇到了冷態(tài)啟動時間過長的問題。

建投遵化熱電2×350MW 抽汽供熱機(jī)組汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠制造的C350-24.2/0.4/566/566型超臨界中間再熱抽汽凝汽式、單軸、一次中間再熱、兩缸兩排汽、凝汽式（可抽汽）汽輪機(jī)，在調(diào)試及運(yùn)營初期的冷態(tài)啟動過程中，遇到了暖閥和暖機(jī)時間過長的問題，暖閥需時4小時，定速600rpm暖機(jī)時間長達(dá)8小時，直接影響了機(jī)組冷態(tài)啟動成本，同時因低速暖機(jī)時間過長、汽缸進(jìn)汽量少、進(jìn)汽不均，造成汽缸加熱不均，引發(fā)汽輪機(jī)振動大的問題。針對該問題，運(yùn)行人員進(jìn)行了大量的探索試驗，制訂了一系列運(yùn)行調(diào)整措施，最終控制機(jī)組冷態(tài)啟動暖閥和暖機(jī)時間在6小時以內(nèi)，大幅緩解了因暖機(jī)時間長帶來的問題。

本文介紹了上汽新型高效超臨界350MW 汽輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)和設(shè)計特點(diǎn)，分析了汽輪機(jī)冷態(tài)啟動時間過長的原因，提出了啟動過程中各階段運(yùn)行控制策略，總結(jié)了汽輪機(jī)自動化啟動過程中熱應(yīng)力控制特點(diǎn)及縮短啟動時間措施和方法，對國內(nèi)同類型機(jī)組的冷態(tài)啟動運(yùn)行操作控制具有一定的借鑒和參考意義。

1 新型超臨界350MW 汽輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)和設(shè)計特點(diǎn)

1.1 通流部分

該新型H159機(jī)型采用了整體通流葉片技術(shù)（AIBT)設(shè)計平臺，對高中壓、低壓通流進(jìn)行了整體優(yōu)化設(shè)計。高中壓合缸，采用整體內(nèi)、外缸，通流反流布置，將高壓內(nèi)缸、高壓持環(huán)、中壓內(nèi)缸、中壓持環(huán)整合為整體內(nèi)缸，結(jié)構(gòu)簡潔，能夠有效避免內(nèi)缸和持環(huán)之間相互漏汽的現(xiàn)象[1]。

高壓缸設(shè)置調(diào)節(jié)級，高壓進(jìn)汽方式為噴嘴加節(jié)流調(diào)節(jié)，高壓通流部分由1級單列調(diào)節(jié)級和14級壓力級所組成。中壓通流部分共有14級壓力級，中壓缸第11級后出來的一部分蒸汽經(jīng)過#4抽汽插管抽汽至除氧器及給水泵汽輪機(jī)，同時還提供一定量的廠用蒸汽。高中壓缸的下部設(shè)有1個5段抽汽口，其抽汽至#5低加，同時提供蒸汽至熱網(wǎng)。低壓缸采用雙流設(shè)計，共2×7級，末級葉片長915mm。高中壓模塊廠內(nèi)總裝后整體發(fā)運(yùn)，減少了現(xiàn)場安裝誤差[2]。

1.2 軸系

汽輪機(jī)整個軸系為“N+1”單支點(diǎn)支撐，即由2根轉(zhuǎn)子、3個支承軸承組成。汽輪機(jī)由高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子組成。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為單支撐型式，高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子均為無中心孔整鍛轉(zhuǎn)子，通過聯(lián)軸器直接相連。

1.3 DEH 控制系統(tǒng)

該汽輪機(jī)DEH 系統(tǒng)采用了上汽超超臨界機(jī)組的DEH 控制系統(tǒng)，通過透平應(yīng)力控制器（TSE）對汽輪機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子、高中壓進(jìn)汽閥體和汽缸等部件的熱應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)視和評估，來控制汽輪機(jī)的啟停和變負(fù)荷。通過汽輪機(jī)SGC 主順控來自動完成汽輪機(jī)的暖閥、沖轉(zhuǎn)、低速暖機(jī)、升速至額定轉(zhuǎn)速和并網(wǎng)的整個啟動過程[3]，汽輪機(jī)的自動啟動系列程序一共需要35步實(shí)現(xiàn)，其中第11步的開啟調(diào)門前的鍋爐蒸汽品質(zhì)確認(rèn)需要運(yùn)行人員手動確定，第27步的低速暖機(jī)結(jié)束后的升速至額定轉(zhuǎn)速需要運(yùn)行人員手動釋放。

2 新型H159機(jī)型冷態(tài)啟動暖機(jī)時間長的原因分析

汽輪機(jī)運(yùn)行模式的改變，例如帶蒸汽沖轉(zhuǎn)，升速到暖機(jī)轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速，汽輪機(jī)的加載程序以蒸汽壓力和流量的突變的形式給汽輪機(jī)強(qiáng)加載荷，這會使熱傳遞增加[4]。在現(xiàn)有的運(yùn)行條件下，是否允許改變汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，需要一個判斷標(biāo)準(zhǔn)。因此DEH 系統(tǒng)引入了X、Z 準(zhǔn)則用來評估和判斷汽輪機(jī)是否可以改變目前狀態(tài)而又不超出預(yù)設(shè)的熱應(yīng)力限制值。該機(jī)型冷態(tài)啟動時間過長的主要原因為暖機(jī)和暖閥時間過長。

2.1 增加X7C 和X7D 準(zhǔn)則

新型H159機(jī)型增加了X7C 和X7D 準(zhǔn)則，是冷態(tài)啟動暖機(jī)時間過長的主要原因。該機(jī)型高、中壓轉(zhuǎn)子選取的材料為30Cr1Mo1V 鋼，因材料的限制，啟動X 準(zhǔn)則相比上汽超超臨界蒸汽輪機(jī)增加了X7C 和X7D 準(zhǔn)則，這兩個準(zhǔn)則用于檢查和判斷汽輪機(jī)加速到額定轉(zhuǎn)速前，高、中壓轉(zhuǎn)子中心最低溫度必須大于轉(zhuǎn)子材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，它對轉(zhuǎn)子暖機(jī)時間和轉(zhuǎn)子表面溫度提出了限制要求。

X7C 和X7D 準(zhǔn)則分別要求高、中壓內(nèi)缸測點(diǎn)溫度＞202.5℃和261℃，而該機(jī)型高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速區(qū)比較多且密集，在700rpm 至2700rpm 之間無合適的轉(zhuǎn)速停留區(qū)間用于暖機(jī)，只能選擇在600rpm進(jìn)行低速暖機(jī)，該轉(zhuǎn)速下汽輪機(jī)進(jìn)汽量很小且不均勻，造成暖機(jī)時間過長且易造成暖機(jī)不充分。

2.2 Z 準(zhǔn)則

新型H159機(jī)型在沖轉(zhuǎn)前，為了保證主汽門前蒸汽溫度具有足夠的過熱度，設(shè)置了過熱度準(zhǔn)則（即Z 準(zhǔn)則），要求主汽門前蒸汽溫度過熱度＞30K 且高壓主汽門前蒸汽溫度＞360℃。高中壓主汽門前蒸汽溫度緊挨著主汽門門體布置，主汽門前疏水管道設(shè)計距離蒸汽溫度較遠(yuǎn)，主汽門前蒸汽溫度在暖閥期間溫升較慢，是冷態(tài)啟動暖閥時間過長的主要原因。

Z1準(zhǔn)則。打開高壓主汽門前的檢查θRS＞θSatSt+30（SGC 啟動順控第11步判斷）。θSatSt：1號高壓主汽門前蒸汽壓力1、2、3選中與2號高壓主汽門前蒸汽壓力1、2、3選中值后再選低值計算的飽和溫度；θRS：1、2號高壓主汽門前蒸汽溫度的最高值。

Z2準(zhǔn)則。打開中壓主汽門前的檢查（過熱度準(zhǔn)則）。θRS＞θSatSt+30（SGC 啟動順控第11步判斷）。θSatSt：1號中壓主汽門前蒸汽壓力與2號中壓主汽門前蒸汽壓力選低值計算的飽和溫度；θRS：1、2號中壓主汽門前蒸汽溫度的最高值。

Z3準(zhǔn)則。打開高壓主汽門前的檢查（過熱度準(zhǔn)則）。θRS＞θSatSt+10（SGC 啟動順控第13步判斷），θRS＞θSatSt+30（SGC 啟動順控第20步判斷）。θSatSt：1號高壓主汽門前蒸汽壓力1、2、3選中與#2高壓主汽門前蒸汽壓力1、2、3選中值后選低值計算的飽和溫度；θRS：1、2號高壓主汽門前蒸汽溫度的最低值。

Z4準(zhǔn)則。打開中壓主汽門前的檢查（過熱度準(zhǔn)則）。θRS＞θSatSt+10（SGC 啟動順控第13步判斷），θRS＞θSatSt+30（SGC 啟動順控第20步判斷）。θSatSt：1、2號中壓主汽門前蒸汽壓力計算的飽和溫度；θRS：1、2號中壓壓主汽門前蒸汽溫度的最低值。

為了提高、中壓主汽門前的蒸汽溫度，SGC 啟動順控系統(tǒng)設(shè)置了暖閥程序，通過間隙性開啟高壓主汽門，蒸汽通過高壓主汽門進(jìn)入高壓調(diào)門進(jìn)汽腔室，利用高壓主汽門調(diào)閥疏水來提高高壓主汽門前蒸汽溫度，但中壓主汽門開啟后蒸汽無法進(jìn)入中壓調(diào)門閥腔，蒸汽無法通過中壓調(diào)閥疏水，因此在暖閥順控中未設(shè)置間隙性開啟中壓主汽門的程序，致使中壓主汽門前溫度上升緩慢，尤其在SGC 順控走到20步時，Z4準(zhǔn)則難以滿足，汽輪機(jī)無法進(jìn)入沖轉(zhuǎn)步驟。

3 縮短冷態(tài)啟動時間運(yùn)行控制策略

3.1 盡早投入SGC 順控，執(zhí)行暖閥程控縮短冷態(tài)啟動暖閥時間

鍋爐點(diǎn)火后，主蒸汽啟壓0.2MPa 后，逐步開啟高低旁，根據(jù)升溫升壓曲線提高主再熱蒸汽參數(shù)，此階段應(yīng)逐步開大高低旁路，主、再熱蒸汽同步升溫、升壓。鍋爐熱態(tài)沖洗結(jié)束蒸汽品質(zhì)合格后，盡早投入SGC 順控執(zhí)行暖閥程控，通過開大高低旁增大蒸汽流量，提高主再熱蒸汽溫度和壓力。

在進(jìn)行暖閥程控時，提高再熱蒸汽壓力至0.8MPa 以上，利用再熱主汽門門桿漏汽，增大通過再熱主汽門前蒸汽量，提高再熱主汽門前蒸汽溫度溫升速率，當(dāng)兩側(cè)再熱主汽門前蒸汽溫度均達(dá)到170℃以上、且汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)的其他條件都滿足后，降低再熱蒸汽壓力至0.3至0.2MPa，讓Z4準(zhǔn)則快速滿足，進(jìn)入沖轉(zhuǎn)程序，達(dá)到縮短暖閥時間的目的。

3.2 縮短暖機(jī)時間運(yùn)行控制策略

提前投入軸封，韶關(guān)市粵華電力有限公司每次冷態(tài)啟動提前一天投運(yùn)軸封系統(tǒng)，在沖轉(zhuǎn)前，汽輪機(jī)高、中壓缸內(nèi)缸溫度能達(dá)到100℃左右[5]，此方法遵化熱電也開展了相關(guān)試驗，可以縮短汽輪機(jī)低速暖機(jī)時間半小時至1小時，但沖轉(zhuǎn)前過早地向軸封供汽，會出現(xiàn)上、下缸溫差增大和脹差正值增大的問題，且該方法在缸溫相對較高（100℃左右），效果有限。在停機(jī)時間較長、缸溫低于60℃以下可采用此方法，但應(yīng)控制好軸封供汽溫度，密切關(guān)注盤車工況下缸體各溫度，尤其上下缸溫差、轉(zhuǎn)子偏心值、轉(zhuǎn)子和汽缸膨脹值等趨勢變化。

600rpm 暖機(jī)期間投入高低加運(yùn)行，汽輪機(jī)定速600rpm 開始暖機(jī)后，盡早投入高低加汽測運(yùn)行，目的在于增大高中壓缸的進(jìn)汽量。因2號高加抽汽來自再熱冷段，2號高加投入抽汽后會造成進(jìn)入鍋爐再熱蒸汽減少，再熱器蒸汽冷卻流量不足，再熱器超溫，2號高加的投入對于暖機(jī)無影響，但可以提高給水溫度，對鍋爐初期水動力循環(huán)有益，可以少投或不投。低速暖機(jī)期間投入高低加運(yùn)行，因抽汽汽量少，抽汽壓力低、甚至為負(fù)壓環(huán)境，高低加汽側(cè)水位難以控制，應(yīng)安排專人密切監(jiān)視并及時調(diào)整，避免高低加水位高造成汽輪機(jī)進(jìn)水事故。

降低汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)初、末參數(shù)。遵化熱電在借鑒同類型機(jī)組低速暖機(jī)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將低速暖機(jī)時的主蒸汽壓力由廠家推薦的8.4MPa 降低至3～4MPa，再熱蒸汽壓力降低至0.25～0.5MPa，提高機(jī)組背壓至10～15kPa，暖機(jī)時間由原來的7～8小時縮短至4～5小時，暖機(jī)效果明顯。但提高背壓期間，應(yīng)注意低壓缸鼓風(fēng)摩擦效應(yīng)，密切關(guān)注低壓缸排汽溫度和低壓缸隔板溫度趨勢變化，保證低壓缸噴水連續(xù)投入。降低汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)初、末參數(shù)縮短暖機(jī)時間是同類型機(jī)組普遍采用的方式，也是效果最明顯的方法。

執(zhí)行手動切缸手段，在高壓缸溫度準(zhǔn)則X7C 滿足后，手動關(guān)閉高壓調(diào)門，增大中壓缸的進(jìn)汽量，縮短中壓缸X7D 準(zhǔn)則的滿足時間。該機(jī)型低速暖機(jī)時間太長的主要原因是X7D 準(zhǔn)則要求太高（中壓內(nèi)缸測點(diǎn)溫度＞261℃），一般高壓內(nèi)缸溫度大于200℃后，中壓內(nèi)缸溫度測點(diǎn)距離X7D 條件滿足仍有60℃溫差，而受制于再熱蒸汽溫度偏低和調(diào)門開度較小，中壓內(nèi)缸溫度在200℃后上升緩慢，在咨詢上汽廠后，X7D 準(zhǔn)則由原來的261℃修改為231℃。因此在高壓內(nèi)缸溫度滿足后，通過手動設(shè)定高壓調(diào)門的閥位限值至0，人為關(guān)閉高壓缸進(jìn)汽，以增大中壓調(diào)門開度、增大中壓缸進(jìn)汽量，縮短X7D 的滿足時間。

經(jīng)過多次冷態(tài)啟動試驗，此方法有一定的效果，但會帶來高壓缸暖機(jī)不充分，高壓缸上下缸溫差大的問題，低速暖機(jī)結(jié)束，汽輪機(jī)由600rpm 升速至額定轉(zhuǎn)速期間，易造成汽輪機(jī)振動增大，冷態(tài)啟動低速暖機(jī)過程中應(yīng)慎重選擇。

4 結(jié)語

上汽新型超臨界350MW 汽輪機(jī)采用了先進(jìn)的通流設(shè)計技術(shù)和設(shè)計理念，能耗水平相比同類型機(jī)組能耗降低約57kJ/(kWh)，采用一鍵啟停技術(shù)提高了機(jī)組的自動化程度，但在運(yùn)行期間，遇到了冷態(tài)啟動暖閥和暖機(jī)時間太長的問題，針對該問題的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行了大量的探索性試驗，并制訂了針對性措施，取得了較好的效果，對于同類型機(jī)組的冷態(tài)啟動操作控制具有一定的參考和借鑒意義。