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全国 600MW 级火电机组能效对标与竞争第十四次年会论文集 600MW 级直空凝汽式汽轮机启动暖机参数选择与控制 苏洲，王军，米小娟 (内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古凉城 013700) [摘要] 汽轮机的启动暖机是机组启动过程中的关键环节。汽轮机的启动暖机操作关系到汽轮机的安全和寿命，启动暖机控制的好坏也直接影响机组的启动时间。因此，了解启动暖机原理、控制好启动暖机参数是发电厂运行人员必备的知识和技能。 结合岱海电厂3号机组2008年以来的几条启动曲线，介绍600MW汽轮发电机启动暖机相关的知识及控制方法。【关键词】汽轮机 暖机 参数 控制 内蒙古岱海电厂二期装机容量为2×600MW，汽轮机由上海汽轮机有限公司生产，型号为N600-16.67/538/538，为亚临界、单轴、三缸、四排汽、中间再热、反动、直接空冷凝汽式汽轮机。机组额定功率为600MW，最大持续功率为634MW，全开汽门功率为655MW。 为满足最小防冻流量要求，600MW直接空冷凝汽式汽轮机采用带旁路的高中压缸联合启动方式，利用高中压缸进汽量控制汽轮机转速。汽轮机转速达到2100rpm后，为使高中压转子中心应力至少加热到脆性转变温度121℃后才能继续提速至同步转速，避免转子发生脆性断裂的风险，我厂采用2100rpm进行中速暖机。当汽缸膨胀、高低压膨胀差、阀室内外壁面温度、蒸汽与金属温差、中压缸定子环温度、中压缸转子中心点温度、高中压缸有效温度等参数达到目标值时，暖机过程结束。一般暖机时间约70～110分钟。 启动暖机参数的选择直接影响汽轮机的安全，汽轮机启动暖机过程中的主再热蒸汽温度、主再热蒸汽压力、汽包水位、汽轮机高低压胀差、汽轮机背压等参数是控制的重点和难点。本文详细介绍了600MW直接空冷凝汽式汽轮机启动参数的选择原则、启动过程中主要参数的控制、汽轮机中速暖机的目的、中速暖机的参数控制、中速暖机期间的注意事项、中速暖机结束的标志等。1启动参数的选择1.1启动参数选择原则启动参数选择原则：启动参数的选择应考虑转子的转动惯量和机组所能承受的热应力和机械应力。 我们的6001dW亚临界参数汽轮机是上海汽轮机厂生产的，上海汽轮机厂规定：汽轮机在满足使用冷119

静态启动过程中，主汽阀入口蒸汽温度为55.5℃，总温不大于427℃。主汽阀入口蒸汽温度、压力参数应满足“主汽阀启动前蒸汽参数”曲线规定的要求，因为这些参数为均匀加热和最佳胀差提供了保证。同时，当速度控制由主汽阀切换到调节汽阀时，避免了对汽室的热冲击。三、启动参数应满足以下要求：（1）蒸汽温度与金属温度匹配，要求热释放系数较小。（2）蒸汽过热度不小于56℃。（3）再热蒸汽参数选取为：过热度不小于56℃。 如果高中压为合缸，再热蒸汽温度与主蒸汽温度相差不大。为防止对阀壳和汽室产生较大的热冲击，冷启动时严格控制主蒸汽温度不超过427*0。为获得较好的暖机效果，可适当维持主蒸汽压力稍低，以增加进入汽轮机的蒸汽流量。1.2汽轮机制造厂规定的启动曲线制造厂建议主蒸汽压力5.0MPa，主蒸汽温度320"C，再热压力0.745MPa，再热温度310"C。为避免对汽室产生热冲击，图1给出了由主汽阀控制转速切换到调节汽阀控制前，主汽阀入口蒸汽压力、入口蒸汽温度和汽室内壁金属温度三者之间要求的关系。 当汽室金属温度低于现有主汽阀入口压力对应的饱和温度时，继续采用主汽阀先导阀控制。此时蒸汽温度应等于或大于图中1：3主汽阀入口最低温度，直至汽室金属温度达到饱和温度后再切换到调节阀控制。汽轮机冷启动时，由主汽阀切换到调节阀控制前，主汽阀入口蒸汽参数应在图中所示的“冷启动”范围内。120 o 图1：主汽阀启动前蒸汽参数[1]

汽轮机热态启动时，由主汽门控制切换到调节阀控制前，主汽门进汽参数应在标注“切换转速时主汽门入口最低汽温”曲线以上。1.3我厂优化的启动参数我厂根据机组高、中压缸联合启动逻辑、高压调节阀特性曲线、高压主汽门PID参数、启动时高压缸与中压缸流量比、温升速度、暖机时间等，在允许范围内对厂家推荐的参数进行优化。 启动参数一般选择为主汽压力3.5"～4.0 MPa、主汽温度340℃、再热压力0.3～0.4 MPa、再热温度320℃。这样既能保证暖机时高压主汽门、中压调节阀开度的协调，又能保证高压缸与中压缸蒸汽流量比，使高压主汽门阀室温度、高压缸一级金属温度、中压缸定子环温度的上升速度一致，使全缸受热均匀、迅速，膨胀差在合理范围内。n1 1.4 正确选择启动参数的意义汽轮机启动过程中，膨胀差增大到接近规定值，其主要原因是启动参数选择不合理Kaiyu体育下载，造成汽轮机各缸膨胀不足。 此时往往采用延长暖机时间或降低蒸汽参数的方法来控制膨胀差，显然不利于机组的经济启动，同时，合理选择主蒸汽及再热参数，也可以避免机组启动过程中高排放止回阀摆动、高排放温度过高。 [21 1.5 岱海电厂3号机组启动参数统计 经查询岱海电厂3号机组近三次启动曲线，重要参数绘制如下表： 高旁路流量（t/h） 68 140 60 2 启动过程主要参数控制表 ——3号机组启动参数 2.1高中压缸联合启动 岱海电厂二期空冷机组启动方式采用高中压缸联合启动。高中压缸联合启动为带旁路的启动方式，由高压调节汽阀与再热调节汽阀共同控制机组转速。 当蒸汽参数满足启动条件时，主蒸汽压力可在1.8MPa～12MPa之间，温度至少满足56℃过热度。典型的启动参数为：主蒸汽4.2MPa、温度340℃，汽轮机处于起动状态时冷再热压力不超过0.828MPa、12l。

600MW机组可用蒸汽轮机发电，立即停机，启动HV控制，以100rpm的速率升至600rpm，进行控制，待仪表正常后，开始开RV，共同控制LV，当达到2900rpm时要保证中缸流量比高压缸流量多一倍，在600rpm时用LV控制流量。然后在2900rpm时切换TV/GV阀，将6V控制升至3000rpm后，同时打开GV、IV，发动机开始工作。2.2启动过程中膨胀差的变化启动过程中，高、低压膨胀差都缓慢增加，这是由于汽轮机膨胀速度大所致，原来各缸只在600rpm/1200rpm和1200rpm/3000rpm时减小。 这是由于转速突然提高后转子在离心力的作用下缩短了长度，这种膨胀向负方向变化，这就是所谓的“山桑效应”。汽轮机轴系越长，“山桑效应”越明显。如下图圆圈所示：暖机过程中高低压膨胀差很小，汽轮机金属件温度（级间金属温度）接近或等于暖机初期蒸汽温度kaiyun888注册，同时汽缸内已经相对膨胀稳定。经过多轮分析，当汽缸膨胀超过7-8%时，高压膨胀差为1（0.1）-20mm，低压膨胀差为6-8mm，高压缸第一级蒸汽与金属温差小于15℃，高压汽阀室内外温差小于8：VC。这表明处于中速暖机。 2.3启动过程中膨胀差控制。在暖机过程中，除泊松效应外，其余各部位的膨胀都在不断增大。汽轮机正膨胀差增大的原因有：1）启动时暖机时间不足，转速过快或负荷增加；2）进口蒸汽温度升高；3）轴封供汽温度高，或轴封供汽量太大；4）真空度降低，造成汽轮机进口蒸汽流量增大；5）转速降低；6）控制阀开度增大，流通效果降低；7）滑销系统或轴承卡阻，汽缸膨胀失效；8）轴承油温过高。

一般闸门锁死时若出现高低压膨胀差较大，一般是轴封温度过高所致。结合近期闸门曲线发现，闸门锁死前，高压膨胀差一般<1mm：低压膨胀差约6-8ram；气缸膨胀3-4nm。若发现膨胀差异常增大，可采用以下方法排除：1）选择正确的启动参数，启动参数不宜过高，否则进汽流量过小，造成上下缸温差增大，转子膨胀快于气缸。2）中速暖机要充分，待气缸充分膨胀后方可升速并网。3）初期负荷暖机时间不能小视，此阶段气缸膨胀迅速：应减小膨胀差。 4）暖机时高、低加热，有利于提高暖机效果。5）注意局部膨胀和滑销系统。6）调节机组背压控制，启动初期不要使进汽量过大。7）油温控制不宜过高。2.4启动过程中的背压控制。由于我厂二期空冷机组的空冷凝汽器投入台数、风机启停台数、运行风机频率等均可控制，因此，暖机时设有充分可调的手段。锅炉增压时，应保持汽轮机背压至少小于35KPa，以保证机前疏水畅通，防止主蒸汽管道振动。 汽轮机在升温过程中，背压应根据膨胀差、金属温升速度、空冷凝汽器冲洗等因素确定，一般来说以10kPa～25kPa为宜。在升温过程中，背压控制值不宜过低或过高。背压控制值过高，需要较多的新蒸汽来冲刷转子，金属温升速度过快；背压过低，进入汽缸的蒸汽量少，放热量小，各部金属温升速度低，使汽轮机升温较慢，从而延长暖机时间，而空冷凝汽器的冲洗效果也会降低，延长机组并网后空冷凝汽器冲洗时间，影响机组的负载速度，是不经济的。 汽轮机背压在并网前可适当降低，因为机组并网后将带初始负荷，进入排汽装置的蒸汽量较大，汽侧压力瞬间升高，可能造成机组背压超过低负荷极限背压，不利于低压缸最后几级叶片的运行。’21汽轮机制造厂规定：汽轮机并网后，机组负荷≥75%额定负荷时，汽轮机允许连续运行的最大背压为48KPa；机组负荷≤20%额定负荷时，汽轮机允许连续运行的最大背压为25KPa（机组负荷在75%~20%之间时，上述48KPa-25KPa为线性插值，详见叶片背压负荷极限曲线）。 在较低负荷，或全速空载工况下，允许背压应符合《空载和低负荷运行导则》的规定。不遵守规定的背压限值将导致叶片损坏或汽轮机动、静部件间发生摩擦，造成汽轮机部件严重损坏。123

全国火电厂600MW级机组能源效率对标竞赛第十四次年会论文集 汽轮机时期汽温控制 2.5汽轮机启动 启动前主汽温主要受燃料量控制，启动时主汽温主要受一次冷却水控制，一般在主汽温达到300℃后加入一次冷却水，由于启动时蒸汽流量一般在70t/h左右，因此不加入二次冷却水。 （1）从几条启动曲线看，左侧第一道冷却水喷水量一般大于右侧，启动过程中总喷水量控制在20-25t/h，左侧第一道冷却水喷水量在15t/h左右。 （2）由于启动前主蒸汽流量较小，一般仅在80t/h左右。因此，一旦冷却水量稍多，二次冷却水入口温度就接近饱和温度，此时应稍加减少，开度可在3-5分钟前减小。 （3）注意冷却水阀门的操作：不要开或关过大，在稳定或变化不大时云开体育app网页版入口官网登录，冷却水量应保持恒定，缓慢变化。如果二次入口蒸汽温度达到饱和值，关闭冷却水，必然导致3-5分钟后二次减少后温度突然上升。 2.6启动过程中的水位控制 当汽轮机转速从2100转/分变化至2900转/分时，水位变化明显，水位先高后低。 从#3机两次启动的曲线看，在给水流量变化不大的情况下，水位迅速上升近300mm，汽包压力下降约0.2MPA。随后，水位逐渐下降，此时水位曲线呈驼峰状。其主要原因是：前期由于汽包压力下降而出现假水位，而后蒸汽量的增加使真实水位下降。因此，水位调节此时应停止加水，待水位恢复正常后再迅速加水。3汽轮机中速暖机3-1中速暖机目的汽轮机推荐暖机转速是针对带中心孔的高中压转子制定的规定。 一般在机组加速到2040转/分左右时，汽轮机在此转速下保持运行足够长的时间，使高中压转子中心应力至少加热到高中压转子脆性转变温度121℃后，再继续提速至同步转速，避免转子发生脆性断裂的风险。再热主汽阀入口蒸汽温度达到或超过260℃前不能启动升温过程。暖机过程的持续时间由《冷启动暖机程序》确定。暖机过程完成后，汽轮机升至同步转速，然后以初始负荷并网发电。对于无中心孔的高中压转子汽轮机，由于转子中心切向应力几乎是有中心孔转子的一半，因此不启动中速暖机过程。

正常情况下，汽轮机不需要进行中速暖机，但为了安全起见，应注意对高中压转子的应力监测、启动转速、再热主汽门入口汽温等。n1 3.2中速暖机监测参数暖机过程中，应加强对汽轮机本体的参数监测，如缸内膨胀、高压胀差、低压胀差、汽缸上下缸温差、高压主汽门内外壁温度、高压缸一级蒸汽与金属温度、转子应力等。缸内膨胀应平稳上升，不应出现突变：高压胀差和低压胀差上升速度应逐渐减慢； 高压主汽门内外壁温差小于83℃,且逐渐减小:高压缸一级蒸汽与金属温差小于111℃,且逐渐减小:转子应力逐渐减小。3.3中速暖机参数控制近三次中速暖机完成后参数统计如下:表2 #3机组暖机完成后参数3.4中速暖机注意事项在蒸汽参数满足要求,机组充分校核具备启动条件后,即可启动汽轮机至2100rpm进行暖机。 暖机初期应检查高压主汽门和中压调节阀的开度，确保机组高压缸、中压缸汽流分配合理，使高压缸一级金属温度和中压缸定子环金属温度的温升速率为1"C/分钟。若高压缸、中压缸汽流分配不合理，可通过调节汽轮机背压来改变高压、中压缸进汽量（因中压调节阀有记忆开度，当再热压力变化时也需改变开度，以保证中压缸流量恒定）。同时汽轮机背压的降低会直接影响汽轮机排汽温度的变化，排汽温度的变化引起低压缸膨胀速度的变化，也能起到控制低压膨胀差的作用。 主汽压力较高时，主汽阀室加热过程可能难以实现，因为流过主汽阀预启动阀的蒸汽量小，放热量小。为了使汽室达到阀门切换所需的温度，缩短启动时间，高压主汽阀的开度大小至关重要。机组暖机过程中，可调整高、低压旁路，以配合锅炉燃烧，保证暖机过程中蒸汽参数基本不变。高、低压加热器的随机启动，可使加热器加热均匀，有利于防止冷却水管膨胀、泄漏，防止加热器因热应力过大而变形。对于汽轮机，连接加热器的抽汽管是从下缸接的。加热器随机启动，125