600MW机组温态启动下低压缸负胀差大的分析与处理

刘文星

（广东省揭阳市惠来县靖海电厂，广东 揭阳515223）

0 引言

近年来，随着广东沿海的大型发电机组大规模投产发电，发电市场竞争日趋激烈。在此背景下，众多600MW超临界机组参与假日调峰停机的频率日益增加，超临界机组面临着更多的温态启动工况。靖海电厂＃1机组为东方汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，型号为 N600－24.2／566／566。所谓温态启动，根据中压内缸上半内壁温T的高低来定义，即当305℃≤T＜420℃时，汽轮机启动即为温态启动。

1 温态启动下低压缸负胀差大案例分析

1.1 案例工况

＃1机组在最近几次的温态启动过程中都发生了低压缸负胀差大的问题，尤其以最近一次＃1机组冲转时最为严重。汽轮机转子与汽缸的相对膨胀的差值，称为胀差。习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差。

具体的情况是，在温态启动过程中，中速暖机结束升速3 000r／min过程中，随着转速上升，高、中、低压缸胀差值均有减小的趋势，高中压缸胀差基本保持在合理范围，而低压缸负胀差最低达到－6mm左右，接近跳闸值－8mm，高中压缸几乎不变。这主要是因为随着转速的升高，离心力增大，转子轴向的分力也增大了，从而使转子变粗缩短（泊桑效应）；同时经过中速暖机，汽缸温度逐渐上升，汽缸的膨胀速度也在上升，相对迟滞了转子的膨胀值，进而出现胀差负值现象。

此次温态启动，＃1机冲转参数为：主汽压7.8MPa，主汽温472℃；再热汽压0.1MPa，再热汽温290℃，再热烟气挡板开度13%，在摩擦检查后逐步开大；低压缸进汽温度169℃，值得注意的一点是，这个温度最低低到121℃。

1.2 影响因素分析

可能使低压缸胀差向负值增大的主要因素有：

（1）负荷迅速下降或突然甩负荷。

（2）主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。

（3）水冲击。

（4）汽缸夹、法兰加热装置加热过度。

（5）轴封汽温度太低。

（6）轴向位移变化。

（7）轴承油温太低［1］。

（8）启动时转速突升，由于转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小，尤其低差变化明显。

（9）汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置［2］，也可能来自进汽套管的漏汽或者轴封漏汽。

（10）汽缸夹层加热装置汽温太高或流量太大，引起加热过度。

（11）滑销系统或轴承台板滑动卡涩，汽缸不会缩回。

（12）胀差指示不准或频率、电压变化。

（13）真空过高，相应排汽室温降低。

这其中，刨除工况以及一些机械性的不可控因素，可能对＃1机冲转时低压缸胀差负向增大造成影响且是我们运行中可控的因素有主汽温、轴封温度、转速、轴承温度、真空。

1.3 具体原因分析

1.3.1 汽温对低压缸负胀差的影响

＃1机组采用中压缸启动方式，再热汽进入中压缸做功后排入低压缸，在这个过程中，如果主再热汽温度较低，就很容易造成低压缸进汽温度低，此时转子的余温高于中压缸排汽，低压缸和转子就受到中压缸排汽的冷却作用，而由于低压转子比缸体受冷更快，造成了胀差的负向增大［3］。

1.3.2 转速对低压缸负胀差的影响

根据泊桑效应可知，转子高速旋转时，受离心力的作用，转子将发生径向和轴向变形，变粗变短。低压转子由于其工况条件需要，本身就比较长，叶轮的重量大，所以在冲转时，低压转子的泊桑效应更明显，而这一过程中，汽缸并不受影响，所以会造成负向胀差的增大。

1.3.3 真空对低压缸负胀差的影响

在冲转阶段，当真空较高时，低压缸排汽阻力小，排汽室温度降低，使转子受冷，与此同时，冲转所需的蒸汽量也要减少，这样就不利于再热汽部分的较低温蒸汽快速排出低压缸，使转子受冷的时间延长，也会造成低压缸的负向胀差增大。

1.3.4 轴封温度对低压缸负胀差的影响

此次启动过程中，轴封温度A、B低压缸分别为170℃和121℃，对于低压转子应该会有一个冷却效果，但其只是对于低压转子轴承端进行冷却，轴封段占转子总长度的比例不大，其对于低压缸的总胀差的作用应不大。而由于当时轴承油温控制在合理值，故对于胀差没有影响。综上所述，冲转的过程中低压缸负胀差逐渐增大的主要原因是低压缸进汽温度较低，转子受到冷却，比汽缸收缩快；次要原因是冲转过程中的泊桑效应造成转子自然收缩。

2 遏制负胀差大的应对措施

由低压缸负胀差产生的原因可知，温态启动冲转时，遏制低压缸负胀差变大的要点有两个，一是尽量提高再热汽的温度，二是尽快排掉流经低压缸的不合格蒸汽［4］。

鉴于此，我们可以采取以下措施：

（1）尽量提高冲转参数，尤其是主蒸汽的温度。由于再热汽来自主蒸汽经高压缸的排汽，提高主蒸汽的温度就能使再热汽的温度得到提升。

（2）在冲转前，尽量开大烟汽挡板，以便提高再热汽的温度，但同时要注意再热器的管壁温度。再热器的温度测点装在再热器进出口集箱上，离真正的再热器受热面还有一定的距离，但可以作为参考。

（3）冲转时，可以将凝汽器真空适当降低，提高低压缸排汽压力和温度。可以在冲转过程中，有更多的蒸汽流经机组。

（4）可以考虑在冲转过程中随机投入高低加，以加大汽轮机的进汽量，使冷汽尽快排出汽轮机，同时也可以配合再热器烟汽挡板，使挡板更快开大，达到再热的作用，提高再热汽温。

（5）泊桑效应影响机组低压胀差约10%，所以在开机冲转前，低压胀差应尽量保持在10%以上。换言之，冲转时低压胀差应为正值，且有一定的示数。可以适当采用较低的升速率，并在1 500r／min做适当暖机停留，避免泊桑效应跟低温蒸汽共同作用，造成低压缸负胀差过大跳机的严重后果。

（6）为了防止胀差变化过快，并网后应在低负荷状态下暖机一段时间，具体的低负荷暖机时间由汽缸上／下壁温度、调节级温度和胀差的变化趋势来定。只有胀差值出现下降趋势后才能开始逐步升负荷，且应保持较低的升负荷速度；升负荷过程中，一旦胀差又出现上涨且增速较快时，应当适当地减缓升负荷速度甚至停止升负荷继续暖机，待胀差稳定后才能继续升负荷。

3 结语

温态启动时，为了防止低压缸负胀差过大，在检查确认各项工作有序推进的情况下，要尽快升速、并网和带负荷，并使负荷匹配汽缸温度所对应的水平。至于冲转的蒸汽温度，当然应该满足温态启动的要求，否则如果再和其他一些不利因素叠加在一起，就有可能发生动静部分摩擦事故。

［1］王灿文.石横电厂汽轮机差胀换型有关问题的探讨［C］／／全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集，2010.

［2］马超.浅议汽轮机胀差形成的原因、危害及控制措施［J］.时代经贸，2013（14）.

［3］周辉，丁亮.汽轮机胀差产生的原因分析与控制［J］.应用能源技术，2011（7）.

［4］李伟.哈汽660MW超超临界汽轮机温态冲转抑制负胀差过大的控制策略探讨［C］／／全国600MW级大型汽轮机优化改造经验交流会论文集，2013.