超高压汽轮机组极热态启动易出现的问题及对策

摘 要：一次中间再热大容量汽轮发电机组极热态启动是一项比较复杂的操作过程，它的许多因素都决定着启动的成败。220MW机组在极热态启动过程中及其容易的产生温差超限、动静摩擦、胀差超限等一系列问题，特别是印尼北苏门答腊岛这种电网比较小的海岛，电网波动导致的高负荷跳机情况不断出现，使得机组极热态启动变得频繁，这里通过对棉兰电厂二号机组在多次极热态启动过程出现的问题进行研究分析，从而总结出规律。

关键词：220MW；汽轮机极；胀差；温差；问题；对策

印度尼西亚棉兰电厂一期是广东火电工程有限公司在印尼的EPC项目，项目是两台220MW的常规燃煤单元制机组。汽轮发电机组采用的是北京北重汽轮电机有限责任公司的设备。主汽额定压力12.75MPa，主汽额定温度535℃，再热蒸汽额定压力2.3MPa，再热额定温度535℃。

所谓汽轮机极热态启动是指汽轮机高压内缸上缸内壁金属温度大于400℃的启动。极热态启动是对汽轮机威胁最大的一种启动方式，若汽缸壁温差大或操作不当，会产生较大的热应力，引起汽轮机动静摩擦，甚至会产生大轴弯曲。

为了避免机组在日后启动运行中出现汽轮机轴温度上升速度过快、缸温差、胀差超限，从而导致动静摩擦，轴、瓦振动等一系列问题的出现；广东火电工程有限公司调试项目组结合棉兰项目二号机组在调试及运行多次频繁的极热态启动过程中出现的问题进行探讨研究总结，从而摸索汽轮发电机组在极热态启动过程容易出现的问题及对策。

1 棉兰电厂二号机组在极热态启动过程中出现的问题及原因

1.1 主蒸汽温度，高压轴封蒸汽温度不好控制

由于极热态启动，汽轮机高中压缸的缸温都很高，这样对汽轮机冲转的参数，特别是温度有了更高的要求。极热态启动都要求主再热蒸汽经过高中压主汽门节流，调节级喷嘴膨胀后温度仍然不低于缸温，以防止汽缸金属温度被冷却。同理，高压轴封的供气温度也一样，所以主再热蒸汽的温度在选择上尽量取高值。而极热态启动初期和带初始负荷阶段，高低压加热器投入前后，蒸汽流量波动很大，同时锅炉侧油枪和磨煤机交替运行，磨煤机启动台数不断增大，炉膛温度不断变化，主蒸汽蒸发量，主蒸汽温度也在不断变化，这样就使的主再热蒸汽温度控制变得困难。

1.2 高压缸上下缸温差过大

汽轮机在极热态启动通常是由于非正常原因导致的跳机之后的重新启动，例如棉兰电厂二号机组多次极热态启动就出现这样的情况。汽轮机从高温状态逐渐冷却下来的结果是：下气缸比上气缸冷却的快，所以汽轮机上下缸会出现过大的温差。如果温差过大，持续时间过长，及其容易导致汽轮机高压缸纵向中心线变成凸面向上的弧线，这就是所谓的猫拱背变形，使得汽轮机调节级处动静叶片间隙减小甚至消失。

1.3 负胀差不断增大

2014年11月由于电网系统中有一个电厂突然跳机导致电网系统出现震荡，影响使得二号机组在218MW负荷时发电机保护动作导致发电机跳机。由于机电大连锁的保护作用，汽轮机直接保护跳机。由于当时对发电机跳机原因不确定，损坏程度没有全面把握，电气专业调试技术人员在盘点发电机故障时花费了接近2小时的时间，这时从汽轮机DCS画面TSI参数看到高中低压缸胀差出现负值的情况。主要是高负荷停机之后，轴温度相对缸温度冷却的快，且不断接近报警甚至跳机值的趋势，特别是低压缸胀差。而印尼电网调度中心又要求起机保负荷，这时起机就变得很困难，冲转参数就变得十分苛刻。

1.4 大轴振动值接近报警值

二号机组在多次极热态启停的过程中就有出现振动大的情况，甚至达到跳机值导致汽轮机保护跳机情况的出现。主要是对冲转参数和负荷上升率，温升率的选择上控制的不够好，极热态启动对冲转压力、冲转温度、升速率、金属温升速率、负荷上升率等参数的选择上都有严格的要求。

2 极热态启动常见问题的处理措施

2.1 主再热蒸汽温度控制的调整措施

广东火电棉兰项目二号机组在极热态启动过程中，根据北京北重厂家的要求，主蒸汽温度要比高压缸内缸上壁金属温度高出65℃到100℃，再热蒸汽温度要比中压缸上壁金属温度高出50℃到90℃。且主再热蒸汽温度要有50℃以上的过热度。因为只有这样才能保证主再热蒸汽温度经过自动主气门节流，导热管散热之后温度比内缸金属温度高。主要是汽轮机冲转升速带负荷是一个加热的过程，绝不允许出现冷却的情况，特别是极热态启动的情况下。我们可以通过锅炉投煤升温，主再热蒸汽减温水微调，汽机主再热蒸汽管道疏水，高温轴封管道疏水，高低旁联合调整，使主再热蒸汽温度，轴封温度在允许范围之内，使其符合冲转条件。

2.2 上下缸温差过大问题

对于极热态启动，由于下缸疏水管与凝汽器连通，导致下缸温度容易比上缸冷的快。广东火电棉兰项目二号机组调试组结合现场实际情况，采取了以下三个措施：其一，对于不能在进入盘车之前冲转的情况，为防止温差不断扩大，在盘车之后，极热态冲转之前，选择对高中压缸本体疏水门关闭进行闷缸，進入冲转之后，可适当延迟高中压缸本体疏水门关闭时间；其二；对高中压缸底部进行保温层加厚；其三，在冲转之后，适当提高真空值，使其疏水更大顺畅。通过多次实践，收到良好的效果，高中压缸上下缸温差能很好的控制在合格的温差之内。

2.3 振动问题的处理措施

汽轮机产生振动的原因多种多样，分为强迫振动和自激振动。振动原因包括：转子质量不平衡、机组中心不正的激振力、电磁激振，气流冲击，油膜震荡等等，我们只有根据振动特性，确定振动性质和振源，然后再寻找产生振动的具体原因。我们这里仅针对棉兰二号机组多次极热态启动中，单独从启动热力参数控制上，如何减少振动问题上总结经验；其一，选择好冲转参数。因为是极热态启动，根据实践，冲转时蒸汽参数为主蒸汽压力8.0MPa，主蒸汽温度480℃，再热蒸汽压力为0.6MPa，再热蒸汽温度470℃，从冲转到带100MW负荷暖机结束，要求主蒸汽压力，温度保持8.0MPa，480基本不变。其二，控制好升速率，根据二号机组多次极热态启动情况来看，该机组不适宜进行中速暂停暖机检查，从盘车冲转到3000r/min过程中，应一次而过，升速率为每分钟300r/min，通过临界转速为升速率500r/min，极热态冲转过程应迅速、平稳。

2.4 胀差问题的预防措施

只有当机组负荷升至相应的起始点后，蒸汽才对汽轮机组各金属部件进行加热，而正常情况下这一过程机组胀差是由负值向正值逐渐缓慢转变的。广东火电棉兰项目调试组结合多次极热态启动实践情况，对超高压汽轮机如何减少和避免正，负胀差值过大总结了经验。其一，在冲转刚开始，如果负胀差偏大，可以加大高温轴封蒸汽的温度和压力和提高升负荷的速度。其二，极热态启动后期如果胀差出现正值且不是很大，在报警范围之内，尽量不要投用夹层加热装置。如果冲转时缸温相对主蒸汽温度，不是很高，胀差出现正方向报警情况，可选择性投用夹层加热装置或者减少高温轴封的蒸汽压力和温度，延长暖机时间。通过这些措施，二号机组在后期的极热态启动中胀差都能控制在很好的范围之内。

3 极热态启动安全运行的注意要点

3.1 必须先投轴封，后抽真空

因为极热态启动缸温很高，首先应进行轴封供汽系统暖管和充分疏水，再向轴封供汽，建立汽机真空。用高温轴封供汽时，必须注意汽源温度和压力，将其控制在合适的范围内。

3.2 时刻调整润滑油温度

汽轮机从极热态跳机到重新挂闸冲转再到带至额定负荷过程都是一个相对很短的过程，在这段时间润滑油温度都是一个先减后升的急剧变化过程。如果油温偏离正常油温时，就很容易导致油膜不稳定、大轴振动、产生动静摩擦、大轴晃动等情况，所以极热态启动时刻调整好油温很重要。

3.3 控制好凝汽器真空

从跳机开始到带到一定的负荷过程中，汽轮机管道疏水，本体疏水阀门都是开启状态，而由于主再热蒸汽管道内蒸汽和积水均是高温高压状态，既为使的管道疏水更加顺畅排出，快速提高主再热蒸汽温度，又避免低压缸安全防爆门动作，在冲转初期保持凝汽器高真空显得很重要。

3.4 时刻调整高压轴封压力

汽机从冲转前再带到初始负荷过程中，轴封供汽先是由主蒸汽供气再到自密封再到一段漏气导到五号低加的过程。为避免轴封供汽压力出现负值或一段，二段轴封压力过大的情况，在挂闸到升负荷的过程中，必须时刻关注调整好轴封压力，才能使机组平稳的运行。

4 结束语

广东火电调试项目组通过对印尼棉兰项目二号机组调试过程中的不断摸索，不断完善，不断总结经验，相信对机组日后的平稳、安全运行以起到一个很好的指導作用。

参考文献

[1]印尼棉兰2x220MW汽轮机运行规程[S].

[2]北京北重220MW汽轮机设计使用说明书[S].

[3]北京北重220MW汽轮机结构图纸[S].

[4]广西电力工业勘察设计院棉兰项目2*220MW热力系统图[S].

[5]电厂汽轮机原理及探讨[M].中国电力出版社.

作者简介：赵如波（1988-），男，广东汕头人，中国能源建设集团广东火电工程有限公司，助理工程师。