国内首台660 MW二次再热机组启动与调试

唐清舟，钟明才，潘家成，王建伟，侯明军，谢涛，方邦义（.东方汽轮机有限公司，四川德阳，68000；.华能安源发电有限公司，江西萍乡，337000）



国内首台660 MW二次再热机组启动与调试

唐清舟1，钟明才2，潘家成1，王建伟1，侯明军1，谢涛1，方邦义1
（1.东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000；2.华能安源发电有限公司，江西萍乡，337000）

摘要：二次再热是火电机组提高效率的有效手段，国内首台二次再热机组的成功投运，为今后火电项目的建设，提供了新的选项。文章介绍了东方二次再热汽轮机启动系统的配置、启动参数的选择以及机组的启动和调试中需注意的事项和存在的问题，为今后同类机组的投运和设计提供了参考。

关键词：首台，二次再热，旁路，启动

1 概述

随着全球经济和社会的快速发展，燃煤价格持续上升且环境保护要求越来越严格，低碳经济受到广泛关注。目前，在我国整个电网中，燃煤火电机组发电量占68%左右。这样，消减CO2排放量，提高设备效率成为大家共同关注的课题，大容量、高参数、二次再热超超临界汽轮机已成为降低火电机组发电煤耗，改进环境状况的有效途径。

在这样的背景下，东方汽轮机有限公司研发出我国首台660 MW二次再热汽轮机，并于2015年6月份在江西华能安源电厂成功投入商业运行。

2 机组概况

2.1 机组主要技术规范

参数：主蒸汽压力31 MPa、主蒸汽温度600℃、一次再热和二次再热温度620℃

机组型式：超超临界、两次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机

额定功率：660MW

最大出力：707MW

汽轮机额定转速：3000r/min

排汽压力：4.9kPa

2.2 机组结构特点

机组采用四缸四排汽结构，有一个超高压缸、一个高压和中压合缸的汽缸、两个低压缸组成。超高压主汽阀和调节阀悬吊在机头前面，布置在运行层和中间层之间，高压和中压主汽阀、调节阀采用支架支撑在汽缸两侧的运行平台上。图1为汽轮机外观模型。

图1　汽轮机外观

3 启动与调试

3.1 旁路的选择

东方660 MW二次再热机组可以满足不同启动方式，即可以选择超高压缸启动、高压缸启动、超高压-高压联合启动等不同启动方式，与此对应的旁路系统，锅炉参数均需匹配。电厂二次再热机组采用的是超高-高-中压缸联合启动运行模式，旁路系统如图2所示。旁路采用40%容量的高、中、低三级串联旁路系统，实现超高压-高压-中压三缸联合启动、高压调节阀和中压调节阀参与机组调节，改善机组启动特性以及维持冲转过程中蒸汽参数的稳定。

三缸联合启动时，为避免超高压缸、高压缸排汽温度超限和高背压、小流量引起叶片鼓风发热，中压、低压旁路整定压力分别为2.5 MPa和0.8 MPa。

图2　三级串联旁路系统图

3.2 主蒸汽温度的确定

启动时蒸汽参数的选择非常重要，蒸汽压力主要由锅炉确定，同时考虑与汽轮机的匹配，蒸汽温度主要由汽轮机确定，同时考虑锅炉的特性。

在汽轮机升速和升负荷过程中最重要的一点就是缓慢加热汽轮机的热敏感性零件使热应力尽量低。因此，在启动、升负荷、降负荷的过程中，高、中压进汽室或超高压第2级处缸体的温度变化率是一个基本的考虑因素。

图3　冲转蒸汽温度确定图

图3中Ti是冲转前超高压第二级内壁金属温度，Td是到预定负荷时超高压第二级内壁金属温度。

启动过程的关键是控制转子的寿命消耗。从图3中可以看出，通过选定转子寿命消耗值和缸体温度变化量，可以确定缸体的温度变化率，通过温度变化率确定不同时间超高压第二级内壁金属温度，进而可以确定主蒸汽温度。同样的道理可以确定高压和中压进汽温度。由此可以确定启动曲线，如图4所示。

图4　冷态启动曲线

另外，为了提高机组的使用寿命和缩短启动时间，机组设置了预暖系统。为了控制机组的胀差，保证机组安全运行，机组在超高压缸和高压缸还设置了夹层加热系统。为了防止在小流量下超高压缸和高压缸鼓风，机组还设置了超高压缸和高压缸通风系统。

3.3 冲转与并网

汽轮机启动状态是以汽轮机启动前的超高压内缸第2级汽缸内壁金属温度来确定，具体如下:

冷态启动:≤274℃；温态启动:274～432℃

热态启动:432～520℃；极热态启动:≥520℃

在机组调试过程中，冷态启动过程最复杂，控制的辅助系统最多，出现的问题也最多，所以本文主要介绍冷态启动。

冷态启动冲转前还需进行启动前的各项检查，挂闸前还要进行超高压缸和高压缸预暖，挂闸后进行超高压调节阀壳和高压调节阀壳预暖。

首次冲转蒸汽参数：

主蒸汽温度:419℃；主蒸汽压力:9.4 MPa

一次再热温度:410℃；一次再热压力:2.0 MPa

二次再热温度:400℃；二次再热压力:0.6 MPa

在完成所有检查和汽缸、阀壳预暖后，正式开始冲转。首先在500 r/min进行摩擦检查，在确认无摩擦发生后，继续升速。期间进行低速、中速暖机，暖机结束后继续升负荷，目标转速3 000 r/min。2015年5月29日17时35分，国内首台二次再热汽轮机定速3 000 r/min，指标一切正常，见图5。

图5　机组并网振动指标和轴承温度

2015年6月1日9时12分，机组完成一系列电气试验，首次并网成功。随后机组一直在80～190 MW负荷运行，准备做超速试验。

超速试验后机组重新并网，按启动曲线继续升负荷，并一直在400～630 MW之间运行（见图6）。

图6　升负荷曲线

需要特别注意的是：

（1）并网后，因为蒸汽流量和锅炉燃烧率在增加，所以蒸汽温度呈急速上升的趋势，此时应避免或尽可能减小汽轮机金属温度的快速上升。

（2）调节蒸汽温度和负荷以减小金属温度差（与蒸汽温度的差），如果金属温度高（比蒸汽温度高），此时，加负荷和（或）提升蒸汽温度。如果金属温度低（比蒸汽温度低），此时可维持现在的蒸汽温度并且慢慢增加负荷。

（3）维持初始负荷直至低压缸排汽口冷却到低于52℃时止。

在进行完锅炉相关试验和消缺以后，机组于2015年6月6日13时11分成功带到660 MW满负荷，见图7。这标志着我国自行设计、制造并拥有完全自主知识产权的国内首台二次再热机组成功投运。

图7　机组大负荷时振动指标和轴承温度

4 机组调试过程中出现的问题

4.1 机组启动时低速碾瓦

首次冲转启动，汽轮机转速升到206 r/min关闭阀门进行磨检，降转速过程中发现2#瓦、3#轴承温度在100 s内由49℃迅速攀升至最高139℃、150℃。

停机后翻瓦检查，发现轴承下瓦和上瓦均存在较严重的丝状磨损。分析原因认为，在低速下，可倾瓦的最小油膜较薄，当颗粒物大于最小油膜时被堵在瓦面上与转子硬接触，使局部温度突升，油膜会变得更薄，形成擀毡，瞬间由点到面最后碾瓦。通过增加顶轴装置没有再次发生碾瓦现象。

4.2 冲转升速过程中出现振动过大

在机组完成主汽阀严密性试验从440 r/min开始升速准备进行调节阀严密性试验的过程中，多次出现振动大而打闸停机。

运行数据显示，主汽阀严密性试验，转子降速至440 r/min后，各调门打开冲转，此时超高压内缸2级后温度355℃，应为温态启动，按要求升速率应为150 r/min/min，而此时升速率为400 r/min/min，导致转子冲转至1 300 r/min时，1、2号瓦振已急速攀升至267 μm、361 μm，机组跳机。这是因为在冲转过程中汽轮机进汽量很小，本身就会出现转子局部受热的情况，如果升速率过大，将会使转子不均匀受热更加严重，从而引起振动过大。

4.3 B低压缸7#、8#轴瓦振动大

在机组稳定运行后，电厂1#机组出现B低压缸7#、8#轴承的瓦振偏大现象，最大时到了100 μm，而A低压缸的5#、6#轴承的瓦振均在15 μm以下，机组低压轴振均小于50 μm。随后投运的2#机组A、B低压缸轴承瓦振均小于15 μm。为什么会出现这种情况呢？经现场查找分析，发现1#机组B低压缸与凝汽器连接处的膨胀节和基础完全接触，没有一点膨胀间隙，这就使得低压缸受热膨胀受阻，同时，当汽机和电机转子联接以后，可能也会引起动不平衡。

电厂对安装引起的干涉部位进行了处理，对轴系再次进行了动平衡后，运行良好，该缸7#、8#轴振均小于20 μm，瓦振小于10 μm。

4.4 外置式蒸汽冷却器失效

本机组在第2、4段抽汽处设置有蒸汽冷却器，通过与主给水管道并联的一股给水对过热蒸汽进行冷却。在设备调试初期，曾出现过外置式蒸冷器水侧无温升的现象。经现场分析认为，由于蒸冷器给水量是通过管道上的节流孔板进行调节的，在低负荷情况下，由于给水量较小，或者抽汽量未进行相应调节控制，容易出现蒸冷器给水被过热抽汽加热气化的现象，导致蒸冷器内压力升高造成失效。经过重新核算并更换节流孔板后，该问题得到了顺利解决。

5 结束语

此项目二次再热机组的成功投运，标志着我国发电设备的设计、制造能力又上了新的台阶，已完全达到国际先进水平，为我国今后的火电机组的节能、降耗又指明了一条新路。

参考文献

[1]河南省火电安装公司,编.火电工程调试技术手册汽轮机篇[M].北京:中国电力出版社:2002.

[2]辽宁电力工业局,编.汽轮机运行[M].北京:中国电力出版社,1996.

Start-up and Commissioning of Domestic First 660 MW Double-reheat Steam Turbine

Tang Qingzhou1，Zhong Mingcai2，Pan Jiacheng1，Wang Jianwei1，Hou Mingjun1，Xie Tao1，Fang Bangyi1
(1.Dongfang Turbine Co.,Ltd.，Deyang Sichuan，618000；2.Huaneng Anyuan Power Generation Co.,Ltd.，Pingxiang Jiangxi，337000)

Abstract:Double-reheat is an effective mean to increase efficiency of steam turbine.New choice has been provided for the future con⁃struction of thermal power projects as the domestic first double-reheat steam turbine which operates successfully.This article introduc⁃es the configuration of start-up system,the choice of start-up parameter and existing problems during start-up and commissioning,it provides a reference for the design and operation of the same type steam turbine.

Key words:the first set,double-reheat,by-pass system,start-up

作者简介：唐清舟（1967-），男，高级工程师，工程硕士，毕业于上海机械学院，现从事汽轮机设计工作。

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.01.014

中图分类号：TK 263

文献标识码：A

文章编号：1674-9987（2016）01-0073-04