1 000 MW二次再热超超临界汽轮机启动方式和冲转参数的选择

张世伟， 崔凯峰, 叶　罗， 张国钰， 胥建群

(1. 国电泰州发电有限公司， 江苏泰州 225300;　2. 东南大学 能源与环境学院， 南京 210096)



1 000 MW二次再热超超临界汽轮机启动方式和冲转参数的选择

张世伟1， 崔凯峰1, 叶罗1， 张国钰1， 胥建群2

(1. 国电泰州发电有限公司， 江苏泰州 225300;2. 东南大学 能源与环境学院， 南京 210096)

相比一次再热，1 000 MW超超临界二次再热汽轮机启动面临系统复杂、启动参数更高等难点，结合某电厂1 000 MW二次再热机组生产调试过程中几次典型汽轮机启动，介绍该类型汽轮机机组在启动方式和参数控制上的优化调整。

汽轮机； 二次再热； 冲转参数； 启动方式； 排汽温度

随着我国电力行业的发展，1 000 MW超超临界二次再热机组将成为未来主力机型。和一次再热机组相比，二次再热机组的启动参数更高，系统更复杂，稳定转速的难度更大。启动阶段流量低，需要控制排汽温度不因鼓风发热升高；阀门更多，转速控制困难等。所以选择合适的启动方式和冲转参数对汽轮机安全可靠启动起着重要的作用。笔者研究了1 000 MW超超临界二次再热汽轮机启动方式和参数的选择，将为今后同类机组的投运提供宝贵的经验。

1　系统配置

某1 000 MW超超临界二次再热汽轮机型号为N1000-31/600/610/610，结构为二次中间再热、五缸四排汽、单轴、单背压、反动凝汽式汽轮机。整个汽轮发电机组由7根转子(5缸)、9个轴承组成，轴系全长约54 m，其中盘车装置采用液动马达安装于1号轴承座内，推力轴承安装在超高压、高压缸之间的2号轴承座上。机组旁路系统采用高、中、低压三级串联旁路。系统配置见图1。

2　典型启动分析

2.1 设计启动方式和参数

该汽轮机在启动上根据停机时间和超高压转子平均温度划分为冷态、温态、热态、极热态启动4种，具体划分见表1。

表1　汽轮机状态划分

在设计中，决定在冷态时采取超高压缸、高压缸、中压缸联合启动，且冲转过程中超高排通风阀开启。热态和极热态启动时，采用高、中压缸联合启动，待蒸汽流量达到一定值后(约为150 MW对应蒸汽流量)再并入超高压缸。

对于冲转参数的选择给出了以下建议，见表2。

表2　建议冲转参数

2.2 冷态启动

第一次冲转，采用三缸联合启动，冲转前参数为：机侧参数10.6 MPa/3.5 MPa/1.1 MPa、417 ℃/444 ℃/454 ℃，并确定870 r/min为低速暖机。各参数见表3。

表3　首次冲转主要参数

注：1)VHP—超高压缸；2)HP—高压缸；3)IP—中压缸；4)CV—调节阀。

首次启动总体成功，在升速过程中主机瓦温、轴振均达到设计要求，其中轴振最大的6号轴承在临界转速区振动为3.6 mm/s，瓦温最大的5号轴承峰值为95 ℃。

冲转成功后，随即按既定的程序进行超速试验和电气相关试验，在此过程中汽轮机经历了数次冲转。对暴露出的问题提出以下优化建议：

(1) 首次汽轮机冲转参数设置偏高(实际一、二次再热器汽温冲转时超过设计值70 K左右)，不利于暖机及排汽温度控制，故优化冲转参数：超高压缸进汽7.5 MPa/400 ℃,高压缸进汽2.8 MPa/380 ℃，中压缸进汽0.8 MPa/380 ℃。

(2) 汽轮机长时间空负荷试运，超高排通风阀处于开启状态(设计考虑汽轮机冲转时超高压缸进汽流量低，防止超高压缸鼓风及末级叶片温度高)，高温蒸汽长时间冲刷导致低压外缸不正常的温升。所以通过优化启动方式，超高排通风阀不再参与启动控制，只参与超高压缸抽真空。

(3) 长时间空负荷运行，汽轮机鼓风产生热量，致使超高压缸和高压缸排汽温升增大[1]，在汽轮机3 000 r/min时排汽温度均达到430 ℃，与轴封供汽温差超过常规设计80 K以上，存在一定安全隐患。继而需要对供汽轴封系统进行优化，提高超高压、高压轴封进汽温度至320～350 ℃，控制中、低压缸轴封进汽温度300 ℃。

2.3 热态启动

首次热态启动，启动前参数为：14.06 MPa/5.31 MPa/2.36 MPa、476 ℃/491 ℃/483 ℃。由于主汽温度(476 ℃)低于超高压转子温度，没有满足足够过热度准则，所以采用双缸启动方式进行冲转(VHP直接切除)。

此次启动至3 000 r/min过程中，轴振最大的5号轴承在临界转速区振动为2.2 mm/s，瓦温最大的5号轴承峰值为79 ℃。在3 000 r/min进行电气试验过程中，机组振动和瓦温上升较为明显，5号轴承振动上升为4.6 mm/s，瓦温最大的3号轴承最高达到113 ℃。但随着电气试验结束机组并网，主机振动、瓦温逐渐趋稳并得到改善。

并网后当机组负荷150 MW，超高压缸自动投入，超高压调节阀开启，阀位从0迅速开至12%。由于此次控制的冲转参数较高并且为配合电气试验在3 000 r/min停留时间较长，高排温度并未随着负荷和蒸汽量的增加而有所降低,达到了491.1 ℃；同时超高排汽温度更是达到512.9 ℃，超高压缸为保护末级叶片切缸保护动作，超高压调节阀关闭。随后由于锅炉侧原因，机组手动MFT，此次启动失败。

热态启动的难点在于：超高压、高压缸缸温较高，难以达到汽轮机冲转所需要的蒸汽温度。经过研究后决定，冲转采用三缸联合启动，经过多次热态成功启动的实践，证明该方案切实可靠。列举某次冲转，冲转前机侧主要参数为超高压缸缸温416 ℃，超高压转子温度426 ℃；冲转参数控制为10 MPa/4.2 MPa/1.28 MPa、450 ℃/502 ℃/481 ℃。冲转过程中，通过控制好主汽、一次再热器再热压力，合理分配了超高压缸、高压缸进汽量，保证一次再热器再热压力为3.8 MPa左右。主机至3 000 r/min后，机组迅速并网加负荷至150 MW。从此次冲转过程看，超高压缸、高压缸进汽量分配合理，各缸排汽温度一致平缓上升，并网后随着蒸汽流量变大，排汽温度降低。

通过数次热态启动的比较，超高压、高压缸排汽温度高是最大的控制难点，总结经验推荐以下控制方法：

(1) 合理分配超高压缸、高压缸进汽量。冲转过程中控制好主汽、一次再热器再热压力，保证超高压缸压比与高压缸压比。

(2) 热态时尽量保证进汽温度高于缸温的前提下，冲转参数建议超高压缸进汽10 MPa/510 ℃,高压缸进汽3.8 MPa/510 ℃，中压缸进汽1.0 MPa/510 ℃。

(3) 热态冲转至3 000 r/min后，应尽快安排并网并带负荷至150 MW，时间控制在15 min之内为宜。

综上所述，在实际汽轮机启动过程中需加强监视超高压、高压缸排汽温度，采用三缸联合启动方式并网，可直接并网带负荷运行；若采用两缸方式并网，需迅速并入超高压缸。采用方式有：(1)适当降低一次再热器再热压力；(2)超高压调节阀阀位从0迅速开至适当开度。在投入超高压缸运行时，超高排通风阀关闭，超高排逆止门开启后，进入三缸联合启动，并入后再合理分配超高压缸与高压缸流量，控制好各缸排汽温度不超限。

2.4 排汽温度高控制策略

2.4.1 超高压缸排汽温度高控制策略

当超高压缸排汽温度高时首先减小中压调节阀的开度，减少中压缸的进汽量，增大超高压缸的进汽量，见图2；如果超高压缸排汽温度进一步上升，则关闭超高压缸调节阀，超高排通风阀打开，将超高压缸抽真空，由高、中压缸控制汽轮机的进汽量。

2.4.2 高压缸排汽温度高控制策略

如果高压缸排汽温度过高，首先减小中压调节阀的开度，减少中压缸的进汽量，增大高压缸的进汽量，见图3；如果高压缸排汽温度进一步上升，则先关闭超高压调节阀，超高排通风阀打开，将超高压缸抽真空，中压调节阀开度保持不变，开大高压调节阀；如果高压缸排汽温度继续上升，则关闭高压调节阀，高排通风阀打开，由中压缸控制汽轮机的进汽量。

3　结语

合适的启动方式和冲转参数是汽轮机能否顺利启动的关键。该1 000 MW超超临界二次再热汽轮机机组在不同工况下的启动方式及参数控制上的优化调整，可为今后同类型的机组启动提供宝贵的经验。

[1] 田丰. 汽轮机设备及系统[M]. 北京: 中国电力出版社, 2011: 34-98.

Start-up Mode and Turning Parameter Selection of a 1 000 MW Ultra-supercritical Double-reheat Steam Turbine

Zhang Shiwei1, Cui Kaifeng1, Ye Luo1, Zhang Guoyu1, Xu Jianqun2

(1. Guodian Taizhou Power Generation Co., Ltd., Taizhou 225300, Jiangsu Province, China;2. School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China)

Compared with single-reheat steam turbine, the start-up process of 1 000 MW ultra-supercritical double-reheat steam turbine is faced with such difficulties as more complex system and higher start-up parameters, etc. Combining the typical start-up process of steam turbine in a 1 000 MW double-reheat unit during production and commissioning period, an introduction is presented to the optimization and adjustment on start-up mode and parameter control of similar steam turbines.

steam turbine; double-reheat; turning parameter; start-up mode; exhaust temperature

2016-01-19

张世伟(1983—)，男，工程师，主要从事火电厂集控运行管理工作。

E-mail: zhangsw@gdtz.com.cn

TK262

A

1671-086X(2016)05-0350-03