1 000 MW超超临界机组邻机加热启动技术应用

刘彬，邵长暖

(华电莱州发电有限公司，山东 莱州 261441)

1 研究背景及意义

某公司1 000 MW超超临界机组汽轮机为东方汽轮机厂生产的N1050-25/600/600型超超临界、一次中间再热、单轴四缸四排汽、凝汽式汽轮机，配置一级高压旁路系统，容量为30%锅炉最大连续蒸发量(BMCR)，只满足机组启动需要，不具备再热器保护功能。汽轮机高压缸排汽管道未设置高压缸排汽逆止阀。汽轮机冷态启动前，对高压缸进行预暖，尽量提高调节级金属温度。高压缸预暖蒸汽汽源由邻机四段抽汽(额定进汽参数为1.159 MPa,392.8 ℃)经本机组辅汽联箱供给[1]。

汽轮机采用高压缸启动方式，在主蒸汽品质、参数具备冲转条件时，同时开启高、中压调节阀，通过高压缸和中压缸进汽冲动转子，高压缸排汽进入再热器，然后进入中压缸做功后排至凝汽器。

因旁路系统采用一级启动旁路，锅炉点火后至汽轮机冲转前，锅炉再热器无蒸汽，处于干烧状态(设计允许)。机组启动冲转后，高压缸排汽温度较低，因再热蒸汽冷、热段管道较长，进入中压缸的再热蒸汽温度偏低，多次发生中压缸两端轴承振动大的情况，造成开机时间延长，增加机组启动费用，影响机组运行安全。

2 技术改造

2.1 中压缸启动程序

锅炉给水冷态冲洗结束后，即可投入高压缸预暖。邻机再热冷段蒸汽(蒸汽参数为2.40～4.76 MPa，344～353 ℃)流经邻机加热系统，经邻机加热中压缸预暖进汽调节阀减压后的蒸汽(蒸汽参数0.35～0.6 MPa，344～353 ℃)进入再热冷段管道(管道无高压缸排汽逆止阀)，然后进入高压缸预暖。蒸汽进入高压缸预暖的同时，对再热冷段管道进行暖管，当高压调节级内缸内壁金属温度达到100 ℃、再热冷段管道壁温达到125 ℃时，进行锅炉点火，对过热器和再热器进行加热。

图1 邻机加热系统Fig.1 Adjacent boiler heating system

中压主汽阀前蒸汽参数达到中压缸启动要求时，由热控人员对高压调节阀控制逻辑进行强制关闭，确保中压缸冲转时高压调节阀始终处于关闭状态；然后进行中压缸冲转，机组转速由中压调节阀进行控制。中压缸冲转时，转速由阀位控制，此时高压主汽阀和中压主汽阀完全打开，同时对高压主汽阀和调节阀的阀壳进行预暖，不需要进行单独的阀壳预暖。

当中压缸进汽室内壁金属温度达到235 ℃、中压缸膨胀量达到5 mm时，进行手动打闸停机，中压缸预暖结束。

2.2 中压缸启动汽源设计改造流程

机组原设计高压缸预暖蒸汽由辅助蒸汽提供，蒸汽由辅汽联箱经高压缸预暖管道进入再热冷段管道，进行高压缸预暖。因再热冷段管道无高压缸排汽逆止阀，考虑利用高压缸预暖管道提供的蒸汽进行中压缸冲转。2015年机组小修冷态启机时，经过现场试验，高压缸预暖管道受规格(ø159 mm×4.5 mm)限制，供汽流量无法满足中压缸冲转至3 000 r/min并稳定运行的要求，因此在2016年机组小修时增加邻机加热系统，提供蒸汽的管道设计规格为ø219 mm×12 mm。蒸汽流程：邻机冷段→邻机加热系统→再热冷段管道→再热器→再热热段管道→中压缸→低压缸→凝汽器。邻机加热系统流程如图1所示。

在2017年10月29日进行冷态中压缸启动现场试验时，转速达到3 000 r/min后进行高速暖机，验证增加的邻机加热系统设计的合理性，机组在保持一级大旁路系统的前提下，应能实现中压缸启动。

2.3 冷态中压缸启动的安全性

高、中、低压缸和转子加热均匀，膨胀顺畅。中压缸启动冲转为全周进汽，与锅炉热态冲洗、升温升压同步进行，中、低压缸和转子加热时间长，加热均匀，汽缸上、下壁温温差小，汽缸中分面法兰内外壁温差小，再热器蒸汽温度与中压缸金属温度能更好地匹配，启动时高压缸预暖持续投入，高压缸和高压转子加热均匀；高、中、低压汽缸所受热冲击小，减少了启动过程中高、中、低压转子的热应力。冲转蒸汽由邻机加热系统管道经再热冷段管道进入再热器，保证锅炉点火后再热器内部始终有蒸汽流通，对再热器的管道进行均匀加热，避免锅炉点火后再热器因干烧而超温，有效延长机组使用寿命[2]。

冷态中压缸启动时#2～#4轴振在合理范围内(见表1)，各轴承金属温度均在允许范围内(见表2)。

3 效益分析

3.1 经济效益

1 000 MW容量等级超超临界机组进行中压缸预暖改造后，现场试验证明，机组一次冷态中压缸冲转启动比高压缸启动节省暖机时间约3 h。按每年冷态启动一次计算，经济效益如下。

节电：机组所有运转的辅机设备耗电量为47 511.84kW·h，按上网平均电价0.404 9 元/(kW·h)计算，每台机组节电费用为19 237.5元。

表1 冷态中压缸启动时各轴承振动大值Tab.1 High value of bearing vibration during the cold start-up of medium pressure cylinder

表2 冷态中压缸启动时各轴承金属温度Tab.2 Bearing temperature during the cold start-up of medium pressure cylinder

节水：节约凝结水1 359.72 t，按除盐水平均价格10元/t计算，每台机组节水费用为13 597.2元。

节汽：中压缸冲转启机比高压缸启机节约蒸汽370 t(包含辅助用汽、给水泵汽轮机启动用汽和中压缸预暖冲转用汽)，按蒸汽平均价格180元/t计算，每台机组节汽费用为66 600元。

节煤：中压缸冲转启机比高压缸启机节约煤62 t，按标准煤平均价格729.77元/t计算，每台机组节煤费用为45 245.7元。

节油：中压缸冲转启机比高压缸启机节约燃油3.5 t，按燃油平均价格6 057.14元/t计算，每台机组节约燃油费用为21 200元。

增收发电效益：按上网平均电价0.404 9元/(kW·h)计算，每台机组年增收经济效益为121.47万元。

每台机组年节约生产成本和增发电量产生的经济效益共138万元。以该项目投资90万元计算，1a可实现投资回收。

3.2 社会效益

该公司2台超超临界1 000 MW机组煤耗低、经济性指标较好，改造实施后，能够实现两台机组快速启动和快速并网，减少了资源浪费。机组冷态启动可缩短机组启动时间约3 h，减少CO2排放，达到节能减排、减缓温室效应的目的；同时，提前投入脱硝系统，可减少CO2排放242 t、烟尘排放14.4 kg、二氧化硫排放9.3 kg、氮氧化物排放2 610.5 kg，具有良好的社会效益。

4 结束语

通过本文所述的技术改造，能够实现中压缸进汽冲转，扭转单一依靠高压缸启动的被动局面，进而实现充分预暖高压缸，均匀加热中压缸，延长机组寿命，保护再热器，缩短机组启动时间，减少机组启动费用，保障机组稳定运行安全等目的；此外，由于再热器进汽，再热热段管道得到充分暖管，中压缸避免受到冷汽或冷水冲击，可有效消除中压缸两端轴振偏大的现象，保障机组的安全启动和经济运行。