光热电站汽轮机面临的问题以及如何实现快速频繁启停

郝天明 展尧 谢彦军

摘  要：光热电站对汽轮机有较高的技术要求，包括多工况、宽负荷条件下均能保持较高的效率，适应快速、大幅度负荷变化以及适应频繁启停等。为了确保达到以上条件对汽轮机的标准提出了更高的要求。一般来讲，频繁启停会产生转子应力，引起汽轮机金属疲劳，降低机组的安全性和使用寿命。每次启动都是一个加热过程，对叶片等各个承压部件会造成较大压力。这就需要光热发电用的汽轮机组件具备更好的性能。传统火电的汽轮机可以在稳定的蒸汽流量下维持连续性满负荷运转长达数月，而光热电站由于受到太阳辐照强度的影响，蒸汽流量时有变化，汽轮机需要具备应对蒸汽流量波动对其造成的影响。

关键词：光热电站  快速启停  频繁启停  多工况  宽负荷

中图分类号：TK24                文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（b）-0073-02

Abstract： The Solar-thermal power station also has high technical requirements for steam turbines， including the ability to maintain high efficiency under multiple working conditions and wide load conditions， adapt to rapid and large load changes， and adapt to frequent start and stop.In order to ensure the above conditions to meet the standards of steam turbine put forward higher requirements.Generally speaking， frequent start and stop will produce rotor stress， cause metal fatigue of steam turbine， reduce the safety and service life of the unit.Each start is a heating process， the blade and other pressure components will cause greater pressure.This requires better performance of steam turbine components for Solar-thermal power generation.The steam turbine of traditional thermal power can maintain continuous full load operation for several months at a stable steam flow rate. However， due to the influence of solar radiation intensity on the steam flow rate of Solar-thermal power station， steam flow rate changes from time to time， and steam turbine needs to be able to cope with the impact of steam flow fluctuation on it.

Key Words： Solar-thermal power station;Quick start and stop;Frequent start and stop;Multiple workimg conditions;Wideload

1  光熱电站汽轮机面临的主要问题

光热电站一般在夜间需要停机，除非是配储热24h可运转的电站。这需要每天至少进行一次启停操作。

（1）光热电站汽轮机发电机快速频繁启停，汽轮发电机组及其附属系统的设计与安装需要考虑太阳能电站运行工况。不同于其他电厂，而是需要快速、频发启停、设计需要考虑启动时间最小化以及运行模式更换的需求。

（2）汽轮发电机组使用过热蒸汽，在高压缸中局部膨胀后，蒸汽将被再热，然后在中低压缸中再次膨胀做功。汽轮发电机组设计时需要考虑最低的蒸汽参数（温度、压力、流量等），满足可能的最恶劣运行环境。包含最大连续运行负荷、最小连续运行负荷，不同负荷工况以及偏离设计的工况等。

（3）汽轮机必须提供子系统，以防止汽轮机停机的情况下，汽轮机转子的损坏。汽轮机设计时需要考虑到再热部分压力突降的紧急情况，需要考虑到安全保护措施。

（4）汽轮机高压缸和中低压缸的最后级的叶片应该能够在带有一定含量水分的条件下运行。汽轮机低压部分叶片工作在含有水滴的湿蒸汽中，在水滴的作用下叶片产生水蚀，特别是低压末级叶片，由于蒸汽湿度大，且圆周速度又高，使叶片极易遭到水蚀。一般情况下。叶片发生水蚀的区域为顶部进汽边和根部出汽边，叶片的水蚀会导致叶片出现蜂窝状组织，严重者使叶片进出汽边缘呈现锯齿状，形成很多细小的裂纹

2  如何满足光热电站汽轮机快速启停

（1）由于光热电站汽轮机频繁启停因此汽轮机设计需要满足机组启停自动疏水的要求，以减少运行人员的频发操作。破裂盘膜片或类似的设备将防止涡轮承受高压，这些装置位于空冷凝汽器的导管上或在低压缸排汽部分。

（2）为了减少频繁启停对汽轮发电机造成的损害需要在汽轮机外侧设计伴热电缆。将汽轮机缸体分成若干区域每一个区域铺设的伴热电缆相互独立，这样就可以独立的对缸体的各个部位进行加热，确保汽轮机缸体保持适当的温度以满足机组快速启停。如若没有伴热电缆汽轮机每次启动前都需要花费大量的时间预热。

（3）为了达到快速启停的目的光热电站汽轮机设计相比较常规火电站来说一般比较小巧。但这样会减小了叶片的长度和级数从而会从而减小汽轮机的出力。为了克服这个问题可以将汽轮机转速提高然后通过变速箱将转速调至与发电机同步。

（4）汽轮机盘车系统需要保证汽轮机在每天晚间停机时维持汽轮机最低速运转的要求。为了达到这个要求汽轮机润滑油系统、顶轴油以及控制油系统在夜间也要保持运行状态。

3  结语

为提高电站效率，汽轮机需要耐高温高压，伴随光热电站的运行温度的提升，汽轮机也需要同时进行一些改进。另外，伴随成熟储热技术的应用，光热电站的日运行小时数将增加，蒸汽流量将更加趋于稳定，汽轮机的运行环境将更好。

太阳能光热发电出力特性优于光伏发电。太阳能资源具有间歇性和不稳定性的特点，太阳能热电站配置技术相对成熟的大容量储热装置，可显著平滑发电出力，减小出力波动，实现发电功率的稳定。

以上的优点奠定了光热电站在未来的广阔发展前景。

参考文献

[1] 郑李鹏，陈坚红，盛德仁，等.燃气-蒸汽联合循环汽轮机快速启动的研究[J].动力工程学报，2011（8）：28-33.

[2] 胡捷，方鹏.350MW西门子汽轮机快速启动中热应力控制特点[J].宝钢技术，2011（1）：44-48.

[3] 王锋，林艺展.600MW超临界机组制粉系统自启停功能设计与应用[J].华电技术，2014，36（12）：4-7.