300MW机组低压转子光轴供热改造后启动方式研究

孙建涛

摘 要： 某CN300/250-16.7/537/0.4型抽汽凝式汽轮机实施了低压光轴转子改造，以提升供热能力，改造后，机组启动过程中，多次因中压缸排汽温度高达到保护动作值而跳闸。在全面分析的基础上，优化了启动过程，最终机组顺利启动。对同类机组改造后的启动有一定的借鉴意义。

关键词： 光轴;改造;启动

【中图分类号】TM621     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.145

1 系统概述

某公司5号机组为CN300/250-16.7/537/0.4型抽汽凝式型供热机组，2005年底投产发电。采用两级串联旁路系统。中压缸设有两根DN1000的抽汽管道，将抽汽送至A、B两台立式热网加热器，与同型的6号机组对应的C、D两台热网加热器共同布置在汽机房固定端，单台热网加热器换热面积为2450。A、B两台热网加热器与C、D两台立式热网加热器进汽母管间设联络阀，可实现5、6号机组单机运行时供A、B、C、D四台热网加热器运行。中压缸排汽温度高跳闸保护定值为350℃。

2 改造方案

2019年，5号机组实施了低压光轴转子改造，以提升供热能力。改造后，中低压缸连通管取消，改造前进入低压缸的蒸汽改为进入新增的一台编号为E的热网加热器，改造后5号机组共有A、B、E三台热网加热器，新增的E热网加热器汽侧设抽空气管与凝汽器相连，以便在启动初期建立真空，运行中及时抽走不凝结气体，避免不凝结气体对换热的影响。为避免低压缸内温度因低压光轴转子鼓风摩擦作用而升高，设置了5-10t/h的低压缸冷却蒸汽，由中压缸排汽经减温减压后供应，以带走鼓风摩擦作用产生的热量。此冷却蒸汽根据低压缸内温度的高低进行调节。

5号机组原有的两根DN1000抽汽管道及新增的通向E热网加热器的抽汽管道上分别设有独立的抽汽逆止阀、快关阀、隔离阀。

3 机组改造后的启动过程

5号机组机组改造后启动时，A、B热网加热器已由6号机组供汽开始供热。因此，5号机组通向A、B热网加热器抽汽管道逆止阀后已有来自6号机组的蒸汽压力，抽汽逆止阀前压力必须大于阀后压力，逆止阀方可打开。显然，5号机组启动初期，中压缸排汽压力较低，是不足以打开逆止阀而向A、B热网加热器供汽的。因此，5号机组改造后的启动初期，5号机组的中压缸排汽只能排至新增的E热网加热器。此时，E热网加热器相当于机组的凝汽器。

（1）首次启动：未投运E热网加热器汽侧抽真空管，未抽真空。机组冲转至3000r/mim，运行30分钟后中压缸排汽温度高，中压缸排汽温度高跳闸保护定值（350℃），机组跳闸。上文分析可知，此时E热网加热器相当于机组的凝汽器。凝汽器中的全压力是由蒸汽分压力与空气分压力组成的混合压力。凝汽器在未抽真空的情况下，凝汽器中积存的空气及蒸汽中所含的不凝结气体不断积存，空气分压力不断增加，凝汽器中的全压力不断上升，导致进入凝汽器的蒸汽压力需要不断上升，同时不凝结气体在换热管表面形成气体膜使换热恶化。同理，在未抽真空的情况下，E热网加热器进汽压力持续升高、换热管表面的气体膜也使换热持续恶化，最终使中压缸排汽不畅加剧，中压缸排汽区的鼓风摩擦发热效应加剧，达到中压缸排汽温度高跳闸保护定值（350℃）而跳闸。

（2）第二次启动：同步投运E号热网加热器汽侧抽真空管，同时开启低压旁路，減少中压缸进汽量，以减弱中压缸排汽区的鼓风摩擦发热效应，升速至3000r/mim后进行了12.6小时的A级检修后相关试验，随后机组并网，机组带初始负荷暖机。暖机4.73小时后，机组打闸停机准备进行超速试验，机组挂闸再次升速至3000r/mim过程中，由于中压缸排汽温度无法控制，已升至接近中压缸排汽温度高跳闸保护定值（350℃），被迫手动打闸停运。（经初负荷暖机，中压缸排汽区已达到较高的温度水平）

（3）第三次启动：第二次启动打闸后，机组自然冷却15个小时后进行第三次启动，继续采用同步投运E热网加热器汽侧抽真空管，同时开启低压旁路，减少中压缸进汽量的启动方式，随后并网正常运行。第三次启动过程中，中压缸排汽温度始终保持在320℃以下。

4 启动过程分析

（1）机组启动初期，机组冲转所需蒸汽量小，中压缸排汽流量小、鼓风摩擦热量不能及时被带走，是中压缸排汽温度高的主要原因。

（2）机组启动过程表明，开启低压旁路，中压缸进汽量进一步减少，有效降低中压缸排汽区鼓风摩擦效应，减少产生的热量，有利于控制启动冲转过程中的中压缸排汽温度。

（3）第一次启动中，E热网加热器汽侧未抽真空，导致蒸汽分压力小、蒸汽冷凝慢，致使中压缸排汽受阻，在鼓风摩擦作用下，中压缸排汽温度达到温度高跳闸保护定值而跳闸，是第一次启动失败的主要原因。

（4）经初负荷暖机，中压缸排汽区已达到较高的温度水平，加之鼓风摩擦效应，使中压缸排汽区温度很快便达到了温度高跳闸保护定值，是第二次启动失败的原因。

5 结论

（1）低压转子光轴运行的机组，其热网加热器汽侧要抽真空，运行中要连续抽空气，以便及时抽走不凝结气体，避免不凝结气体对换热的影响，以确保中压缸排汽顺畅。

（2）机组启动过程中、启动后的相关试验尽量安排在叶片转子时进行，低压转子光轴状态下启动，宜采用冲转至额定转速后并网，机组带初负荷暖机，避免长时间空转暖机，蒸汽量小不足以带走鼓风效应产生的热量而使中压缸排汽温度升高而跳闸。

（3）开启低压旁路，中压缸进汽量进一步减少，可有效降低中压缸排汽区鼓风摩擦效应，减少产生的热量，有利于控制启动冲转过程中的中压缸排汽温度升高。但机组仍不宜在空转状态下长时间运行，仍宜采用冲转至额定转速后并网，机组带初负荷暖机的启动、暖机方式。

（4）带初负荷后，中压缸排汽量明显增加，能有效抑制中压缸排汽区温度。因此，低压缸光轴转子状态启动，在机组特性允许的情况下，宜尽量缩短空负荷运行时间，以抑制中压缸排汽区温度升高。

参考文献

[1] 翦天聪主编.《汽轮机原理》.中国电力出版社，1992.6.

[2] 赵国主编.《汽轮机》.中国电力出版社，1999.7.