GE350MW亚临界汽轮机冷态启动控制要点分析

赵国龙

(大唐七台河发电有限责任公司，黑龙江 七台河 154600)

大唐七台河发电有限责任公司一期工程2×350 MW机组采用的是美国GE公司生产的型号为D5的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、冲动凝汽式汽轮机，机组配置两个高压主汽门，其中2号主汽门内设有可控旁通阀，汽缸为高、中压合缸。高压缸采用双层缸结构，中压缸采用单层缸结构，高、中压缸通流部分对向布置，主再热蒸汽由合缸中部进入汽轮机，高压缸排汽进入再热器，再热后蒸汽再次从缸体中部进入，反向流动进入中压缸。根据高压内缸上半调节级内壁金属温度的高低来划分启动状态，即冷态启动：<150℃；温态启动：≥150℃，<370℃；热态启动：≥370℃。

根据不同的启动状态、汽轮机冲转参数的不同，决定了汽轮机是加热还是冷却，是膨胀还是收缩。滑参数启动过程，汽轮机是在低蒸汽参数下不断预暖的过程，如果启动参数选择过高，热交换应力过大，不仅会影响机组寿命，还会使机组缸体膨胀、转子膨胀、胀差显著变化，引起机组振动，威胁机组安全运行。若蒸汽参数过低，会造成负温差启动，转子与汽缸多经历一次热交变循环，增加了机组的损耗，且在转子与汽缸内壁产生过大的拉应力，而拉应力较压应力更容易引起金属裂纹和汽缸变形，使动静间隙改变，严重时会发生动静摩擦事故。

1 机组冷态启动过程控制要点分析

1.1 转子预暖过程

汽轮机在转子预暖时，MSV、RSV、IV全关，CV全开，通过2号主汽门可控旁通阀调整进汽量。GE厂家指导手册推荐的预暖参数为主汽压力大于1.8 MPa，温度大于230℃，建议对具有一定温度水平的冷态工况，适当提高预热蒸汽参数，一般可使主汽温度大于汽机第一级缸体温150℃。GE厂家给定的蒸汽与金属温度失配值最佳值：+28℃，合格值：-56℃—+116℃，极限值：-166.5℃—+222℃，但在实际操作过程中推荐的预暖参数往往在汽轮机整体温度水平较低时，无法满足合格的失配值范围，增加了机组寿命损耗，盘车极容易被冲动，只能被迫减少暖机进气量，恢复盘车。以上问题会使机组预暖时间大幅度上升，因此预暖蒸汽参数应根据机组实际情况进行选择。根据这一情况，七台河电厂在机组启动前提前投入临炉反暖(临炉辅汽-冷再-RFV-高压缸)，采用相对参数较低的临炉辅汽，逐步提高汽轮机金属温度水平，增大高压缸进汽容积流量，提高了暖机效果，减少了暖机时间。

1.2 腔室预暖过程

腔室是两个主汽阀后汇聚成的环形汽室，主蒸汽经过这个腔室后再通过4个高调阀进入高压缸。GE厂家启动导则规定，当主汽温度与高压调门外壁温度失配值大于139℃，在汽轮机启动前必须预热调节阀蒸汽室，以免腔室或高压转子产生较大的热冲击。腔室预暖时，MSV、RSV、CV、IV全关，预热用的主蒸汽通过2号主汽阀的预启阀进入调节阀蒸汽室，通过进气阀及腔室疏水阀开度来控制金属温升率，使腔室内外壁温差在允许的给定图表范围。当调门外壁温度与主汽温度失配值小于56℃后，可结束阀腔预暖。

在此阶段，如果转子预暖过程中采用的是正暖，则阀腔也会同时得到预暖，反之，如果转子预暖过程中采用RFV反暖，则阀腔得不到预暖。在历次机组启动过程阀腔预暖时，多次出现首级金属温度下降的情况，不仅增加了一次冷热交变应力，也不利于胀差的控制。因此要注意在阀腔预暖过程中适当提高预暖蒸汽参数，防止高压转子温度下降至150℃以下，要开大腔室的疏水阀开度，提高预暖效果。即使主汽温度与调阀外壁失配值满足要求，也应继续预暖直到首级金属温度回升，再考虑进行下一步操作。

1.3 汽机冲转过程

机组启动时，要根据汽轮机现有金属温度水平，配合第一级蒸汽与金属允许的失配温度范围，由图1初始第一级蒸汽温度曲线反向查出冲转参数的允许范围，并以此为目标对蒸汽参数进行调整。具体操作如下：根据当前的主蒸汽温度及压力查出第一级蒸汽温度，此温度与第一级后缸体温度失配值在允许范围-55℃～111℃，否则应调整蒸汽参数。假定第一级金属温度为200℃，若旁路退出后主汽压力在1 000 psi(6.89 MPa)，主汽温度在700℉(371℃)，则对应曲线中第一级蒸汽温度为550℉(288℃)，失配值为88℃(190℉)，满足给定的失配值范围，则允许冲转。

图1 初始第一级蒸汽温度曲线Fig.1 Curve of initial first stage steam temperature

冲转时根据第一级蒸汽温度与金属温度失配值，由加速及速度保持曲线查出允许冲转速率及各转速阶段的暖机保持时间。在不同转速阶段对润滑油温有明确要求，以建立油膜及调整润滑油黏稠度，使之达到最佳润滑效果。

此阶段机组进汽量进一步加大，汽缸的质面比比转子的质面比大，造成转子膨胀速度远远高于缸体膨胀速率。特别是在低转速时，此时进气量少，流速慢，通流截面大，做功主要靠调节级鼓风摩擦效应突出，正胀差凸显。因此机组转速800 rpm时除了满足要求的预暖时间外，要尽量减少不必要的停留，避免低速暖机。冲转后随着汽流速度的加快，缸体上部温度随温度升高而升高，而下缸则由于气流量相对较大，且高排逆止门未打开，疏水不畅对暖机不利，因此应加强疏水。由于汽缸采用双层结构，每层缸壁厚度较小，当温度变化时，汽缸壁及法兰螺栓中的热应力较小。由于转子的直径较大，中心孔金属温度滞后于表面温度而产生温差，将引起较大的热应力。因此冲转阶段应注意转子应力变化情况，特别是中压缸开始进汽后，MARK 6E中预测的转子应力应不超80%在整个冲转过程应尽量保持蒸汽参数稳定，两侧汽温偏差、主再热汽温偏差在规定范围内。

1.4 初负荷暖机

机组并网后，应按当时的主蒸汽参数由图1查出高压第一级后的蒸汽温度，再与高压第一级缸温比较，从而得出失配值，由初始的负荷保持曲线得出机组并网后可带的初负荷值和机组升负荷至24 MW～35 MW所需的时间。当中、低压缸连通管温度达177℃并持续1 h以上，表明中压转子中心孔已经达到了加负荷条件允许继续升负荷。此阶段随着进汽量的不断升高，转子机械应力(如离心应力、剪切应力、弯曲应力、扭转应力等)也不断增加，因此初负荷暖机阶段，应根据转子应力情况缓慢提高蒸汽参数。

2 结语

要充分利用临炉反暖、腔室预暖及中速暖机，争取达到预暖效果最大化，为后期启动创造良好的缸胀条件，缩短启机时间，减少资源浪费。