浅析660MW汽轮机冷态启动暖机时间的控制

徐翔 娄杉

摘 要：上海汽轮机厂660MW超超临界二次再热汽轮机在冷态启动中的620r/min低速暖机阶段，因中压缸进汽量小，导致暖机时间过长，在冷态启动中耗费了大量时间和成本。本文详细分析了冷态启动暖机时间长的原因，并提出了解决方案。

关键词：X7f准则、暖机、冷态启动

国家能源集团宿迁发电有限公司二期2×660MW二次再热超超临界机组选用上海汽轮机厂引进的西门子汽轮机，型式为：超超临界、二次中间再热、十级回热抽汽、单轴、五缸四排汽、凝汽式汽轮机，型号为N660-31/600/620/620。DEH采用西门子SPPA-T3000控制系统。锅炉采用上海锅炉厂超超临界塔式直流炉，型号为SG-1903/32.45- M6101。

在机组冷态启动中，由于中压缸进汽量小等原因，在620r/min低速暖机时需要8小时以上方能完全满足X7f准则，大大延长了启动时间、增加了启动成本。

1.温度测点布置与X7准则

上海汽轮机厂N660-31/600/620/620型汽轮机中压缸采用双流程和三层缸设计，三层缸自内而外分别为内内缸、外内缸、外缸。中压内内缸温度测点布置在内内缸第三级叶片位置，内外缸温度测点布置在内外缸第五、六级叶片位置。

在汽轮机冷态启动升速过程中，预防转子低温脆性损伤是相当重要的，应将中压转子充分预暖，使中压转子具有较好的抗脆性破坏能力，以增强对升速中较大离心力以及热应力的承受能力。为判断汽轮机转子、汽缸暖机结束，DEH中设置了X7a～X7f准则，在620r/min暖机期间，X7f准则最难以满足，是制约冷态启动节点的关键因素。

上海汽轮机厂660MW机组中压转子采用13Cr9Mo2Co1NiVNbNB（超级马氏体耐热钢），其脆性转变温度（FATT）≤116℃。X7f逻辑要求中压内内缸温度≥231.6℃、中压外内缸温度≥259.7℃这两个条件全部满足。如果在X7f准则不满足情况下强行冲转，会影响转子寿命，甚至造成严重事故。

2.影响X7f准则满足的因素分析

660MW汽轮机冷态启动中在620r/min暖机时，中压缸调门开度小、进汽量小、蒸汽放热系数低，加上中压缸缸体和转子热惯性大等因素，导致中压转子、内缸金属温升速度缓慢。此外，由于中调门开度过小、阀门流量特性较差，中压调门高频率抖动。

影响中压调门开度的主要原因分析：

（1）锅炉侧蒸汽参数偏高。上海汽轮机厂使用说明书中要求的冷态启动主汽参数8MPa/400℃;一次再热压力≤2.0～2.5MPa、一次再热汽温度380℃;二次再热压力≤0.8～1.0MPa，二次再热汽温度380℃。

因锅炉及旁路特性，如按厂家要求控制主蒸汽压力8MPa，需维持两台磨煤机运行，主/再蒸汽温度只能控制在500℃左右，较厂家要求高出100℃左右，通过计算，蒸汽流量较设计值低29.17%。

（2）凝汽器背压。凝汽式汽轮机启动时，背压也不需要太低，若背压太低，则会使蒸汽流量减小而延长暖机时间。上汽660MW汽轮机要求冲转前凝汽器背压大于13kPa即可。根据经验，凝汽器背压每升高1kPa，汽轮机汽耗增加1.5～2.5%。如凝汽器背压从4kPa提高至12kPa，蒸汽流量可提高12～20%。

（3）DEH中各汽缸流量分配。二次再热机组较一次再热多一个超高压缸，采用超高压、高压、中压缸联合启动方式时，各汽缸根据DEH中预先设定的流量——阀位指令曲线，控制各缸调节汽门的开度。在620r/min定速时，流量指令在8%左右，对应超高压、高压、中压调门开度分别通常在2.5%、5%、2.3%左右，中压调门开度较小。

3.提高暖机速度的方案

（1）尽早投入汽轮机轴封

启动前，在盘车投入正常后，可尽早投入汽轮机轴封、抽真空。投入轴封后，中压缸内缸的温升速率约1～1.5℃/小时。该方案对减少暖机时间作用有限，但可使锅炉尽早进行点火、热态清洗操作，减少冲转前等待汽水品质合格的时间。

（2）降低锅炉侧蒸汽参数

根据实践经验，主汽压6.0MPa即可满足汽轮机冲转至620r/min的要求。在此基础上对运行方式进行优化调整，汽轮机在冲转至620r/min时只保持一台磨煤机运行，煤量控制在48t/h;在升全速前再启动第二台磨煤机、将冲转参数提高到厂家规定值。优化后，机侧冲转参数有明显下降，主/再热蒸汽压力控制在6.0/1.7/0.5MPa，主/再热蒸汽温度可降低至465/480/480℃，经计算，蒸汽流量较调整前高16.5%。

（3）降低超高压、高压调门的阀限

通过对DEH逻辑的检查，将超高压、高压调门的阀限降低到2.0%是可行的。某次冷态启动中，降低超高压、高压调门的阀限后，超高排、高排温度均有所降低，同时中压调门开度由2.51%提高到3.82%，中压内缸温升速率达到32.66℃/小时，暖机效果明显改善，且中调门抖动现象消失。

（4）降低凝汽器背压

某次温态启动，中压内缸初始温度148℃。在超高压/高压调门的阀限降低到2.0%、其他参数稳定的条件下，通过阶段性关闭真空泵进气蝶阀，将凝汽器背压由4.2kPa降低并控制在8～12kPa。由下图可见，降低凝汽器背压对中压缸温升速率影响明显，中压内缸温升率提高了70%以上，仅用了1.85小时即完成了低速暖机。

（5）汽轮机启动方式优化

如需进一步减少暖机时间，则需要考虑使用中压缸启动的方式。中压缸启动的优势是中压缸单独运行、进汽量较联合启动有所增大，有利于中压缸暖机。

上海汽轮机厂660MW机组T3000控制系统中设置了“Startup Mode With VHP”和“Startup Mode Without VHP”两种启动方式。“With VHP”，是传统的超高压、高压、中压缸联合启动方式。如果选择“Without VHP”，则超高压、高压缸均不参与启动，仅中压缸进汽。可以在冲转前选择中压缸启动，在冲转至额定转速，发电机并网后，再手动将超高压、高压缸并缸。

4.结论

由于660MW二次再热汽轮机中压缸的结构特点，导致中压转子暖机过程过长。通过优化冲转参数、调整锅炉运行方式、控制凝汽器背压、降低超高压/高压调门的阀限等手段，将低速暖机时间降低到3小时以内，并可避免中压调门高频率抖动对阀体的损伤，显著节约冷态启动中的时间、辅机电耗和燃料成本。

参考文献：

[1]孙奉仲.大型汽轮机运行[M]，北京：中国电力出版社，2008

[2]上海汽轮机厂N660-31/600/620/620型汽輪机运行说明书[Z]，2018

[3]孔范太.国产600MW超临界机组中压缸启动特点分析[J];广东电力，2008年07期