微油模式下機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)的低壓缸差脹控制

羅 晶

（臺(tái)州發(fā)電廠，浙江 臺(tái)州 318016）

1 概述

臺(tái)州發(fā)電廠7號(hào)、8號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組為北重－阿爾斯通N330－17.75/540/540，單軸三缸亞臨界中間一次再熱雙排汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)采用中壓缸沖轉(zhuǎn)，滑壓?jiǎn)?dòng)。該機(jī)組不設(shè)法蘭螺栓加熱裝置，其高、中、低壓缸夾層的加熱與冷卻汽源分別來自調(diào)節(jié)級(jí)、中壓缸第五級(jí)后的抽汽、低壓缸的各級(jí)抽汽。汽輪機(jī)組的滑銷系統(tǒng)及汽缸、轉(zhuǎn)子的膨脹方向如圖1所示。

汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)及異常工況下，常因轉(zhuǎn)子加熱（或冷卻）比汽缸快而產(chǎn)生膨脹差值（簡(jiǎn)稱差脹）。無論是正差脹還是負(fù)差脹，當(dāng)其達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，汽輪機(jī)軸向動(dòng)靜部分就要相碰發(fā)生摩擦，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。為了避免因?yàn)椴蠲涍^大引起動(dòng)靜摩擦，大型機(jī)組一般都設(shè)有差脹保護(hù)，當(dāng)差脹達(dá)到極限危險(xiǎn)值時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作緊急停機(jī)，切斷汽缸進(jìn)汽。

生產(chǎn)廠家在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)已按預(yù)定啟動(dòng)程序進(jìn)行差脹計(jì)算，并按最大差脹值確定各檔軸封間隙和流通間隙，認(rèn)為可排除差脹對(duì)機(jī)組啟停的限制作用，因而未設(shè)差脹保護(hù)。因此電廠規(guī)定當(dāng)汽輪機(jī)差脹達(dá)到極限值時(shí)，采取手動(dòng)停機(jī)方式，差脹限值見表1。

表1 臺(tái)州發(fā)電廠330 MW機(jī)組汽輪機(jī)差脹限值 mm

2 低壓缸差脹過大的原因分析

2.1 問題的產(chǎn)生

在國家節(jié)能減排的大背景下，為了減少啟、停爐的燃油，臺(tái)州發(fā)電廠相繼對(duì)7號(hào)和8號(hào)機(jī)組進(jìn)行了鍋爐微油點(diǎn)火改造。采用微油點(diǎn)火后，機(jī)組啟動(dòng)階段的燃燒率遠(yuǎn)低于原來投用大油槍時(shí)的燃燒率，使整個(gè)啟動(dòng)過程延長(zhǎng)了1.5～2 h，而汽輪機(jī)軸封汽系統(tǒng)按規(guī)定在鍋爐點(diǎn)火前就應(yīng)投入，以建立凝汽器真空。這樣，在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前，軸封汽對(duì)轉(zhuǎn)子的加熱時(shí)長(zhǎng)增加，加熱效應(yīng)更為突出，導(dǎo)致汽輪機(jī)低壓缸正差脹在沖轉(zhuǎn)前就已偏大；沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速后，低壓缸正差脹達(dá)到或超過報(bào)警值，甚至到停機(jī)值，嚴(yán)重延緩了機(jī)組的啟動(dòng)進(jìn)程，甚至對(duì)機(jī)組啟動(dòng)的安全性造成影響。

圖1 汽輪機(jī)滑銷系統(tǒng)

2.2 調(diào)查與分析

對(duì)2008年6月8號(hào)爐微油點(diǎn)火改造后的機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)情況進(jìn)行抽樣調(diào)查，并對(duì)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)低壓缸正差脹偏大情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。圖2顯示的兩次啟動(dòng)進(jìn)程中，低壓缸差脹一次達(dá)到了手動(dòng)停機(jī)值，另一次也明顯超過報(bào)警值。

這兩次啟動(dòng)均采用先抽真空后鍋爐點(diǎn)火的方式，即先投軸封汽系統(tǒng)再對(duì)凝汽器抽真空，待凝汽器真空值達(dá)到20 kPa以上，鍋爐開始點(diǎn)火。在軸封供汽抽真空階段，因?yàn)樵诩訜徇^程中轉(zhuǎn)子溫度升高的速度比汽缸快，相應(yīng)的膨脹速度也比汽缸快。當(dāng)投入軸封系統(tǒng)對(duì)汽封供汽時(shí)，汽封套受熱后向兩側(cè)膨脹，對(duì)整個(gè)汽缸的膨脹影響不大。而與汽封相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子主軸段在受熱后則伸長(zhǎng)明顯。汽封供熱對(duì)轉(zhuǎn)子伸長(zhǎng)值的影響是由供汽溫度決定的，同時(shí)也受加熱時(shí)間的影響。而在這兩次啟動(dòng)中，沖轉(zhuǎn)前的軸封系統(tǒng)投用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4 h，期間軸封汽溫度也始終按150℃控制，軸封供汽對(duì)轉(zhuǎn)子的加熱效應(yīng)非常明顯地體現(xiàn)在低壓差脹的增量上，分別達(dá)到了5.311 mm（2009年6月18日）和3.39 mm（2010年5月27日）。

圖2 8號(hào)機(jī)兩次冷態(tài)啟動(dòng)低壓缸差脹變化曲線

低壓缸正差脹增大的常規(guī)因素還有：汽機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)太高；沖轉(zhuǎn)過程中暖機(jī)不良；低負(fù)荷時(shí)暖機(jī)不良；加負(fù)荷過快和帶負(fù)荷時(shí)主再熱汽溫度提升過快等，所以嚴(yán)格按照要求控制相關(guān)啟動(dòng)參數(shù)也很重要。

3 控制低壓缸正差脹的措施

3.1 提高微油槍投運(yùn)成功率

在實(shí)際啟動(dòng)過程中，微油槍點(diǎn)火不成功的情況非常普遍，噴頭濾網(wǎng)堵塞或者噴頭積炭發(fā)生最多，造成機(jī)組升溫、升壓時(shí)間（即鍋爐點(diǎn)火至汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)間）太長(zhǎng)。采取以下措施可以使油槍投運(yùn)成功率明顯提高：增加每月定期試點(diǎn)次數(shù)，加強(qiáng)運(yùn)行中的日常維護(hù)，機(jī)組停運(yùn)后全面檢查微油槍并保證檢修質(zhì)量，機(jī)組啟動(dòng)過程中提倡檢修人員“隨時(shí)待命、主動(dòng)維護(hù)”理念。

3.2 降低低壓軸封蒸汽溫度

運(yùn)行規(guī)程規(guī)定低壓軸封正常溫度設(shè)定為150℃，不得低于120℃。而該溫度由一個(gè)基地式減溫水調(diào)整門調(diào)節(jié)，且設(shè)定值由熱控人員在執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部給定，運(yùn)行人員無法設(shè)定，故每次投軸封均需低壓軸封汽溫度達(dá)到150℃。目前采取的措施是每次投軸封時(shí)聯(lián)系熱控將低壓軸封汽溫度設(shè)定值改至120℃。從安全性分析，正常低壓軸封汽壓力約為15 kPa，對(duì)應(yīng)的飽和溫度為101℃，有足夠的過熱度避免軸封帶水。以120℃的低壓軸封汽投運(yùn)，能減少對(duì)軸頸加熱，降低軸封漏汽溫度，使差脹降低。實(shí)踐證明，采取這種方法的效果相當(dāng)明顯。

3.3 推遲凝汽器抽真空時(shí)間

運(yùn)行規(guī)程規(guī)定必須先投軸封、拉真空至20 kPa以上才允許鍋爐點(diǎn)火，這是為了防止鍋爐點(diǎn)火后產(chǎn)生的疏水或蒸汽排入凝汽器造成超壓。而實(shí)際情況是：鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)且過程比較順利的情況下，微油點(diǎn)火、制粉系統(tǒng)投運(yùn)90 min后汽包才起壓。而8號(hào)機(jī)組的啟動(dòng)疏水?dāng)U容器（主蒸汽管道疏水、再熱熱段管道疏水、再熱冷段管道疏水和一級(jí)抽汽管道疏水）是向大氣排放的，并非排往凝汽器，即使鍋爐起壓，其它至凝汽器的疏水在短時(shí)間內(nèi)也不會(huì)造成熱沖擊。因此采取的措施是：在鍋爐點(diǎn)火前試投軸封系統(tǒng)拉真空，驗(yàn)證系統(tǒng)正常后即停運(yùn)，等制粉系統(tǒng)投運(yùn)、鍋爐汽包起壓時(shí)再開始投軸封系統(tǒng)拉真空。

3.4 適當(dāng)降低汽機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)

330 MW機(jī)組有以下沖轉(zhuǎn)參數(shù)規(guī)定：主汽壓力/溫度為4.0 MPa/380℃、再熱蒸汽壓力/溫度為1.5 MPa/360℃。只要維持足夠的過熱度，降低汽機(jī)的沖轉(zhuǎn)參數(shù)反而有利于減少機(jī)組的熱沖擊。曾有一次啟動(dòng)過程將主/再熱蒸汽溫度降為320℃/300℃（過熱度分別為70℃/100℃），有效地控制了各缸差脹。另外調(diào)整凝汽器真空、增加沖轉(zhuǎn)蒸汽流量，各低壓加熱器隨汽機(jī)沖轉(zhuǎn)投運(yùn)等措施也能起到減少低壓缸差脹的作用。

4 措施實(shí)施后的變化情況

2011年2 月，8號(hào)機(jī)組調(diào)停后冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)采取了上述措施控制低壓差脹，從軸封系統(tǒng)投運(yùn)到?jīng)_轉(zhuǎn)，低壓缸正差脹增長(zhǎng)很小，完全在正常許可范圍內(nèi)（見圖3）。整個(gè)啟動(dòng)過程中，機(jī)組低壓缸差脹最大控制在約7.6 mm，低于8.05 mm的報(bào)警值，證明以上措施是有效的，保證了機(jī)組的順利啟動(dòng)。

圖3 措施實(shí)施后8號(hào)機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)低壓缸差脹變化曲線

5 結(jié)語

順利啟動(dòng)是機(jī)組安全、高效運(yùn)行的前提，舊設(shè)備的改造、新設(shè)備的投運(yùn)往往帶來新的問題，在發(fā)現(xiàn)問題的同時(shí)，要對(duì)影響因素進(jìn)行判斷分析，從中找出主要因素，并制定對(duì)策加以處理。

[1]侯絢紅，任生友.機(jī)組啟動(dòng)過程中差脹異常及對(duì)策[J].江西電力，2004（1）:33-35.

[2]單以建，李新軍.某中間再熱機(jī)組低壓缸脹差偏大原因的分析及處理[J].熱力透平，2008（6）:132-135.