600MW機組溫態(tài)啟動下低壓缸負(fù)脹差大的分析與處理

劉文星

（廣東省揭陽市惠來縣靖海電廠，廣東 揭陽515223）

0 引言

近年來，隨著廣東沿海的大型發(fā)電機組大規(guī)模投產(chǎn)發(fā)電，發(fā)電市場競爭日趨激烈。在此背景下，眾多600MW超臨界機組參與假日調(diào)峰停機的頻率日益增加，超臨界機組面臨著更多的溫態(tài)啟動工況。靖海電廠＃1機組為東方汽輪機廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，型號為 N600－24.2／566／566。所謂溫態(tài)啟動，根據(jù)中壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁溫T的高低來定義，即當(dāng)305℃≤T＜420℃時，汽輪機啟動即為溫態(tài)啟動。

1 溫態(tài)啟動下低壓缸負(fù)脹差大案例分析

1.1 案例工況

＃1機組在最近幾次的溫態(tài)啟動過程中都發(fā)生了低壓缸負(fù)脹差大的問題，尤其以最近一次＃1機組沖轉(zhuǎn)時最為嚴(yán)重。汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸的相對膨脹的差值，稱為脹差。習(xí)慣上規(guī)定轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹時的脹差值為正脹差，汽缸膨脹大于轉(zhuǎn)子膨脹時的脹差值為負(fù)脹差。

具體的情況是，在溫態(tài)啟動過程中，中速暖機結(jié)束升速3 000r／min過程中，隨著轉(zhuǎn)速上升，高、中、低壓缸脹差值均有減小的趨勢，高中壓缸脹差基本保持在合理范圍，而低壓缸負(fù)脹差最低達(dá)到－6mm左右，接近跳閘值－8mm，高中壓缸幾乎不變。這主要是因為隨著轉(zhuǎn)速的升高，離心力增大，轉(zhuǎn)子軸向的分力也增大了，從而使轉(zhuǎn)子變粗縮短（泊桑效應(yīng)）；同時經(jīng)過中速暖機，汽缸溫度逐漸上升，汽缸的膨脹速度也在上升，相對遲滯了轉(zhuǎn)子的膨脹值，進(jìn)而出現(xiàn)脹差負(fù)值現(xiàn)象。

此次溫態(tài)啟動，＃1機沖轉(zhuǎn)參數(shù)為：主汽壓7.8MPa，主汽溫472℃；再熱汽壓0.1MPa，再熱汽溫290℃，再熱煙氣擋板開度13%，在摩擦檢查后逐步開大；低壓缸進(jìn)汽溫度169℃，值得注意的一點是，這個溫度最低低到121℃。

1.2 影響因素分析

可能使低壓缸脹差向負(fù)值增大的主要因素有：

（1）負(fù)荷迅速下降或突然甩負(fù)荷。

（2）主汽溫驟減或啟動時的進(jìn)汽溫度低于金屬溫度。

（3）水沖擊。

（4）汽缸夾、法蘭加熱裝置加熱過度。

（5）軸封汽溫度太低。

（6）軸向位移變化。

（7）軸承油溫太低［1］。

（8）啟動時轉(zhuǎn)速突升，由于轉(zhuǎn)子在離心力的作用下軸向尺寸縮小，尤其低差變化明顯。

（9）汽缸夾層中流入高溫蒸汽，可能來自汽加熱裝置［2］，也可能來自進(jìn)汽套管的漏汽或者軸封漏汽。

（10）汽缸夾層加熱裝置汽溫太高或流量太大，引起加熱過度。

（11）滑銷系統(tǒng)或軸承臺板滑動卡澀，汽缸不會縮回。

（12）脹差指示不準(zhǔn)或頻率、電壓變化。

（13）真空過高，相應(yīng)排汽室溫降低。

這其中，刨除工況以及一些機械性的不可控因素，可能對＃1機沖轉(zhuǎn)時低壓缸脹差負(fù)向增大造成影響且是我們運行中可控的因素有主汽溫、軸封溫度、轉(zhuǎn)速、軸承溫度、真空。

1.3 具體原因分析

1.3.1 汽溫對低壓缸負(fù)脹差的影響

＃1機組采用中壓缸啟動方式，再熱汽進(jìn)入中壓缸做功后排入低壓缸，在這個過程中，如果主再熱汽溫度較低，就很容易造成低壓缸進(jìn)汽溫度低，此時轉(zhuǎn)子的余溫高于中壓缸排汽，低壓缸和轉(zhuǎn)子就受到中壓缸排汽的冷卻作用，而由于低壓轉(zhuǎn)子比缸體受冷更快，造成了脹差的負(fù)向增大［3］。

1.3.2 轉(zhuǎn)速對低壓缸負(fù)脹差的影響

根據(jù)泊桑效應(yīng)可知，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，受離心力的作用，轉(zhuǎn)子將發(fā)生徑向和軸向變形，變粗變短。低壓轉(zhuǎn)子由于其工況條件需要，本身就比較長，葉輪的重量大，所以在沖轉(zhuǎn)時，低壓轉(zhuǎn)子的泊桑效應(yīng)更明顯，而這一過程中，汽缸并不受影響，所以會造成負(fù)向脹差的增大。

1.3.3 真空對低壓缸負(fù)脹差的影響

在沖轉(zhuǎn)階段，當(dāng)真空較高時，低壓缸排汽阻力小，排汽室溫度降低，使轉(zhuǎn)子受冷，與此同時，沖轉(zhuǎn)所需的蒸汽量也要減少，這樣就不利于再熱汽部分的較低溫蒸汽快速排出低壓缸，使轉(zhuǎn)子受冷的時間延長，也會造成低壓缸的負(fù)向脹差增大。

1.3.4 軸封溫度對低壓缸負(fù)脹差的影響

此次啟動過程中，軸封溫度A、B低壓缸分別為170℃和121℃，對于低壓轉(zhuǎn)子應(yīng)該會有一個冷卻效果，但其只是對于低壓轉(zhuǎn)子軸承端進(jìn)行冷卻，軸封段占轉(zhuǎn)子總長度的比例不大，其對于低壓缸的總脹差的作用應(yīng)不大。而由于當(dāng)時軸承油溫控制在合理值，故對于脹差沒有影響。綜上所述，沖轉(zhuǎn)的過程中低壓缸負(fù)脹差逐漸增大的主要原因是低壓缸進(jìn)汽溫度較低，轉(zhuǎn)子受到冷卻，比汽缸收縮快；次要原因是沖轉(zhuǎn)過程中的泊桑效應(yīng)造成轉(zhuǎn)子自然收縮。

2 遏制負(fù)脹差大的應(yīng)對措施

由低壓缸負(fù)脹差產(chǎn)生的原因可知，溫態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)時，遏制低壓缸負(fù)脹差變大的要點有兩個，一是盡量提高再熱汽的溫度，二是盡快排掉流經(jīng)低壓缸的不合格蒸汽［4］。

鑒于此，我們可以采取以下措施：

（1）盡量提高沖轉(zhuǎn)參數(shù)，尤其是主蒸汽的溫度。由于再熱汽來自主蒸汽經(jīng)高壓缸的排汽，提高主蒸汽的溫度就能使再熱汽的溫度得到提升。

（2）在沖轉(zhuǎn)前，盡量開大煙汽擋板，以便提高再熱汽的溫度，但同時要注意再熱器的管壁溫度。再熱器的溫度測點裝在再熱器進(jìn)出口集箱上，離真正的再熱器受熱面還有一定的距離，但可以作為參考。

（3）沖轉(zhuǎn)時，可以將凝汽器真空適當(dāng)降低，提高低壓缸排汽壓力和溫度。可以在沖轉(zhuǎn)過程中，有更多的蒸汽流經(jīng)機組。

（4）可以考慮在沖轉(zhuǎn)過程中隨機投入高低加，以加大汽輪機的進(jìn)汽量，使冷汽盡快排出汽輪機，同時也可以配合再熱器煙汽擋板，使擋板更快開大，達(dá)到再熱的作用，提高再熱汽溫。

（5）泊桑效應(yīng)影響機組低壓脹差約10%，所以在開機沖轉(zhuǎn)前，低壓脹差應(yīng)盡量保持在10%以上。換言之，沖轉(zhuǎn)時低壓脹差應(yīng)為正值，且有一定的示數(shù)?？梢赃m當(dāng)采用較低的升速率，并在1 500r／min做適當(dāng)暖機停留，避免泊桑效應(yīng)跟低溫蒸汽共同作用，造成低壓缸負(fù)脹差過大跳機的嚴(yán)重后果。

（6）為了防止脹差變化過快，并網(wǎng)后應(yīng)在低負(fù)荷狀態(tài)下暖機一段時間，具體的低負(fù)荷暖機時間由汽缸上／下壁溫度、調(diào)節(jié)級溫度和脹差的變化趨勢來定。只有脹差值出現(xiàn)下降趨勢后才能開始逐步升負(fù)荷，且應(yīng)保持較低的升負(fù)荷速度；升負(fù)荷過程中，一旦脹差又出現(xiàn)上漲且增速較快時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)販p緩升負(fù)荷速度甚至停止升負(fù)荷繼續(xù)暖機，待脹差穩(wěn)定后才能繼續(xù)升負(fù)荷。

3 結(jié)語

溫態(tài)啟動時，為了防止低壓缸負(fù)脹差過大，在檢查確認(rèn)各項工作有序推進(jìn)的情況下，要盡快升速、并網(wǎng)和帶負(fù)荷，并使負(fù)荷匹配汽缸溫度所對應(yīng)的水平。至于沖轉(zhuǎn)的蒸汽溫度，當(dāng)然應(yīng)該滿足溫態(tài)啟動的要求，否則如果再和其他一些不利因素疊加在一起，就有可能發(fā)生動靜部分摩擦事故。

［1］王燦文.石橫電廠汽輪機差脹換型有關(guān)問題的探討［C］／／全國火電300MWe級機組能效對標(biāo)及競賽第三十九屆年會論文集，2010.

［2］馬超.淺議汽輪機脹差形成的原因、危害及控制措施［J］.時代經(jīng)貿(mào)，2013（14）.

［3］周輝，丁亮.汽輪機脹差產(chǎn)生的原因分析與控制［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2011（7）.

［4］李偉.哈汽660MW超超臨界汽輪機溫態(tài)沖轉(zhuǎn)抑制負(fù)脹差過大的控制策略探討［C］／／全國600MW級大型汽輪機優(yōu)化改造經(jīng)驗交流會論文集，2013.