600MW 超临界机组汽轮机中压缸启动分析

600MW 超临界机组汽轮机中压缸启动分析阅读：762 作者：陈华桂，秦惠敏，卢修连，高远发表日期：2007-10-29 汽轮机的启动应在合理的寿命损耗范围内平稳升速带负荷，防止发生胀差超限、缸体温差超限、动静部分摩擦、轴系振动等异常情况，在不出现危及主机安全及辅助设备和热控装置异常运行的情况下，尽量缩短启动时间，减少启动消耗，以取得最佳的安全与经济效益。

传统的高、中压缸联合启动方式由于在启动阶段高压缸排汽温度低，再热蒸汽温度低，中压缸及中压转子的温升速度慢，汽缸膨胀迟缓，甚至有可能出现中压缸转子温度尚未超过金属的脆性转变温度时汽轮机转速已定，因而限制了启动速度。

中压缸启动能够较好地满足上述要求，中压缸启动是指具有一次中间再热的大容量高参数凝汽式汽轮发电机组，启动时高压缸不进汽或只进少量汽，用中压调节汽门进汽冲转，待机组带一定负荷后，再切换到常规高中压联合进汽方式继续带负荷，直至满负荷。

一、机组概况江苏华润电力常熟第二发电厂 1 期工程 2 台600MW 超临界机组采用东方汽轮机厂生产的CLN600-24.2/538/566 型汽轮机是典型的超临界、一次中间再热、冲动式、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机，与哈尔滨锅炉厂生产的HGl952/25.4-YM1 型超临界、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构∏ 型本生式直流锅炉及东方电机厂供货的QFSN-600-2-22 型水氢氢三相同步汽轮发电机组成配套的单元发电机组。

汽轮机数字式电液控制DEH系统与分散式控制系统DCS采用日立的HIACS5000M 系统旁路采用CCI AG 公司提供的40锅炉最大连续工况BMCR以及52BMCR 高低压二级串联旁路系统。

机组默认的启动方式为中压缸启动1。

二、启动过程及分析22.1 从点火到冲转1高压缸倒暖中压缸启动时，由于高压缸不进汽或只进少量汽，高压缸得不到充分加热，以及高压缸缸壁比中压缸厚，使高压缸的加热滞后于中压缸，若启动前不充分暖缸到150℃以上，则汽轮机冲转后将因高压缸加热滞后而影响启动。

实现预暖的有效措施是高压缸中通入蒸汽使汽缸内蒸汽压力升高，从而使汽缸金属温度升高至蒸汽压力对应的饱和温度或更高。

通常此压力规定为0.4-0.5MPa，当第 1 级后汽缸金属内表面温度低于15O℃时应该进行高压缸预暖，当高压内缸第 1 级处内层金属温度比这一值高时不需要预暖。

高压缸预暖蒸汽过热度不得低于28℃，预暖蒸汽压力不得高于0.7MPa，否则机组会产生附加的推力。

高压缸暖缸期间，通过调整倒暖阀、导汽管疏水阀、高排逆止阀前疏水阀来调整汽缸的金属温升率，严格控制金属温升率在允许范围内。

闷缸时间根据制造厂提供的高压缸预暖闷缸时间曲线确定。

高压缸倒暖系统见图1。

2 阀壳预暖当高压调节阀CV蒸汽室内壁或外壁温度低于150℃时，汽轮机冲转前必须预热调节阀蒸汽室，以免汽轮机一旦启动时调节阀蒸汽室遭受过大的热冲击。

从调节阀蒸汽室预热开始，直至完成预热前，主蒸汽阀MSV不开启。

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，可同时对 4 个CV阀壳进行预暖。

3 旁路运行状态随着锅炉升温升压，高压旁路以下简称高旁前压力达到l.0MPa，高旁开度增加，以维持 1.0MPa，直到开度达到30。

高旁前压力升至1.lMPa，高旁控制方式由最小压力控制转入压力斜坡控制保持30开度，压力逐步增加至8.73MPa。

此后，转入定压控制方式。

低压旁路以下简称低旁控制压力至 1.lMPa。

2.2 从冲转到倒缸 1 摩擦检查当实际转速达到200r/min 时，点击控制画面上CLOSE ALL V ALVE，高压MSV 与高、中压调节阀全部关闭，中压主蒸汽阀RSV保持全开状态，可使汽轮机转速逐渐下降，并且蒸汽流动噪声消失，便于汽轮机运转声音的传出，进行摩擦检查，在此期间机组不允许停转。

完后再设定相应的升速率及目标转速，机组重新升速。

2 转速控制如果选择暖机运行方式，机组转速在400r/min 以下时，CV缓慢开启，进行高压缸暖机，转速达到400r/min 时，CV阀位保持，中压调节阀ICV逐渐开启。

若不选择暖机运行方式，则CV不开启，仅开启中压调门。

在前几次启动过程中发现，在暖机运行方式下，转速波动过程中CV逐渐关小，无法保持一定开度对高压缸进行暖机。

热工检查CV动作符合DEH 内部逻辑功能:升速用ICV 控制、降速用CV控制，该逻辑意味着转速的波动将导致CV关闭，高压缸无法进行暖机，功能异常，由热工强制保持CV阀位，保证暖机正常进行。

3 并网带初始负荷中速暖机结束后，机组升速至额定转速，当DEH 接收到自同期投入信号时，汽轮机转速在300Or/min 附近以一定规律摇摆，当满足同期条件时，油开关闭合，机组自动加初负荷直到实际负荷升到5为止。

2.3 汽轮机倒缸1 倒缸主蒸汽参数的选择主蒸汽压力一定时，不同的进汽温度对应着不同的高排蒸汽温度，因此合理选择主蒸汽参数，可使主蒸汽与高压缸金属之间温差较小，降低倒缸过程高压缸的热冲击和热应力。

主蒸汽压力的选取应按给定的高、低旁容量使其通过机组带切换负荷时需要的流量，同时考虑锅炉启动特性能否达到并维持该压力。

2 倒缸再热蒸汽参数的选择①ICV 的稳定性。

期望启动过程中转速或负荷能稳定增长，选择的再热蒸汽压力太高，进入中压缸蒸汽的容积流量则较小，ICV 开度与负荷的关系曲线较陡，不利于机组切换过程的稳定。

②高压缸过热问题。

再热蒸汽压力太高，倒缸时高压缸排气口处压力高，高压缸膨胀比小初压与背压之比，易引起高压缸尾部过热。

③ICV 通流能力问题。

ICV 通流量与再热蒸汽压力相关，由阀门特性可知，当再热蒸汽温度一定时，再热蒸汽压力越高，同一开度下通过ICV 的流量就越大，要保证倒缸时ICV 通过高旁过来的全部蒸汽量将机组带至倒缸负荷，再热蒸汽压力不能太低。

再热蒸汽温度的选择应根据锅炉的启动特性与所选择的再热蒸汽压力相匹配。

3 倒缸负荷的选择发挥中压缸启动的优点，加快中低压缸的；加热和膨胀，倒缸负荷越高越有利。

但机组实际倒缸负荷大小要受到轴向推力和主、再热蒸汽参数、高旁容量、ICV 开度等因素的限制。

一般情况，切换负荷下的轴向推力值应远小于机组极限轴向推力值。

倒缸负荷的大小主要是由进入中压缸的流量决定，不同机组因配置的高旁容量及选择的主、再热蒸汽参数不同，切换时ICV 开度不同，因此倒缸负荷值也不同。

从机组启动安全运行及较佳的经济性角度考虑，推荐600MW 机组倒缸初始负荷30-50MW。

4 倒缸过程及分析倒缸开始时，点击控制画面上LOAD UP加负荷，负荷开始上升，高旁开始关闭。

当ICV 开度为80左右时，CV开始开启，主蒸汽将从高旁逐渐转移到高压缸。

随着高压缸压力的建立，高排逆止门被冲开，抽真空阀VV关闭，高、低旁逐渐至全关，高压缸结束隔离进入正常通流状态，倒缸完成。

倒缸阶段整个过程为1-2min，倒缸开始后高排汽温有一个短暂的升高和回落。

负荷达120MW 后保持并机炉协调控制CCS指令有效，DEH 具备接受CCS 指令。

此功能中压缸启动时目标负荷120MW，负荷变化率30MW/min。

倒缸时，蒸汽流量不能低于启动曲线的要求，根据蒸汽流量可估算倒缸结束时的负荷点。

目前的问题是LOAD UP 加负荷一定要到120MW 才能停止开调门，但实际操作中只要高旁关闭即可手动操作GOV SET 手动增减按钮，此时LOAD UP 加负荷停止。

CV由于存在预启阀，且预启阀的行程占整个阀门行程的10，CV反馈10以下时高压缸实际不进汽，在因此在倒缸切换CV开启过程中高压缸没有立即进汽，在CV开到10以后高压缸才开始进汽，该阶段高旁阀的通流在连续减少的过程中有保持不变的问题，对旁路控制不利，会造成主蒸汽压力的波动。

由于LOAD UP 的过程很快，加负荷速度有30MW/min，因此要注意倒缸过程中蒸汽压力的变化，以确保汽水分离器水位稳定。

2005 年1 月25 日20 时48 分，1 号机组第 1 次倒缸时，由于CV开启较快，而高旁自关闭缓慢，主蒸汽压力变化快，由8.80MPa 降至 6.58MPa，锅炉贮水箱出现虚假水位，锅炉35给水调阀自动关小，贮水箱水位开始骤降，水位低跳炉水泵，省煤器入口流量低保护动作MFT、跳机跳电。

后由热工调整参数加快高旁阀关闭速率，同时征得制造厂家同意将加负荷速率降为24MW/min，问题得到解决。

倒缸时ICV 不全开，如果此时的低旁没有完全关闭，则自动方式下低旁不会再往下关，因此时低旁控制阀前压力随着负荷的提升，再热汽压力必然升高，低旁就开大以维持压力，此时可手动关闭低旁阀。

高旁控制维持主蒸汽压力在CV开启时逐渐关闭，在高旁与CV的切换过程中应注意主蒸汽压力的变化。

CV打开高压缸进汽后，如主蒸汽压力下跌都是由于高旁的关闭滞后于CV的开启速度引起，要注意汽水分离器水位的变化，必要时手动关闭CV以稳住主蒸汽压力，同时在DEH 面板上操作GOV SET 增减按钮停止LOAD UP 的继续加负荷。

在切换过程中要加强监视高排逆止阀的动作情况，确保其阀前后压差正常。

高排通风阀在CV打开后应自动关闭，并注意高排金属温度的变化。

在进行倒缸操作前，可将MSV 前的疏水阀自动控制撤出，以避免在倒缸过程中蒸汽管路疏水的关闭对汽压的影响。

在倒缸操作完成后再投入疏水自动，倒缸结束应检查旁路的控制由定压控制自动转入跟随方式控制。

5倒缸结束点负荷的选择汽轮机倒缸结束点的负荷值直接影响锅炉和汽轮机在启动过程中的稳定性。

为了避免高压缸末级叶片过热，必须保证高压缸有足够的流量，应尽可能增大CV的开度，故负荷要在很短时间内从5初负荷升至汽轮机倒缸结束点负荷。

倒缸结束点负荷太高时，锅炉燃烧率变化跟不上，造成主蒸汽压力偏低，手动干预锅炉燃烧率，则容易造成主蒸汽压力过大，超过高旁的压力设定使高旁阀一直处于开启状态。

但倒缸结束点负荷也不能过低，因为高压缸的进汽受限，要求高压缸进汽温度与低压缸金属温度之间的偏差控制在一定的范围内，且高压缸排汽压力必须高于再热蒸汽压力的设定值，避免出现高压缸小流量高背压而导致高压缸末级叶片过热。

同时保证高排逆止阀能顺利打开，否则高排逆止阀不能开启而导致中压缸启动失败。

2.4 倒缸后升负荷倒缸操作完成后，高中压缸和低压缸的金属温度已达到高中压缸联合启动带20-25额定负荷下的温度水平。

为防止汽缸被冷却，需要快速提升主蒸汽和再热蒸汽参数，负荷升至20-25ECR 下的负荷，升负荷率为5MW/min，并进行低负荷暖机。

待机组带上和缸温对应的负荷后，再按制造厂提供的启动曲线带负荷至满负荷。

三、旁路系统在中压缸启动中的作用中压缸启动对旁路系统的运行要求很高，尤其是汽轮机倒缸时旁路系统能投入自动运行方式，且随着高压调门的逐渐开启而高旁系统逐渐关闭，该过程中两者应较好的匹配，避免达到倒缸时主蒸汽压力、负荷的突变。