北重330MW汽轮机中压缸启动的研究与应用

摘要：以大唐略阳发电厂技改工程330MW汽轮机为例介绍了中压缸启动的特点与方法，并结合机组调试、运行中实践对此类型机组的安全性、经济性及优越性进行了详细的阐述和分析。

关键词：中压缸启动 暖机 切缸

1.前言

随着电力工业的发展和人民生活水平的日益提高，电网结构也发生了变化，电网备用容量的增大，火力发电厂承担电网调峰的情况越来越多，火电厂负荷低时，停运一台机组往往比几台机组都在低负荷下运行的经济性更好。因此，如何让备用机组快速启动、并网、带负荷成了当今大型火力发电机组启动技术的重要课题之一。

北重330MW汽轮发电机组采用ALSTOM公司首创的汽轮机中压缸启动技术，其主要优点：（1）机组启动操作程序简单；（2）汽轮机启动的热应力小，可延长汽轮机使用寿命；（3）能快速启动并具有良好的调峰性能。本文以大唐略阳技改工程汽轮发电机组（北重设计制造的330MW汽轮机）中压缸启动的调试及运行实践为依据，对中压缸启动技术进行研究和探讨。

2.系统的设计特点

为了实现汽轮机的中压缸启动，其热力系统的设计与配置与常规机组有所不同，下图为北重330MW机组中压缸启动的典型系统配置图。

（1）高低压旁路系统

高低压旁路系统是中压缸启动方式必须配置的系统，它除了能使机组实现停机不停炉、减少启动工质损失、提高机组启动速度和保护再热器之外，还参与了主蒸汽及再热蒸汽温度、压力的调节，使锅炉燃烧调整与汽轮机的启动相匹配，同时在机组切缸及反切缸的过程中起到极为重要的作用。对于北重中压缸启动机组来说，旁路控制系统的作用更显得突出，旁路控制品质的好坏直接关系到机组的正常运行。

（2）高压缸暖缸阀

高压缸暖缸阀布置在高压缸排汽逆止阀的旁通管上，用于在机组冷态启动时对高压缸的倒暖。

（3）高压缸抽真空阀

高压缸抽真空阀布置在高压缸排汽逆止阀前至凝汽器的管道，用于在高压缸暖缸结束后，对高压缸进行抽真空隔离，以防止高压缸及高压转子因鼓风摩擦发热而损坏。

（4）高压缸排汽逆止阀

高压缸排汽逆止阀在切缸及反切缸过程中必须快速动作，以满足气缸切换的要求.

（5）优化汽缸及转子的设计，以减少应力集中。

3.中压缸启动过程及分析

首先冷态启动时，锅炉点火之前，一定要提前投入盘车装置（转子连续盘车至少12个小时），抽真空，投入汽封，使机组真空快速建立。当真空达-70kPa时，锅炉开始点火，投入高、低压旁路自动，按照升温、升压曲线，旁路先进入“启动方式”（ 最小开度控制10%最小压力控制1 MPa当压力大于1 MPa 高旁阀开大到15%延时退出最小开度控制进入最大开度控制40%）；当主汽压力大于4.0MPa（冲转压力）延时30秒进入“定压运行方式”，高旁维持主汽压力4.0MPa，低旁维持再热蒸汽压力1.5MPa。

（1）高压缸预暖：汽机挂闸后，高、中压4个主汽门同时开启，高压外缸下法兰金属温度小于190℃，高压缸暖缸阀自动打开，抽真空阀自动关闭，蒸汽通过暖缸阀对高压缸进行预暖。此时应注意：两个高排逆止门在关闭位置，高压缸第一级疏水门及抽真空阀前管道疏水门必须开启。

（2）汽轮机冲转：汽机挂闸后，开始暖缸的同时，可进行汽轮机的冲转。

冲转前的参数：

主蒸汽压力： 4.0MPa 主蒸汽温度： 380℃

再热蒸汽压力：1.5MPa 再热蒸汽温度：360℃

真空： -80kPa

主蒸汽压力选择4.0MPa主要是考虑到锅炉的汽温控制的需要，如果压力选择过高，将很难控制主蒸汽温度不超过400℃。如果温度过高，汽轮机切缸时会对高压缸及转子造成很大的热冲击。因此，主蒸汽温度不宜大于400℃。

冲转过程：

①在DEH上设定转速目标值600r/min，升速率100 r/min/min；

②转速大于140r/min，注意盘车应脱扣；

③转速600 r/min时，打闸就地进行听音、摩擦检查；

④转速低于200 r/min时重新挂闸升速至1000 r/min时，进行中速暖机，等待高压缸温度上升至190℃。待高压缸金属温度大于190℃时，高压缸暖缸阀自动关闭，抽真空阀自动开启，高压缸预暖结束。这样，高压缸已基本上变成了温态。事实上抽真空阀开启后，高压外缸下法兰金属温度就会由于抽吸作用而降低，但一般都不会低于185℃，即便是这样，也应当尽快升速。

⑤转速1050 r/min时，注意检查两个高压主汽门应关闭；

⑥转速大于2900 r/min后，检查顶轴油泵联锁停止；

⑦3000 r/min定速后，检查所有油参数正常后停交流油泵，停盘车电机。

D、高压缸排汽口金属温度高保护：高压缸排汽口金属温度（TE020）＞420℃汽轮机跳闸。

（3）并网、切缸

机组3000 r/min做试验期间，正好可进行并网前的准备工作。机组并网以后，自动带上7MW左右的负荷，为了防止发电机逆功率保护动作，应立即升负荷至10MW，并按照启动曲线逐渐将负荷逐渐升至额定负荷的10%～15%，准备切至高压缸控制。

自动并高缸条件：

① 机组负荷大于额定负荷的10～15%；

② 高、低压旁路在自动方式；

③ 变送器正常（所指为主、再热蒸汽压力、温度变送器等）；

④ 主汽温度满足448℃＞T＞385℃（T根据高压缸金属温度计算所得）；

⑤ 高旁流量＞DEH当前流量＞高压缸最小冷却流量

手动并高缸条件：

① 机组负荷大于额定负荷的10～15%；

② 高、低压旁路在自动方式；

③ 按下“高缸控制” 按钮；

并高缸条件满足后，切缸指令自动发出，以下操作自动进行：

1.高压主汽阀打开，高压调节阀稍开，接带部分负荷

2.高排逆止阀释放至自由状态

3.高压缸抽真空阀关闭

切缸过程的注意事项：

①高压缸切换过程中，在高压缸进汽后，主汽压力会有所下降，高旁压力调节阀为了维持其设定值（4MPa）而逐渐关小，如果关闭速度过慢，就会造成高排逆止阀后背压较高，这样不利于高排逆止阀的顺利打开，从而会导致高压缸排汽温度的迅速上升，进而可能使汽轮机跳闸；如果关闭速度过快，就会使中压缸进汽量瞬间减小，在高压缸还未来得及接带负荷的情况下，会导致电负荷迅速减小甚至降到零。如果发现以上两种情况，应立即将高旁压力调节阀自动方式切至人为手动控制。

②高压缸切换后，如果高压缸排汽温度上升较高，应适当增大高压调节阀开度以增加高压缸的蒸汽流量，防止高压缸排汽温度升至过高而使汽轮机跳闸。

4.安全技术经济分析

（1）上述中压缸启动过程中各阶段高、中压缸的金属温升率以及高、中、低压缸胀差和转子应力均在设计许可范围内，不会对缸体及转子的寿命产生影响。

（2）由于采用了较高的再热蒸汽压力作为启动冲转参数，所以能解决一系列高中压联合启动时无法解决的问题。

（3）由于在冲转及低负荷运行期间，高压缸被隔离且处于真空状态，这样，一方面避免高压缸在小流量下运行，减少了高压缸第一级及高压缸排汽口处的热冲击；另一方面因中、低压缸进汽流量大大增加，改善了中、低压缸的运行条件，使得机组可以带厂用电运行而不受限制。

（4）机组采用中压缸启动，冷态启动从锅炉点火到机组带满负荷，一般只需要5～6小时，比常规按高中压联合启动至少节约3个小时，大大节约了燃料，生产经济性得到很大改善。

5.结论

（1）机组采用中压缸启动方式，启动速度快，节约燃料，减少了发电厂的生产成本。

（2）中压缸启动的系统配置能满足各种运行方式的需要，使机组在特殊工况下安全运行，增加了电厂运行的灵活性，满足了电网调峰的需要。