1000MW超超临界汽轮机极热态启动特点及对策

1、1000MW 超超临界汽轮机极热态启动特点及对策摘 要：浙江国华宁海电厂二期 2X 1000MW超超临界汽轮发电机组是目前国内单机功率最大、经济性最高的火力 发电机组。文章对该汽轮机极热态条件启动过程进行了深入 研究，提出了一系列有针对性的措施和方法，对机组停运后 迅速并网带负荷具有重要的指导意义，对同类型机组也有 定的借鉴作用。关键词：超超临界；1000MW ;极热态启动1 系统概述浙江国华宁海电厂二期工程2X 1000MW汽轮发电机组采用德国 SIEMENS 成熟的组合积木块式 HMN 机型，由 1个单流圆筒型 H30 高压缸，1 个双流 M30 中压缸和 2 个 N30 级，低压通流部分

2、 4x6 级，共计 64 级。汽轮机大修周期设 计为12年，是一般电厂的23倍，在降低电厂检修维护费 用的同时，也使机组等效可用系数得到很大提高。双流低压缸组成。高压通流部分 l4 级，中压通流部分 2x13汽轮机型式为超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、八级回热抽汽，具体技术参数（铭 牌功率 TRL ）如表 1：2 极热态启动的特点极热态启动是指机组停用 2h 以内重新启动，对于采用滑参数停机的超超临界机组而言，此时一般汽轮机高压转子 金属温度在380 C左右，而对于故障跳闸的机组在而言，此 时汽轮机高压转子在 550 C左右，可以说在这种工况下进行 极热态启动，如果处

3、理不当，将对于汽轮机的寿命造成极大 的影响。极热态启动的主要特点是：启动前机组金属温度非 常高，一般仅比额定参数低 50 C左右；汽轮机所要求的进汽 冲转参数极高；启动时间非常短，一般在机组跳闸后，事故 原因一经查明，消除马上冲转并网。3 极热态启动中注意的问题 3.1 冲转参数的选择 极热态启动前，汽轮机金属部件温度较高，要特别防止汽缸和转子被冷却。在实际操作中应该根据汽轮机缸温、转 子温度来决定冲转的参数，并要求加快升速、并网、及带负 荷的速率，减少一切不必要的停留，防止汽轮机产生过大的 热应力、 热变形。 西门子 1000MW 汽轮机极热态冲转参数的 选择是由 DEH 系统内部应力评估模

4、型给定的，具体根据汽 轮机高 /中压转子温度、高压主汽门 /调门内外壁温差、高压 缸温度，在相应金属材料应力裕度模型的基础上计算得出。采用此参数冲转，即可以避免机组负温差启动，又可以防止对机组造成过大的热冲击。具体见图2（主蒸汽推荐冲转温 度）、图 3（再热蒸汽推荐冲转温度） 。汽轮机极热态冲转时的压力设定值由高压转子温度计算得出，并限制小于 15MPa,详见图4。需要说明的是，本文中所有提到的高压转子温度， 实际上都是由高压内缸三个 90%温度测点取均值 得来，它是整个汽轮机高压通流部分应力计算的基础。3.2 转子热弯曲不超过允许值 汽轮机转子由于自身质量的原因，静止时存在一定的弹性弯曲，这

5、种弯曲随着汽轮机的启动升速，转子刚性的加强 而消失。但是，当汽轮机转子存在径向温差的时候可能引起 弹性热弯曲，该弯曲超过一定值时转子质心与转子中心会产 生偏离，将成为汽轮机启动升速过程中的激振源，并随着转 速升高振幅增大，结果可能引起汽轮机内部径向动静摩擦。因此，为了保证机组的安全， 启动中要严密监视机组的膨胀、在汽轮机中速暖机时，若轴承发生异常振动超过允许值1 30um ，并伴随着轴承箱横向晃动，说明转子已经明显弯曲， 任何盲目升速或降速的办法都将使得事故扩大，甚至造成动 静部分磨损、大轴弯曲等事故。在热态冲转前一定要保证转子连续盘车至少4h,并严密监视转子偏心。防止电力生产重大事故的五项重

6、点要求规定：汽轮机启动时转子弯曲度不应超过原始值的± 0.02mm 。3.3 上下缸温差在允许范围内 汽轮机停运后，由于下缸比上缸冷却的快，上下缸将产生较大的温差，使得汽缸产生拱背现象，使得调节级段下部 动静部分的径向间隙减少甚至消失，另外高压汽轮机的轴封 段比较长，还会引起轴封处汽缸从缸内向缸外向下倾斜，使 得轴向间隙减少或者消失，一般规定上下缸温差不大于 50 C。另外转子径向也容易产生温差，使得转子上凸弯曲， 转子弯曲加上汽缸变形，造成转子旋转时机组动静部分径向 可能发生摩擦，这将产生很大的热量，使得轴两侧温度差很 快增大，转子加剧弯曲，振动增加，如此恶性循环，必然导 致汽轮机

7、大轴永久性弯曲，使设备损坏。3.4 轴封供汽 极热态启动时，轴封是受到热冲击最严重的部位之一。汽轮机轴封处的转子温度很高，一般只比调节级处汽缸温度低3050 C,如果轴封温度和金属温度得不到良好匹配，它 将在转子上产生较大热应力，使得转子轴封段收缩，引起前 几级轴向间隙减小，严重时引起动静摩擦，因此在轴封供汽 前应该充分暖管疏水，并及时投入电加热，使得轴封温度与 金属温度相匹配，并具有50C以上过热度。西门子汽轮机轴封供汽温度是高压转子温度的函数，具体见图5，当轴封温 度不匹配时，可以短时间停止轴封供汽，但每次最多不得超 过三个小时。需要指出的是热态启动必须先投轴封，后抽真 空，否则极易造成大

8、轴弯曲。3.5 高压缸排汽温度极热态启动时，锅炉主蒸汽压力和温度较高，冲转时所需要的蒸汽流量较小，此时高压缸未几级长叶片由于鼓风摩 擦产生太多的热量无法被带走，就会使得高压叶片超过所能 承受的保护温度。西门子汽轮机高排温度高保护采用的是高 压缸 12 级后的温度，共三个测点。高压缸排汽温度高保护动作值由高压转子温度（高压内缸壁温90%测点均值）计算 得出。当高压缸排汽温度高于此计算值时，触发叶片温度高保护，也就是高排温度高保护（见图6）。高压缸排汽温度与 叶片温度高保护动作值之差， 当此限值当大于 -15K 时关高调 门、关高排逆止门、开启高排通风阀，即高压缸切除；大于 -10K 时，监视屏报

9、警；大于 0K 时， ETS 保护动作跳闸。3.6 极热态启动时的热应力 极热态启动时，由于受到各种原因的影响，容易出现负应力。西门子汽轮机的极热态启动会受到各项温差限制的严 格制约。温差限制中规定，极热态的情况下，高压主汽门、高压调门和高压缸内外壁负温差均不允许超过15C,高压转子平均温度的负温差不允许超过33C,中压转子平均温度的 负温差不允许超过 33 C。因此，汽轮机冲转时如果主再热汽 温度过低，极易导致负温差过大，机组无法实现极热态启动 的情况。需要说明一点，对汽轮机转子而言，负应力表示转 子表面受到冷却，而中心仍然是热态，转子受到拉应力，拉 应力比压应力对转子更为有害，对此我们一定

10、要牢记在心。4 极热态启动中的几点建议4.1 极热态启动前，应指定熟练人员负责对锅炉汽水画面、燃烧画面及汽机主画面等进行监视，并且应分工明确、 相互配合。除必须检查确认各系统设备处于正常的良好状态 以外，给水泵、磨煤机等辅机也应做好充分的启动前准备， 必要时可早些投入运行， 以满足汽轮机冲转、并网后快速 带负荷的要求。需要说明的是，在吹扫跳闸磨煤机时要确认 其火检满足，吹扫时要缓慢进行，防止大量煤粉吹入炉膛导 致锅炉瞬间热负荷增加，甚至爆燃。4.2 汽轮机跳闸后，汽轮机金属温度较高，应该根据转子温度迅速投入轴封汽源，防止冷汽进入汽轮机。可以采用 投运轴封电加热，开启轴封管道疏水门、加大辅助蒸汽

11、用量 等方式提高轴封温度，以保证转子不被过度冷却。4.3 极热态启动时，机组可以通过旁路缓慢降压至18Mpa以下，将除氧器水温加热至 170C,根据水冷壁和启 动分离器内介质温度和金属温度控制上水流量，上水流量 般控制在200t/h，保证启动分离器前受热面金属温度和水温建立降温速率不大于2C/min，水冷壁范围内受热面金属温度偏 差不大于50 C,分疏箱见水后应尽快启动炉水循环泵， 最低给水量，准备锅炉吹扫。4.4 热态启动时，为了防止锅炉金属受热面因过度冷却影响锅炉寿命，若 MFT 后重新启动时间较长，应停运两侧送、引风机；如果可以在短时间恢复，则尽可能只保持一组 送、引风机运行，同时尽量降

12、低锅炉风量，防止锅炉降温降 压太快。4.5 锅炉吹扫结束后立即提高总风量点火，尽快提高燃料量，迅速调整燃烧率与锅炉金属壁温相匹配，防止锅炉因 为建立启动流量需要大量上水，导致受热面过度冷却，氧化 皮大面积脱落。需要说明的是，若锅炉汽水系统没有配备炉 水循环泵，进行极热态启动时要十分小心，否则会对锅炉寿 命造成重大影响。4.6 旁路系统的正常投入。机组热态启动时，汽轮机对冲转参数的要求很高，所以仅仅依靠开大主蒸汽管道疏水的 办法提高汽温是不可能的，要保证旁路的正常投用，尽快提 高主再热蒸汽温度与冲转参数相匹配。可以说，在极热态启 动过程中，大流量旁路的作用是不可替代的。4.7 为了提高锅炉上水温

13、度和保证锅炉燃烧的稳定性，可以在锅炉再热蒸汽压力达到1.5MPa 后投入 2 号高加，控制其温升不大于80 C，同时还要兼顾省煤器不要发生沸腾。另外，当高压旁路后温度和辅汽联箱温度相近时，尽早将冷 再至辅汽回路投运，以满足启动用汽的需要。4.8 根据实际经验，极热态启动时，当高压转子温度为550 C时，汽机推荐冲转参数为 596C,为了防止负温差启动， 需要四台制粉系统投入运行， 燃烧量控制在 50%MCR ，两台汽泵在汽机冲转前并列运行，锅炉转为干态。4.9 汽轮机冲转前， 要进行主再热蒸汽管道的疏水暖管，特别是为了提高主再热蒸汽管道的死区蒸汽参数。当炉侧蒸 汽温度满足汽机推荐蒸汽温度，机侧

14、蒸汽温度处于回升状 态，而且和锅炉侧汽温偏差小于 40C,才可以进行冲转。汽 轮机冲转并网过程中，快速进行摩擦检查，低负荷暖机时间 缩短或者不进行低负荷暖机，带负荷后，根据汽轮机热应力 的大小，快速将负荷升到与汽轮机金属温度相对应的水平。如果机组出现负胀差时，可以提高主蒸汽温度，或者加快升 速率或者升负荷速率，加大蒸汽流量，尽快使进入汽缸的蒸 汽温度高于转子温度，防止胀差超限。冲转时严密监视汽缸 温升，上下缸温差，内外壁温差，差胀，轴向位移，振动， 轴瓦温度，油温油压等参数。如果然发生较大的振动，必须 立即打闸停机，转入盘车状态，绝对不允许降速暖机或者等 待观望拖延时间以致事故扩大，只有消除振

15、动后，才允许重 新启动汽轮机。4.10 热态启动特点是启动前机组金属温度水平高， 汽轮机启动升速带负荷快，启动时润滑油温度应该保证高于 37C,如果油温过低而升速又快，可能因为油膜不稳定而弓 起振动，这点需要特别注意。总之，极热态启动过程中，蒸汽温度和推荐冲转参数存在偏差进行冲转时， 要注意汽温的控制，按照 margin 值的变化进行调整。如果是负温差启动，尽快提高汽温，如果是正 温差启动，要控制温度上升速度，加强暖机。5 结束语 总之，在当前复杂的电力市场环境下，随着机组整体设备制造、运行水平的提高，汽轮机极热态启动的情况是会经 常发生的。 鉴于此， 我们介绍了西门子 1000MW 超超临界