200MW汽轮机冷启控制要点

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1、全国火电100-200MW级机组技术协作会2008年年会论文集 汽轮机200MW汽轮机启停及工况变化时胀差控制臧军荣 王宝民（秦皇岛发电有限责任公司）摘要：本文针对秦皇岛发电有限责任公司200MW机组启、停及工况变化时胀差变化及控制方法进行说明，结合现场实际总结经验，以利于机组启、停时，合理操作，控制胀差在合格范围，确保设备安全。关键词：控制；胀差；因素；方法 1前言一期两台机组原为哈尔滨汽轮机厂C145/N200/130/535/535型汽轮机，我公司于2005年910月利用A级检修对#2汽轮发电机组进行通流增容改造，2006年35月对#1汽轮发电机组进行通流增容改造，目前两台机组改型为C1

2、50/N220-12.75/535/535型。（改造设计、制造由北京全四维动力科技有限公司、南京汽轮电机集团完成。）国产200MW机组高压缸采用双层缸结构，高压内缸及喷嘴室分别单独铸成，内外缸之间由隔热环隔成高温区和低温区两个空间，分别由进汽短管与汽封套的漏气以及第九级后抽汽中的一部分来冷却，以减小内缸高温段的内外壁温差。因为缸体结构特点，高压缸设有夹层和法兰、螺栓加热装置。2影响胀差的主要因素汽机胀差是指转子和汽缸沿轴向膨胀不相同所产生的相对膨胀值。主要是由于转子和汽缸的质量不同，及热交换条件不同而产生。在机组启动、停机及变工况过程中胀差变化较大，稳定工况时，胀差趋于一稳定值。影响胀差的主要

3、因素有：2.1主、再热蒸汽的温升、温降率。2.2轴封供汽温度的高低、以及供汽时间的长短。2.3加热装置的投入时间以及所用汽源。2.4暖机时间的长短。2.5凝汽器真空的变化。2.6负荷变化的影响。3胀差的变化及控制方法掌握胀差变化规律，采取有效调整手段，才能合理控制胀差，防止汽轮机的动静摩擦。以下分不同情况介绍胀差变化规律及控制方法。3.1冷态启动3.1.1汽封供汽从汽封供汽到冲转前，胀差值一直往正方向变化。汽封供汽后，汽封套受热后向两侧膨胀，对整个汽缸的膨胀并无影响。与汽封相应的主轴段受热后，则使转子伸长。除了轴端汽封以外，汽缸的通流部分也被加热，但因进入汽缸的汽量很少，汽封供汽不会使汽缸产生

4、明显的膨胀。汽封供汽对转子伸长值的影响是由供汽温度决定的。但汽封供汽的时间越长，汽封段主轴被加热得越充分，胀差正值增加得越多。因此缩短汽封供汽的时间，对减少胀差的正值有一定的作用，冷态启动冲转前1015分钟投入轴封供汽，汽源用临机供高辅供汽。3.1.2冲转参数的合理选择、控制冷态启动，汽缸金属温度低于150，冲转参数的合理选择是控制升速、胀差的关键。由于冲转参数以机侧测点显示数据控制，因测点位置的不同，升参数过程中机侧温度较炉侧参数滞后80左右，所以升参数过程中，炉侧温度达190-200，蒸汽过热度大于50，进行二段暖管，尽早全开电动主闸门，提高机前参数。注意缸温变化。冷态启动过程中，要进行1

5、000r/min中速暖机，所以冲转参数参照炉侧参数，尽量维持低限，机侧主汽压力1.761.96MPa，主、再热汽温度控制在230260，且主、再热汽温过热度大于50，炉侧汽温控制在30010范围内。3.1.3暖机升速从冲转到定速期间，高压胀差基本上是上升的。在这一阶段，蒸汽流量比较少，在高压缸中，蒸汽主要在调节级内作功，金属主要在该级段范围内被加热，所以整个高压转子平均温度的上升是有限的。相对外缸来说，转子温度的变化总是超前的，只要汽温无剧烈的波动，在单位时间内，胀差的变化就比较均匀。中压缸因进汽量小，因为冲转时再热汽温往往低于主蒸汽温度，随着转速的升高，中压缸的进汽量增加，再热汽温上升也较快

6、，中压转子的膨胀值大于汽缸的，故中压胀差增加。低压胀差在整个升速过程中变化较大，在低速暖机时，低压缸转子都有明显的伸长，所以低压胀差就比较大。自低速暖机至中速暖机结束，中压转子的膨胀速度有所增加，低压转子保持原有的膨胀速度，而相应的低压缸变化较小，所以，低压胀差增加较多。当中速暖机后再升速时，中、低压胀差都有减小的趋势，低压胀差大幅度下降。这主要是泊桑效应对低压转子的缩短作用，即随着转速的升高，离心力增大，在轴向上的分力增大了，因而使转子变粗而缩短，表现为低压胀差减小。总结以往运行经验，汽机升速过程中，低速磨检正常后，不再进行低速暖机，直接升速到1000r/min进行中速暖机。机组通流改造后，

7、中速暖机控制在60分钟，适当降低真空（维持85kPa左右），增加中压缸的进汽量，使中压缸膨胀增加。3.1.4加热装置的及时投运在冷态启动时，机组冲转前加热装置应进行暖管，一般在1000r/min时，及时投入加热装置。汽源用主汽供，因为冷态启动冲转参数较低，尽量开大供汽门维持压力，随着参数的增长及时调整，避免加热联箱超压。特别是法螺加热投入时，回汽总门尽量开大，用供汽门调整压力，保证加热的蒸汽流量，确实起到加热法螺的作用。加热装置投运后，要监视汽缸各金属温度的变化，根据各部的温升情况及时对系统各分门进行调整。3.1.5升速和并列带负荷由于升速到定速的时间较短，蒸汽温度和流量的变化对胀差的影响，在

8、定速后才能反映出来。定速后，高压胀差增加的幅度较大，持续的时间也较长，这时中、低压胀差也逐渐增加。特别是发电机并网后，在低负荷暖机阶段，蒸汽对转子和汽缸的加热比较剧烈，高压胀差增长较快。高压胀差的变化，主要取决于主蒸汽温度的变化和有关操作。及时开启一、二漏各分门，低加随机启动，保证轴封一、二漏汽顺畅。机组从冲转到定速、并网，尽量控制主汽温度稳定，使汽缸金属温度逐渐接近蒸汽温差，减缓胀差的增长速度。并网后，随着调速汽门的开大，调节级温度上升较快，从高压内缸温度的上升情况可以判断，高压转子的温度也上升得比较快。由于转子被加热后伸长，而高压外缸及法兰螺栓温度增长较慢，高压胀差明显增加，而这时主蒸汽温

9、度变化不大，主要是由于调速汽门的开启速度对高压胀差的影响比较大。因此，在并网后要缓慢开启调速汽门，注意控制调节级温度的变化速度。在加负荷过程中，随着主蒸汽温度的升高，高压胀差呈正值增加，要按规程要求根据缸温情况进行暖机，控制主、再热蒸汽的温升速率，使胀差稳定在合格范围内。假如主汽温度升速率过快，使高压胀差的增加难于控制时，可采取临时降温的方法。但这只能为一种应急手段，因为它对汽轮机寿命的影响很大。3.2热态启动热态启动机组胀差变化不同于冷态启动，不仅要控制正胀差的增长，在机组启动初期负胀差的控制是重点。由于缸温高，要先送轴封汽源，后抽真空，对胀差的控制除主、再热汽参数的合理选择，轴封汽源的选择

10、及调整非常重要。以下就不同缸温情况的热态启动控制要点进行说明。3.2.1汽缸金属温度在150250范围温态启动控制3.2.1.1轴封供汽选用高辅供汽，投入前必须充分暖管，投入时保持一、二漏疏水门全开。温态启动时，轴封系统投入后，因其温度和汽缸温度相匹配，除低压胀差增长较明显，中压胀差略有增长，高压胀差变化不大。3.2.1.2冲转参数要求主、再热蒸汽温度高于汽缸金属温度50100，且蒸汽过热度不少于50，一般要求控制在低限，因为机侧温度测点显示滞后，炉侧温度较机侧高出80左右，冲转后，机侧温度增长较快，胀差正向增长较快。在升参数过程中，炉侧汽温高于缸温时，应及时进行二段暖管，提高机侧蒸汽参数，在

11、此期间严密监视缸温及胀差变化。3.2.1.3温态启动冲转时，进行摩检正常后，以200r/min的升速率直接升速到定速。由于缸温普遍偏低，升速过程中机侧蒸汽参数升高较快，因在定速后及时投入加热装置，以保持高压内、外缸及法兰螺栓的温度平衡增长，控制高压正胀差的增长速度。3.2.1.4并网后，尽量保持蒸汽温度，因为此时缸温状态与冷态启动时相对应，按冷态启动并网后控制执行即可。3.2.2汽缸金属温度在250350范围热态启动控制3.2.2.1轴封供汽选用高辅供汽，投入前必须充分暖管，投入时保持一、二漏疏水门全开。热态启动时，轴封系统投入后，因其温度低于汽缸温度，除低压胀差增长较明显，高、中压胀差均向负

12、方向变化，但因温差不大，胀差变化幅度不会太大。3.2.2.2冲转参数要求主、再热蒸汽温度高于汽缸金属温度50100，且蒸汽过热度不少于50，一般要求控制在高限。因为主蒸汽压力比较高，在相同的工况下，热态启动时调速汽门的开度比冷态启动时的小，蒸汽节流虽是等焓过程，但节流后的汽温仍是降低的，易出现胀差负值。所以在热态启动时，尽量控制冲转蒸汽温度高于汽缸金属温度80以上。在升参数过程中，炉侧汽温高于缸温时，应及时进行二段暖管，提高机侧蒸汽参数，在此期间严密监视缸温及胀差变化。3.2.2.3热态启动冲转时，进行摩检正常后，以300r/min的升速率直接升速到定速。定速后要尽快并网，如果空转时间拖长，胀

13、差就会继续向减小的方向变化。并网后，及时投入加热装置，并将负荷尽快带到缸温对应的负荷，避免胀差负方向发展。3.2.2.4并网带负荷过程中，控制好主、再蒸汽温升速度，避免温升过快引起胀差增长过快，升负荷过程中及时调整加热装置，兼顾汽缸各部温度均衡上升，稳定胀差变化。3.2.3汽缸金属温度在350以上极热态启动控制3.2.3.1合理采用轴封汽源热态启动的试验表明，热态启动时轴封是最易受到热冲击的的部件之一。这时轴封处的转子温度很高，特别是高、中压缸的前汽封处，而且轴封处一段转子受冷却后收缩，胀差向负方向变化，时负胀差方向通流部分轴向间隙减小，所以高中压缸轴封送汽时要选择与金属温度匹配的汽源。在极热

14、态时采用主汽供轴封。但低压缸转子在停机后的温度不高，高中压缸后汽封温度也较前汽封温度低，如同样都使用主汽供轴封，低压缸胀差将会相应变化。因此，启动时采取主汽汽源供高、中压缸前汽封，辅汽汽源供高中压缸后汽封及低压缸汽封。此方法有效控制机组胀差变化。3.2.3.2在极热态时，冲转参数要求主、再热蒸汽温度高于汽缸金属温度50100，且蒸汽过热度不少于50，但主、再热蒸汽温度达到冲转要求很困难，特别是再热蒸汽温度。为此经常延迟冲转时间，为解决这个问题，锅炉侧采取加大油枪雾化片，增加燃烧强度；同时，合理控制一、二级旁路及主、再热管道疏水门，使汽温尽量接近冲转要求。3.2.3.3极热态启动冲转升速率控制在

15、300r/min，尽量减少机组在低速时的时间，故采用手动设定方式冲转，在满足低速全面检查的基础上直接升至3000r/min，低速不进行打闸试验，如必须试验时可在定速后进行。整个升速过程时间控制在10分钟以内。3.2.3.4定速后尽快并网带负荷，并网后尽快将负荷加到与缸温对应的负荷点上。为避免汽轮机金属冷却，应避免在初始负荷点长时间停留。极热态启动时，机组在初负荷停留时，胀差出现反常地向正值变化，这是因为夹层汽流对外缸产生冷却引起的。遇到这种情况，不要因为胀差还在向正值变化而不敢加到缸温对应的负荷，此时越等胀差正值越大，加负荷后胀差反而正常。达到缸温对应的负荷点后，各项参数可按冷态启动参数控制，

16、直至达到满负荷。3.2.3.5极热态启动过程中，加热装置依据缸温及胀差变化情况选择投停。一般缸温高的情况下，不投加热装置。3.3机组滑停在滑参数停机过程中，高压胀差的变化规律与冷态启动时的相反。只是在调速汽门全开的一段时间内，因为调节级温度接近于主蒸汽温度，所以这时高压胀差有一定的增加，而后随着主蒸汽温度的逐渐降低，高压转子的收缩快于汽缸的，高压胀差是减小的。因此，必须控制蒸汽的温降速度，投入加热装置。机组滑停过程中，加热装置投入前暖管方法采用倒暖，即先开夹层联箱疏水门，然后开启上、下夹层供汽分门，让夹层蒸汽倒暖至联箱；同时开主汽供加热装置门前疏水，进行供汽管道疏水。充分暖管后再开主汽供汽门，

17、调整联箱压力开启。中压胀差和低压胀差随着再热蒸汽温度的降低而减小。当排汽室温度高时，中、低压胀差减少的幅度更大。所以，要及时调整排汽缸喷水门，降低排汽缸温度，注意不要造成排汽缸温度过高。如果排汽缸温度降低的速度快于再热蒸汽温度降低的速度，中、低压胀差则是增加的。在滑参数停机过程中，应保持真空高一点，这对控制胀差有好处。打闸前要将真空适当地降低。打闸停机后在转子惰走阶段，在几分钟内转速从3000r/min降到1000r/min以下，离心力与转速的平方成正比地减少，使转子很快伸长，各胀差均有不同程度的突增，其中以低压胀差的增加量为最大，这就是前面提到的泊桑效应。如果打闸前的低压胀差比较大，往往会造

18、成低压胀差超过极限，这时很可能造成通流部分摩擦。对于正常停机，打闸前要注意胀差的大小，务必要把胀差的实增值考虑进去，以防打闸后动静部分的轴向间隙消失。3.4实际机组胀差控制情况#1机组通流改造后，启机过程中参数控制、操作调整按要求进行，高、中、低压胀差均在合格范围内，启动过程中高压胀差最高达4.5mm。稳定工况时，220MW负荷高压胀差不超过4.2mm。#2机组通流改造后，2005年10月首次启动过程中，参数控制、操作调整按要求进行，但高压缸及前箱膨胀因滑销系统卡涩、连接键存在间隙而受限，高压胀差高报警，经检修人员对前箱台板注油、助推，逐渐提高主汽参数，高压缸总胀增长，高压胀差仍报警。后再次经

19、检修人员对前箱进行助推，高压缸总胀29.8mm增长至30.2mm，中压缸膨胀13.6mm，负荷200MW高压胀差仍报警，220MW高压胀差最高达表计显示5.44mm。后将轴封供汽方式改变，维持轴封二漏全开，高压胀差逐渐降低，高压缸总胀30.26mm，中压缸膨胀13.6mm，高压胀差200MW达4.2mm，中压胀差1.2mm，低压胀差在正常范围内。#2机A级检修后，经历2005年11月18日、12月4日两次极热态启动，2006年9月12日甩负荷及11月1日滑停、11月4日温态启动，胀差控制均在5.0mm以内。但当机组启动后高压缸总胀达29.5mm后，由于高压缸与前箱连接键存在约1mm的间隙，造成总胀及胀差存在近1mm的偏差，每次都需要检修人员对前箱进行助推后，胀差及膨胀显示在正常范围。2007年机组大修时进行设备治理，消除连接键间的间隙，但前箱未彻底处理。在修后启动过程中未出现膨胀不畅问题，但在锅炉灭处理后，#2机总胀缩回1mm，高压胀差增长近0.5mm，分析前箱与汽缸膨胀还存在问题，运行注意观察，建议下次机组大修时对前箱台板进行彻底治理，以确保设备运行安全。359