国产300MW汽轮机中压缸启动特点
摘要：机组采用合理启动方式对减小启动过程中的寿命损耗、缩短机组启动时间尤为重要。介绍了国产300 MW机组中压缸启动的特点及启动过程，并提出了中压缸启动存在的一些问题。
关键词：汽轮机；中压缸启动；暖机；缸切换
Abstract:It is important that the steam turbine uses the reasonable start pattern for decreasing lifeloss in the process of start, and shortening the start time.The paper introduces start characteristics and start process of midcylinder, and raises problems occurred when starting.
Keywords:steam turbine;midcylinder;warmup turbine；start cylinder change
随着机组容量的不断增大，提高机组运行的经济性及安全可靠性显得尤为重要，如何有效地缩短机组启动时间并减少启动对机组寿命的影响，显然是一个非常重要的课题。国产大容量机组多采用高压缸启动方式，有些机组虽然有中压缸启动功能，但由于系统不完善或其它原因，该功能很难实现，机组并没有在最佳启动方式下运行。
衡水发电厂二期工程3号机为东方汽轮机厂生产的C300/227.616.7/0.55/537/537型、一次中间再热、两缸两排汽、抽汽凝汽式汽轮机。在该机组调试过程中，首先对机组中压缸启动系统及程序进行了全面优化，并制定详细可行的技术措施。启动前对高压调节阀及高压缸合理预暖；启动过程中合理调整高低压旁路系统，选择合适的缸切换负荷点，并根据胀差变化情况投入汽缸夹层加热，有效地控制启动过程中汽轮机各参数在正常范围内。该机组很好地实现了中压缸启动功能，从而有效地减小了启动过程对机组热应力损伤，降低了机组的寿命损耗，并缩短了机组启动时间，节约了启动成本。
1 中压缸启动系统
为了使机组实现中压缸启动，在高压缸排汽(简称高排)逆止门前的高排管道上设置有通向冷凝器的管道，管道上布置有通风阀（VV阀），中压缸启动过程中通风阀打开，将高压缸与冷凝器连通，排出高压缸因鼓风产生的热量。
为了实现机组启动前高压缸倒暖功能，在高压排汽管路逆止门前布置辅汽倒暖管路，管路上布置有倒暖阀（RFV阀），通过此阀控制倒暖速度。
合理的旁路设置能满足机组中压缸启动功能。旁路采用35% BMCR简化旁路的2级串联旁路加3级减温减压器系统。高压旁路蒸汽从高压主蒸汽门前引出，经1级减温器减压后排至再热冷段；低压蒸汽由中压联合汽阀前引出，经2级和3级减温减压后排至凝汽器。
2 高压缸预暖
当高压内缸调节级处上半内壁金属温度<150 ℃时，机组启动前应通过辅汽向高压缸预暖，预暖前主机汽封及盘车处于投运状态，辅助蒸汽压力为0.4～0.8MPa，蒸汽温度为 200～250 ℃，保持50 ℃以上过热温度。高压缸的合理预暖可有效地减小高压缸热应力损伤，控
制机组启动过程中胀差在正常范围内，从而有效地缩短机组启动时间。机组暖缸时间控制曲线见图1。
高压缸预暖过程如下：
a. 全开高压主汽管的疏水阀，强关高排逆止门，确认高压缸各抽汽逆止门在关闭位。 b. 全开高排逆止门前的疏水阀。
c. 全开高压内缸、夹层加热前后疏水阀。
d. 全开调节阀阀壳混合疏水阀。
e. 全关通风阀（VV阀）。
f. 按挂闸“按钮”，机组挂闸。
g. 按高压缸预暖“投入”按钮进行高压缸预暖。
h. 逐渐开启倒暖阀(RFV)，使暖缸蒸汽流入高压缸，一部分蒸汽经各疏水口进入疏水系统，另一部分蒸汽经高、中压间汽封漏入中压缸，再经连通管与低压缸排到凝汽器。调整倒暖阀及疏水阀保持缸内压力0.4～0.5 MPa。控制汽缸金属温升率不超过50 ℃/h，汽缸各壁温差及胀差在允许范围内。
i. 当高压内缸调节级处上半内壁金属温度达到150 ℃以上时，此时倒暖阀前的节流阀保持10%开度，维持暖缸时间。暖缸结束后关闭倒暖阀（RFV阀）及高压缸所有疏水阀。
3 高压调节阀壳预暖
高压主汽调节阀壳内壁或外壁温度低于150 ℃时，在高压缸预暖期间，对高压主汽调节阀壳进行预暖，预暖用的主蒸汽通过2号主汽阀进入调节阀壳。预暖过程中2号主汽阀保持10％的开度。
3.1预暖操作步骤
a. 确认高压主汽阀和调节阀全关，打开高压主汽阀前后疏水门。
b. 按调节阀壳预暖“投入”按钮，此时2号主汽阀开启至预暖位置。
c. 控制调节阀壳内、外壁温差，当温差超过80 ℃时，按调节阀壳预暖“切除”按钮，当温差小于70 ℃时，重复该过程，当阀壳内、外壁金属温度均升至150 ℃以上时，调节阀壳预暖结束。
d. 确认2号高压主汽阀已关闭，关闭高压主汽阀壳的疏水阀。
3.2预暖期间注意事项
a. 暖缸温升率不得超过50 ℃/h。
b. 暖缸各壁温差及胀差在允许范围内，当下壁温度明显高于上壁温度时，可关闭缸体疏水门。
c. 当调节阀壳预暖时，要防止调节阀不严，冲动转子，盘车脱扣。当转子被预暖蒸汽冲转后，应适当降低预暖汽压（通过调整高、低旁路开度或关小倒暖阀），待转子静止后，重新投入盘车。
d. 注意低压缸喷水的自动投入情况，若疏水门未自动打开则手动投入连续喷水。 e. 随着锅炉压力、温度的升高，及时调整高、低压旁路，维持给定预暖汽压。
4 启动过程控制
合理的启动参数、暖机时间及升速率能有效减小机组启动过程中的寿命损耗，并能缩短启动时间。3号机组冷态中压缸启动参数见表1。
当主蒸汽压力升到3.45 MPa时，高压旁路应投压力反馈自动控制，维持主蒸汽压力3.45 MPa；当再热蒸汽压力升到0.686 MPa时，低压旁路应投压力反馈自动控制，维持再热蒸汽压力0.686 MPa。
机组启动方式选取“中压缸启动”，按“运行”按钮，开启高、中压主汽阀。确认通风阀(VV阀)处于开启状态，VV阀后的手动阀处于关闭状态，高压调节阀处于关闭状态。
设定目标转速为500 r／min，升速率为100 （r／min）/min。转速达目标值500 r／min时，机组进行摩擦检查。
设定目标转速为1 200 r／min，升速率为100（r／min）/min，按“进行”按钮，汽轮机升速。转速达1 200 r／min时，进行中速暖机，暖机时间为30 min。暖机过程中确认顶轴油泵已停，检查所有监控仪表，监视高、中压缸排汽处金属温度，当高压排汽口下半内壁金属温度达200 ℃时，开启VV阀，并调整VV阀后手动门开度，控制金属温度在200 ℃左右。
暖机时间到时，若高压排汽口下半内壁金属温度已达200 ℃，中压排汽口下半内壁金属温度己达130 ℃，则目标值可直接选择3 000 r／min转速；若高、中压排汽口下半内壁金属温度未达到上述要求，则目标值选择2 000 r／min转速，进行高速暖机。
在以后的升速过程中，机组应迅速平稳地通过轴系各阶临界转速，通过临界转速时轴承盖的振动峰峰值应≤0.10 mm，轴振应＜0.25 mm，否则应打闸停机。
高速暖机时可通过调整通风阀后的手动阀开度，控制高压排汽口下半内壁金属温度达到200 ℃左右，若此时温度仍达不到要求，可适当开启倒暖阀前的手动阀。
当高压排汽口下半内壁金属温度达200 ℃、中压排汽口下半内壁金属温度达130 ℃时，继续暖机30 min。当高中压膨胀>7 mm，高压内缸上半内壁调节级后金属温度>250 ℃、高中压缸胀差＜3.5 mm并趋于稳定时，高速暖机结束。
设定转速目标值为3 000 r／min，升速率为100（r／min）/min，按“执行”按钮，增加转速。转速达3 000 r／min额定转速时，在此转速下进行空负荷暖机30 min，暖机过程中再次对机组运行状态及参数进行全面检查。
机组实际启动过程中，由于3 000 r/min定速时低压旁路门开度＜5％，造成高压旁路门保护关闭，此时机组采用中压缸启动，没有蒸汽进入汽轮机，造成汽轮机转速下降，重新调整高低压旁路后，汽轮机转速恢复正常。经分析将“低压旁路门开度＜5％，联关高压旁路门”逻辑改为“低压旁路门开度＜5％，且再热器压力>1.5 MPa，联关高压旁路门”。 3号机组汽轮机冷态启动曲线见图2。
5 高中压缸切换
机组并网至某一负荷点，中压缸单独进汽应切为高、中压缸联合进汽，负荷点的选取与中压缸的带负荷能力、汽轮机轴向推力、胀差、轴向位移等参数有关。在高、中压缸切换前，应注意主蒸汽在经过高压调节级做功后的蒸汽温度与金属温度相匹配。一般情况下应控制主蒸汽压力5.88 MPa，温度400～430 ℃；再热蒸汽压力0.686 MPa，温度350～380 ℃。 中压缸单独进汽切换为高、中压缸联合进汽的过程中应维持主蒸汽、再热蒸汽参数及流量基本稳定。在低压旁路全关时，进行低负荷暖机，监视中压排汽口处下半内壁金属温度，应达到170 ℃；调整通风阀后的手动阀开度，控制高压排汽口处下半内壁金属温度达到220～250 ℃，并保持30 min。
以上工作完成后，按“阀切换”按钮，开始阀门切换，高压调节阀以单阀方式逐渐开启，约1 min后高压调节阀与中压调节阀开始进入比例关系，此时切换结束。
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