上海汽轮机厂1000 MW汽轮机启动时的各项准则分析

第43卷第3期2014年9月热力透平THERMALTURBINEVO143NO3SEP2014文章编号16725549201403016705上海汔轮机厂1000MW汔轮栅启动时硇各I页准则分析赵俊杰L，田景奇，侯奇，罗军旗。，孙奇辉，包海斌。1国电集团国电电力发展股份有限公司，北京100101；2国电浙江北仑第一发电有限公司，宁波315800摘要介绍了采用DEH的启动顺控子组SGC来控制上海汽轮机厂1000MW汽轮机在不同温度下的启动流程和模式，分析了蒸汽参数的X、Z准则和温度裕量要求，以管控高中压缸体、转子和各阀门的热应力。结果表明，为了避免换热部件产生过大的温差和热应力，汽轮机启动时需采用微高压微过热的蒸汽。主、再热蒸汽的温度和压力均需控制在最佳范围内，以确保汽轮机安全快速启动，减少机组寿命损耗。关键词超超临界汽轮机；热应力；X准则；温度裕量；SGC中图分类号TK267文献标识码ADOI1013707JCNKI311922TH201403002ANALYSISOFVARIOUSCRITERIONSFORSTARTUPOFSTPS1000MWULTRASUPERCRITICALSTEAMTURBINESZHAOJUNJIE，TIANJINGQI，HOUQI，LUOJUNQI，SUNQIHUI，BAOHAIBIN1CODIANPOWERDEVELOPMENTCO，LTD，GUODIANCORPORATION，BEIJING100101，CHINA；2CODIANZHEJIANGBEILUNNO1POWERGENERATIONCO，LTD，NINGBO315800，CHINAABSTRACTTHESTARTUPPROCEDURESANDMODESOF1000MWULTRA_SUPERCRITICALTURBINEMADEBYSHANGHAITURBINEPLANTSTPWEREPRESENTEDFORVARIOUSWARMINGUPCONDITIONSUSINGTHEDEHANDSGCSYSTEMSTHEXANDZCRITERIONSASWELLASTHETEMPERATUREMARGINSWEREANALYZEDTOOPTIMIZETHESTEAMQUALITYANDCONTROLTHETHERMALSTRESSESOFHIGHANDINTERMEDIATEPRESSURETURBINECYLINDERS，ROTORSANDVARIOUSVALVESTHERESULTSINDICATETHATTHESTEAMWITHMODERATELYHIGHPRESSUREANDSUPERHEATCANBEUSEDINTHETURBINESTARTUPPROCESSTOAVOIDTOOLARGETEMPERATUREDIFFERENCESANDTHERMALSTRESSESTHETEMPERATUREANDPRESSUREOFTHEMAINANDREHEATEDSTEAMNEEDTOBECONTROLLEDINOPTIMUMRANGESTHUS，THETURBINECANBESTARTEDSAFELYANDRAPIDLYWITHTHEMAXIMALLIFEOFTHETURBINEKEYWORDSULTRASUPERCRITICALTURBINE；THERMALSTRESS；XCRITERION；TEMPERATUREMARGIN；SGC汽轮机启动时，蒸汽的温度、流量及各部件的温度均会发生较大变化，因此，需监测蒸汽品质是否符合冲转要求，主、再热汽温与阀体、高中压缸及转子的温度是否匹配口。由于汽轮机各部件受到约束，温度改变时不能自由胀缩而产生热应力，高温区受到压缩热应力，低温区受到拉伸热应力。如果蒸汽参数不合适或暖机不充分，就会使部件产生较大温差和交错热应力，导致螺栓疲劳断裂、汽缸裂纹和热翘曲变形、转子裂纹和弯曲等设备损坏事故J。本文分析X、Z准则和温度裕量，以判断各热度状态下蒸汽品质是否合适，高中压缸和转子是否充分暖机，各部件热应力是否在可控范围内。为优化蒸汽参数，对照各准则含义和温度裕量要求，以确保汽轮机安全快速启动。1启动顺控子组和X准则本文以上海汽轮机厂简称STP设计制造的1000MW超超临界汽轮机所采用的启动系统收稿日期20131212修订日期2014一O107作者简介赵俊杰1985一，男，毕业于清华大学热能工程系，博士，工程师，主要从事两相流传热、隔热、火电厂热控与电力生产管理的研究和工作。|111圜第3期上海汽轮机厂1000MW汽轮机启动时的各项准则分析来进行分析。该超超临界汽轮机为一次中间再热、四缸四排汽、八级回热、凝汽式，主汽额定压力为2625MPA，额定主、再热汽温均为600，设高、中压汽门各2个，高、中压调门各2个及补汽阀1个，采用全周进汽和滑压调节。汽轮机由分散控制系统DCS、数字式电液系统DEH和遮断系统TTS控制。DCS用来控制汽轮机系统各参数，DEH控制转速和负荷，TTS控制跳闸。利用DEH的顺控子组SGC来控制汽轮机启动，图1显示出启动顺控共35步第1步启动初始化第3步目的是减少汽轮机开始冲转到低速暖机过程中的高压缸热应力第LL步等待主蒸汽品质合格避免高压调门阀体温度过低第16步第2O步防止湿蒸汽进入汽轮防止高压缸冷却防止中压缸冷却第21步开启高中压调门升转速到360RRAIN第23步判断汽轮机高压缸体和转子充分暖机第23步DEH画面上释放转速升转速到3000RMIN第29步判断汽轮机中压转子充分暖机第3034步第35步汽轮机主顺控开始投入高压叶片压力控制器开启高中压主汽门叽I冲转到低速暖机转速I冲转到额定转速。并网带负荷汽轮机主顺控结束不满足不满足不满足不满足图1汽轮机启动顺控及X准则判断不意图1暖管，暖阀，投高压叶片压力控制器。在第3步转速控制模式下，投入高压叶片压力控制器，减小高压各级叶片承受的作用力，限制蒸汽压力和饱和温度的上升速率，避免启动初期蒸汽凝结放热使部件产生过大热应力。2开启高中压汽门。第L1步高中压汽门开启前，设调门和补汽阀阀限均为10596，满足X1、X2、Z1和Z2准则，确认蒸汽品质，在第L6步开启高中压汽门，预暖高中压调门。3冲转至低速暖机转速。第20步调门开启前，满足X4、X5、X6、Z3和Z4准则，主、再热蒸汽两侧温差3O，上下缸温差30后，手动确认额定转速释放，低速暖机结束，汽轮机转速从360RMIN升速到额定转速3000RMIN，在额定转速下高速暖机。5并网带负荷。在第29步满足X8、Z3和Z4准则及温度裕量3O后，高速暖机结束，并网带负荷，主顺控结束。汽轮机启动时，主、再热蒸汽参数需满足X、Z准则和温度裕量的要求，否则启动步序将在判断节点处中断。X准则根据各部件温度规定蒸汽参数，是汽轮机启动步序判断的依据。图1显示出根据X1和X2准则判断是否允许开启主汽门；根据X4、X5和X6准则判断是否允许开启调门并冲转至360RMIN；根据X7A和X7B准则判断是否允许升速至额定转速；根据X8准则判断是否允许并网。X1准则在主顺控第11步，判断主蒸汽温度T高于高压主汽门平均温度丁HD及高压调门平均温度丁HP的修正值，避免高压主汽门和调门被低温的主蒸汽冷却。THP。X14583时，X为负值，说明在极热态启动时，允许主汽温度略低于高压阀体温度。满足X1准则的TM应在图2中曲线的上方区域。图2XL，TLM与THP_的关系X2准则在第11步，判断主汽压力P对应的饱和温度不超过高压调门平均温度上海汽轮机厂1000MW汽轮机启动时的各项准则分析热力透平THP_。加某一变量XZ，避免打开主汽门后高压调门温度剧增，产生过大热应力而损坏阀体，TH不能过低。由于蒸汽饱和温度随压力增加，X2准则也可看作是对P的限制。TP375时，X为负值。满足X2准则的。应在丁黯曲线下方。一230C,312E100200300400500600V，图3XZ，1T与1HP_的关系X3准则用于燃气轮机，不引入L_3。X4准则同Z3准则，在第2O步判断主汽门后主蒸汽的过热度是否足够大，防止打开高压调门冲转时湿蒸汽进入汽轮机引起水击。T一TX43式中X为变量；T取两侧实测温度较小值，图4显示出X随T单调递增。满足X4准则的丁M应在图4中曲线的上方区域。量墨图4X，TLM。与TL龃的关系X5准则开启高压调门前，判断主汽温度TM是否高于高压缸体和转子THP平均温度的修正值，避免T。过低引起高压缸体和转子被低温的主蒸汽冷却。THX54909时，XS为负值，说明极热态启动时，允许主汽温度略低于高压缸体和转子的平均温度。满足X5准则的应在图5中丁M曲线的上方。图5XS，TM与TH的关系X6准则在第20步，开启中压调门前，再热汽温T需高于中压转子平均温度T|P的修正值，避免T小过低而中压转子被冷却。X66式中X7_为变量；了为两侧实测温度较大值。满足X7A准则的了应在图7中了曲线的下方区域。X7B准则为了限制主蒸汽与高压缸体之间的温差，主汽温度TM需小于高压缸体平均温度的修正值，防止过低。X7BTM。7式中XN为变量。满足X7B准则的TM应在图8中T曲线的下方区域。避免过高的丁M有助于|111111啊04320薰D第3期上海汽轮机厂1000MW汽轮机启动时的各项准则分析薹图7XTA，TLM与1H的关系更快地满足X7A和X7B准则，缩短汽轮机启动时间。联立式4和6为PX5H9固IIII式中X为变量；取两侧实测温度的较大值，满足X8准则的应在图10中丁RH曲线的下方区域。联立式5和9为TIP_X64O0停机2小时内受X2准则限制，主汽压力不能太高。由于高压过热蒸汽和湿蒸汽的传热系数较大，而低压微过热蒸汽的传热系数较小，为避免换热部件产生过大的温差和热应力，应采用微高压微过热蒸汽。图9和11表明满足X准则的主、再热汽温均需控制在一定范围内。表2显示出在全冷、冷和利用X、Z准则和温度裕量来动态监控汽轮机各部件的热应力和蒸汽品质，不仅能提高汽轮机启动速度和安全性，还能减小热应力，延长机组使用寿命，实现热应力与时间控制的平衡。TSE形成X、Z准则和温度裕量，动态监控启动步序中的各环节和判断节点，辅以高压叶片压力控制及推荐的主、再热汽温，使运行人员能更好地控制蒸汽品质和汽轮机启动。汽轮机启动时，需采用微高压微过热蒸汽，以避免各换热部