余热汽轮机冷态启动正胀差研究和控制.doc

余热汽轮机冷态启动正胀差研究和控制*，*，*，*（云南*有限公司，云南 * 6*）摘要：某公司以生产铝用炭素阳极为主，同时配置石油焦回转窑煅烧余热利用系统30MW汽轮发电机组，未设置汽缸加热装置，开机初参数受煅烧系统影响较大，机组冷态开机，正胀差多次超过报警值，濒临停机值，通过降低进汽参数、用破坏门控制真空、手动开机、延长低负荷暖机时间等有效措施，将正胀差控制在报警值以内，且保障机组的安全运行。 关键词：正胀差；余热汽轮机；汽缸加热装置；冷态启动1 前言汽轮机组由某（集团）有限责任公司生产， 2011年11月出厂，型式为高压、单缸、带非调整抽汽、冷凝式汽轮机组1。汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为胀差（差胀）。习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差。胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则ETS保护动作使汽机停机2，开机失败。胀差原理见图1。汽缸以后座架上横销为死点向前膨胀，转子以前瓦推力瓦为死点向后膨胀，二者膨胀方向相反1。机组启动时转子受热快于汽缸受热，胀差值为正胀差，机组滑停时转子冷却快于汽缸冷却，表现为负胀差3。2 汽轮机冷态启动正胀差变化情况 2014年4月、9月和2015年2月因设备检修停机，进行3次冷态开机，3次开机正胀差变化情况见表1 ,报警值3.5mm，停机值4.0mm1。 从表1可以看出，胀差最大值出现在机组带负荷后2-9MW之间，其变化规律见图2 表1正胀差变化情况日期冲转前500rpm1200rpm2500rpm3000rpm并网2MW9MW最大单位：mm2060.430.851.241.881.962.423.313.592014.9.290.350.470.731.161.391.441.982.913.522070.560.981.542.312.392.853.403.653 正胀差大的原因分析及对策3.1 冲转参数的选择初参数温度和压力，特别是温度变化对胀差影响大，压力因饱和对应关系而影响温度。锅炉蒸汽流程为：汽包低温过热器减温器高温过热器主蒸汽管。在减温器中，汽温不能降太低，要保持过热度20以 图 2开机胀差变化曲线上，否则会在高温过热器中产生水击。规程中冲转参数见表2表2开机升速参数表时间点（min）时间点对应的状态主汽压力（MPa）主汽温度（）时间点（min）时间点对应的状态主汽压力（MPa）主汽温度（）2冲转到达500 r/min1.01.22403升速到达2350 r/min1.82.028020低速暖机500r/min1.01.225015高速暖机2350 r/min1.82.03002升速到达1400 r/min1.21.425520升速到达3000rpm2.02.230030中速暖机1400 r/min1.21.427520动态试验、并网2.02.2320目前公司仅是单炉单机运行，无备用汽源，由前3次冷态开机总结而知，初压力2.0MPa，高压减温减压器调压阀全开，汽压无法满足除氧器和轴封供汽要求。初压控制在4-5MPa，初温为440以上，导致正胀差增大报警，难以控制。所以初压力应选择3.0MPa左右，初温400控制稳定，且保证过热度50。3.2 真空的控制汽轮机冲转前必须有一定的真空，一般为60kPa左右。真空不能过高，也不能过低，过高则建立真空的时间延长，进入汽轮机的蒸汽量减少，机组加热缓慢，从而会延长启动时间。真空过低，冲动转子需大量的蒸汽，会给汽缸和转子造成较大的热冲击4。轴封送汽是建立真空的必要条件，冷态启动宜先抽真空，后送轴封汽，轴封汽温不可过高，以轴封压力0.03MPa为例，温度控制在110-120即可，以减少轴和轴封的热冲击，控制正胀差的增长速度。考虑到机组无汽缸加热装置，冲转过程应适当提高真空减少进汽量，减缓转子的受热速度，真空应控制在70-75kPa。3.3 采用手动开机方式本机组冲转可以选择现场手动启动（电动主汽门旁路启动）和自动启动（DEH控制调速汽门启动）两种方式1。二者的主要区别在于全周进汽与部分进汽、节流降压阀门位置的不同。从机头往机尾看，调节汽门示意图见图3。主蒸汽通过阀门的顺序为：电动主汽门自动主汽门调速汽门汽轮机。采用自动冲转，电动（自动）主汽门全开，蒸汽仅从调门进入，为部分进汽，汽缸受热不均匀，导致汽缸膨胀不均匀、不充分。由于是部分进汽，在汽轮机内产生了鼓风损失和斥汽损失4，增加了转子的受热，导致正胀差增大。 若采用手动冲转，电动主汽门全关，手动控制其旁路门开度，自动主汽门、调门全开，蒸汽从四个调门均匀全周进汽，不仅解决了部分进汽产生的问题，由于电动主汽门旁路门距离汽轮机较远，在此处节流降压，减小了对调速汽门、汽缸和转子的热冲击4。 3.4 低负荷暖机控制机组并网初期要规定最低负荷，主要是考虑负荷越低，蒸汽流量越小，暖机效果越差，负荷低还会造成排汽温度升高。但负荷也不能过高，否则汽轮机进汽量增加较多，金属受到剧烈的加热，会产生过大热应力，甚至胀差超限，造成严重后果4。高压缸下部温度达220以上，才可并网发电。并网后即带1000KW左右负荷然后缓升至2000KW时暖机，直至高压缸下部温度达300以上时允许以300kW/min增加负荷。当高压缸下部达350以上时允许以每分钟1000KW的速度升至额定值1。进汽量与负荷与调节级后温度的关系见表3表3汽轮机进汽量与负荷与调节级后温度的关系进汽量t/h10182734465566768494105负荷MW036912151821242730调节级温度220280325360418429444450452455465由表3可知，0-9MW低负荷调节级后温度变化幅度最大，在正胀差基本稳定的前提下，缓慢提高进汽温度和进汽压力，平稳增加负荷，才能做好低速暖机工作。4 对策的检验经过分析研究，得出以上对策。2015年6月16日进行冷态开机，实施、检验对策，取得较好的效果。正胀差变化情况见表4和图4。表4正胀差变化情况机组状态冲转前500rpm1200rpm2500rpm3000rpm并网2MW9MW最大单位：mm胀差0.460.520.850.951.551.572.862.862.88 4 结论4.1对冷态开机正胀差影响最大的因素是转子与汽缸的受热快慢。4.2降低进汽参数（初温400，初压3.0MPa）、控制真空70-75kPa、手动开机、延长低负荷暖机时间等方法可适用于类似汽轮机组。4.3因为没有汽缸加热装置，此类型机组不宜采用额定参数冷态开机。否则不经济更不安全。 图4正胀差变化曲线参考文献：1南京汽轮电机(集团)有限责任公司 .CN30-8.83/（1.6）型 30MW抽汽式汽轮机说明