引进型330MW汽轮机中压缸启动特点及切缸分析.doc

引进型330MW汽轮机中压缸启动特点及切缸分析2008年第3期广西电力引进型330Mw汽轮机中压缸启动特点及切缸分析Start-upCharacteristicofMPCylinderandAnalysis0fitsCuttingOperationinIntroduced330MWSteamTurbine黄连辉ANGLianhui(大唐桂冠合山发电有限公司,广西合山546501)摘要:为了能在机组寿命不受影响的基础上快速而安全地启动机组,文章探讨了中压缸启动的过程及切缸过程,并分析了不能自动切缸的原因,针对因温度条件不满足而不能自动切缸的问题,提出了相应的解决对策及切缸过程的注意事项,可为同类型机组的启动提供参考.关键词:330MW汽轮机;中压缸启动;切缸条件;切缸对策中图分类号:TI<263.1文献标识码:B文章编号:167183802008)03006305O引言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.合山电厂改扩建1号,2号机组汽轮机为北京北重汽轮电机有限责任公司引进ALSTOM技术生产的N33017.75/540/540型,亚l界一次中间再热,单轴三缸两排汽凝汽式汽轮机,启动方式采用中压缸启动,即汽轮机在启动前倒暖高压缸,但启动初期高压缸不进汽,由中压缸进汽冲转,待机组带到一定负荷后,再切换到高,中压缸联合进汽方式,直到机组带满负荷.由中压缸进汽切换到高,中压缸联合进汽的过程称为切缸,反之称为反切缸.由于整套启动过程中必须经历一个切缸过程,切缸与启动关系密切,因此,切缸是中压缸启动中一项至关重要的环节,切缸操作的顺利与否,直接影响着机组启动的时效,安全甚至成败.所以,探讨中压缸启动的特点及对切缸情况进行分析,熟练掌握中压缸启动技术,达到快速启动和安全启动的要求很有必要.1中压缸启动系统1.1高,低压旁路系统机组的高,低压旁路系统分别采用苏尔寿公司液压控制的70%BMCR容量的高压旁路和40%收稿日期:20080202;修回151期:20080402BMCR容量的低压旁路,连接方式为两级串联.高压旁路蒸汽从高压主汽门前引出,经减温器减压后排至再热冷段;低压旁路蒸汽由中压主汽门前引出,经减温减压后排至凝汽器.汽轮机要求在启动期间必须供给温度较高的蒸汽,利用高,低压旁路系统满足了汽轮机启动对汽温的要求,保护了再热器,同时使锅炉的燃烧调整变得较为灵活.1.2暖缸阀在汽轮机冲转阶段,由于再热蒸汽压力已调整到一定数值,主蒸汽一旦进入高压缸,高压缸内的压力就随之上升,为避免高压缸金属产生过高的热应力,高压缸在进汽前必须经过预热.为了实现此功能,在高压缸排汽逆止阀加旁路门作为暖缸阀,通过此阀冷态启动时倒暖高压缸.1.3高压缸抽真空阀高压缸抽真空阀是在汽轮机高压缸温度达到一定水平及完全切断高压缸进汽之前,用于对高压缸抽真空,以防止高压缸末级叶片因鼓风摩擦而发热损坏.为了实现此功能,在高压缸排汽逆止阀前的管道上设置有通向凝汽器的管道,管道上布置有抽真空阀,通过此阀在冲转及低负荷期间对高压缸抽真空.合山电厂改扩建330MW机组中压缸启动系统配置如图1所示.64广西电力2008年第3期主蒸汽来给镛一t.-Z-I-T.I再热器l至凝结器凝给水扣凝结水扣凝汽器图1中压缸启动系统配置图注:,高排逆止阀;,一暖缸阀;,一高压缸抽真空阀;,一低旁阀;,低旁喷水阀;高旁阀;一高旁减温水截止阀;一高旁喷水阀2中压缸启动过程2.1启动状态的划分机组启动状态根据高压外缸下法兰中壁金属温度确定,DEH可根据其实际情况自动判断启动状态:温度低于190.C时冷态启动;温度处于190.280.C时温态启动:温度处于280.-380.C之问时热态启动;温度等于或高于380.C时极热态启动.温态,热态,极热态启动合称非冷态启动.2.2挂闸参数的选择当控制油压正常,控制油温度高于35,且同时满足以下挂闸条件时即可挂闸:主蒸汽温度高于高压主汽门阀壳温度50;再热蒸汽温度高于中压主汽门阀壳温度50;主蒸汽和再热蒸汽过热度均达50以上.对冷态启动而言,当挂闸条件满足时,应早些挂闸,目的是为了逐渐加热高压缸,以缩短启动时间.挂闸后要确认高,中压主汽门缓慢开启,高压缸暖缸阀开启,抽真空阀关闭,高排逆止阀强制关闭.合山发电有限公司1号,2号机挂闸时各阀门状态见表1.表1挂闸时各阀门状态情况表2.3启动参数的选择选择合理的启动参数能够减小启动过程中设备的损耗,并能缩短启动时间.根据机组不同的启动状态及实际的高,中压缸金属温度水平,对照”启动工况高压缸进汽温度”,”启动工况中压缸进汽温度”区问图选择高,中压缸合理的进汽参数,使其进汽参数处于高,中压缸低限蒸汽温度与高限蒸汽温度的范围.在选择冲转参数时应注意:进入汽轮机的蒸汽至少有50的过热度,且应高于汽缸最高壁温50-70C.1号,2号机各典型工况下的冲转参数的选择见表2.表2各典型工况下冲转参数的选择情况表选择以上冲转参数基于以下因素:可保证机组平稳通过临界转速及满速后的需要;机组在满速后,能顺利完成并网,切缸,升负荷的过程;冲转后要保证主蒸汽温度能逐渐滑升.2.4冲转与升速程序选择阀门方式为”中缸控制”.设定目标转速l000r/min,升速率为100r/min2,冲转升速.当机组转速达1000r/min2时,停止升速并进行30min暖机.当高压外缸下法兰金属温度高于190,高压缸暖缸阀应自动关闭,高排逆止门强制关闭,高压缸抽真空阀自动开启.1000r/min暖机结束后,高压缸已处于真空状态.设定目标转速为3000r/rain,继续升速,当转速升至1050r/min时,高压主汽门自动关闭.机组转速升至3000r/min时做定速检查.2.5并网与带负荷程序并网后,设定目标负荷为30MW,以2MW/min的速度升负荷.机组负荷达到30MW以后,按照启动曲线重新设定目标负荷为70MW,升负荷率为3MW/raino随着负荷的增加,低压旁路阀逐渐关小至全关,此时再热蒸汽压力仍维持在1.5MWa.当机组负荷达到或大于额定负荷的10%,切缸条件满足时,”高缸允许”按钮灯亮,高压缸切缸自动进行,高压主汽门重新开启,抽真空阀自动关闭,高排逆止门自由释放,高压缸自动投入运行,此2008年第3期广西电力时负荷指令自动闭锁.若自动切缸条件不满足,必要时进行手动切缸.切缸完毕后机组负荷约为50MW左右,保持负荷20min暖机不变,以稳定高压缸温度.继续以3MW/min的速率增加机组负荷,负荷达230MW时,投入CCS协调控制系统,直至机组带满负荷.2.6升速,升负荷过程的注意事项及说明冲转时的升速率由DEH根据调速系统投入时的中压内缸上法兰中壁温度自动给出:温度低于150Y;时,升速率为100r/min2;温度处于150.420.C之间时,升速率为500r/min2;温度高于420Y;时,升速率为1000r/min2.在转速达到1000r/min后是否必须暖机30min,取决于高压外缸下法兰金属温度是否达到190Y;,若未达到,需继续暖机;若已达到,则可以升速,不必再暖机.转速低于1050r/min(高压主汽阀开启),高压缸暖缸时,高压缸排汽压力大于1.7MPa,汽机将自动跳闸;若转速高于1050r/min(高压主汽阀关闭),高压缸抽真空时,高压缸排汽压力大于0.14IMPa达4min以上,汽机将自动跳闸.若高压缸抽真空时间过长(高压缸抽真空阀位置不对),即打开(或关闭)指令给出70S后,高压抽真空阀还未打开(或关闭),汽机将自动跳闸;或在真空阀过流的情况下,高压缸抽真空阀后压力大于0.8MPa达15S以上,汽机将自动跳闸.高压缸投运后,若高压缸排汽口金属温度越限,即高压外缸排汽内表面金属温度达到420,汽轮机将自动跳闸.切缸完毕后,下列任一条件符合才允许加负荷:高压缸金属温度达到或超过220;高压缸金属温度虽达不到220,但切缸后时间达到20min.主,再蒸汽温度变化率,升负荷率必须严格按照机组启动曲线执行,DEH应力限制功能必须投入.高压调门进汽方式依据高压内缸上法兰中壁温度自动选择,高于270时为全周进汽;低于270Y;时为部分进汽.如果原来是在全周进汽的方式下启动,当切缸30min后,并且高压调门开度基准值达60%时应自动切换到部分进汽.3切缸过程分析及对策3.1切缸条件及释义切缸要求满足两个条件,即温度条件和流量条件.1号,2号机切缸条件具体为:变送器正常;满足主汽温度条件;功率大于10%;最小冷却流量OK;旁路流量OK.变送器正常的含义为:功率,主汽温度,高缸温度,高旁流量,主汽压力,再热蒸汽压力等参数的变送器正常.功率大于10%的含义是功率在33MW以上.主汽温度条件满足的含义是:若主汽温度处于DEH算出的切缸时主汽温度低限与高限之间,则主汽温度满足条件.最小冷却流量OK的含义是:DEH当前流量是程序根据当前工况计算出来的高压缸流量,是指高压缸进汽后所产生的热应力最小时所需的流量,决定于DEH中的负荷设定值;最小流量是程序根据当前高压缸金属温度计算出来的能带走当时高压缸内热量的最小冷却流量,是指高压缸进汽后,避免高压缸排汽金属温度过高时的低限流量,是当前再热蒸汽压力的函数,由计算给出.DEH当前流量大于当前最小流量,则条件满足.旁路流量OK的含义是:旁路流量指目前通过高压旁路的实际流量,其值由DEH计算得出,主要由锅炉蒸发量和高旁开度决定.当前高压旁路流量大于DEH当前流量,则条件满足.3.2温度条件和流量条件两组不等式从此前分析可知,温度条件和流量条件可用以下两个不等式组来表示,当这两个不等式组同时成立时,温度条件和流量条件同时满足,即切缸条件满足.温度条件不等式组:tvd(高缸切换时主汽温低限)<tw(主汽温)<(高缸切换时主汽温高限)流量条件不等式组:q(最小冷却流量)<q(DEH当前流量)<g.(旁路流量)需要说明的是:主汽温是计算值,其值为1号高压主汽阀汽温t1和2号高压主汽阀汽温tv2的平均值.汽轮机能否顺利实现切缸,关键在于能否按温度条件和流量条件这两个不等式组调整有关参数,使其达到切缸的要求.表3是2号机2次开机成功切缸的有关参数,其中一次是手动切缸,另一次是自动切缸.第一次冷态启动切缸时,温度条件不等式组不满足,流量条件不等式组满足,故手动切缸;第二次热态启动切缸时,温度条件和流量条件这两个不等式组同时满足,故能自动切缸.66广西电力2008年第3期3.3不能自动切缸的原因及对策3.3.1温度条件不满足从表3中看出2号机2007年6月24日冷态启动只能手动切缸,不能自动切缸的原因是主汽温tw=266.06不在主汽温低限320.88与高限400.66之间,温度条件不满足造成.不能自动切缸的原因大多如此,究其原因,主要是由于设计上存在局限性造成.理由是:汽轮机按1000r/nn暖机结束,升速至1050r/min时,按照DEH设定的逻辑自动关闭2扇高压主汽门,目的是为了防止主蒸汽漏入高压缸内,对高压缸造成过大的热冲击.由于主蒸汽疏水管取自主蒸汽管道球形三通底部(1根),球形三通后两主汽管(各1根)及两高压主汽门前主汽管(各1根),5根疏水管汇流成1根,通过主汽管至启动疏水扩容器气动疏水门将五处疏水导入启动疏水扩容器.当两高压主汽门开时,因其门后平衡管有疏水管接至凝结器,这段管子内的蒸汽是流动的,可通过对流传热方式来快速提高主蒸汽温度的数值;当两高压主汽门关闭后,从两扇高压主汽门前疏水管至两高压主汽门温度测点间的蒸汽,实际上已不流动,形成一股”死汽”,这股死汽的温度只能靠前面的蒸汽以导热的方式来加热提高,造成了主蒸汽温度上升缓慢.受疏水管接入系统连接方式的影响,2根高压主汽门前疏水管与主蒸汽管道球形三通底部疏水管,球形三通后2根主汽管疏水管汇接,通过主汽管至启动疏水扩容器气动疏水门将五处疏水导入启动疏水扩容器.由于2根主汽门前疏水管位置靠后,受其前面的3根疏水管较高压力的疏水”排挤”,造成2根高压主汽门前疏水管疏水不畅,当2扇高压主汽门关闭后,使得2根高压主汽门前疏水管处主蒸汽温度上升缓慢,从而使主蒸汽温度上升缓慢.基于以上”死汽”和”排挤”原因,使得温度条件不易满足,从而导致自动切缸不易实现.3.3.2解决因温度条件不满足而不能自动切缸的对策选择合理的挂闸,启动参数,规范地按照启动曲线进行操作,使蒸汽参数与汽缸的温度水平相匹配.延长汽轮机在1000r/rain时的暖机时间,在升速至1050r/rain以前,适当提高主蒸汽温度.改变主蒸汽疏水管连接方式,将2根高压主汽门前疏水管单独接至启动疏水扩容器,并加装控制门.采用以上对策后,1号,2号机因温度条件不满足而不能自动切缸的问题得到了解决,在此后的多次启动中,基本上能实现自动切缸.3.3.3流量条件不满足的对策至于因流量条件不满足,从而导致自动切缸不能实现的问题,主要是与调整不当有关.分为两种情况:若最小冷却流量OK不满足,一般是因负荷目标值和升负荷率的给定值不足引起,可以适当增加负荷目标值和升负荷率的给定值;若旁路流量OK不满足,一般是因锅炉蒸发量和高旁开度不足引起,可以通过增加锅炉燃烧量和增加高旁开度来调整.只要按调节原理有针对性进行调整,流量条件满足是不难实现的.3.4与切缸相关的注意事项机组在切缸过程中,负荷指令是闭锁的,此时不能增减负荷.但当切缸结束,高压缸进汽后,如果发生高压缸排汽金属温度过高(达到或超过3902)或高压调门开度过小(接近10%),则应尽快适当增加负荷,渡过这一危险时刻,因为前者超过420将导致自动跳机,后者负荷低于25MW会发生反切缸现象.切缸过程中应尽可能保持主,再热蒸汽参数的稳定.注意高旁和低旁的动作情况及主,再热蒸汽压力的变化情况.在汽机冲转和切缸过程中,高2008年第3期广西电力旁维持主汽压力为冲转压力不变.切缸后应尽快将DEH反馈回路投入”功率回路”控制方式,以利控制负荷的上升速度,防止反切缸.切缸有三种方式:自动切缸,手动切缸,强制切缸.当切缸条件全部满足时,”高缸允许”,”高缸控制”按钮灯自动变亮,高压缸切缸自动进行;当温度条件和流量条件不全满足,”高缸允许”按钮灯亮,”高缸控制”按钮需手动点亮,高压缸切缸手动进行;当温度条件和流量条件不满足,”高缸允许”按钮灯不亮,需强制点亮”高缸允许”按钮,然后手动点亮”高缸控制”按钮,高压缸切缸强制进行.手动切缸是在DEH”允许手动并高缸”的前提下进行的操作,对安全性无影响或影响甚微;强制切缸是在DEH未”允许手动并高缸”的前提下进行的操作,难免会对安全性造成不利影响,因此,只有在特定的情况下方可慎重操作.4中压缸启动的优点4.1缩短启动时间由于冲转前对高压缸进行倒暖,在启动初期启动速度不受高压缸热应力和胀差的限制,另外,由于高压缸不进汽做功,在同样的工况下,进.中压缸蒸汽流量增大,暖机更充分迅速.1号,2号机带10%以上额定负荷后,汽轮机即可迅速切缸,转入正常运行,快速增负荷,从而缩短了整个启动过程的持续时间.4.2汽缸加热均匀启动时,高中压缸加热均匀,温升合理,汽缸易于胀出,胀差小.虽然多一个切缸操作,但从整体上可提高启动的安全性和灵活性.4.3提前越过脆性转变温度启动时,高压缸倒暖,启动初期中压缸进汽量大,这样可使高压转子和中压转子尽早越过脆性转变温度,提高了高转速运转的安全可靠性.1号,2号机脆性转变温度等于或低于100,在1000r/min中速暖机30min后,即可达到此温度要求.4.4对特殊工况具有良好的适应性主要体现在空负荷和极低负荷运行方面.机组启动并网过程中,有时遇到故障等待处理,或在并网前要进行电气试验或其他试验时,就常常遇到要在额定转速下长时间空负荷运行的情况.只要关闭高排逆止阀,维持高压缸真空,汽轮机即可避免高压缸超温,安全地长时间空负荷运行.另外,只要打开旁路,隔离高压缸,汽轮机就能在很低的负荷下长时间运行.4.