燃气蒸汽联合循环机组汽轮机极热态启动操作浅析

马涛陈冬冬

摘要：极热态启动是对汽轮机威胁最大的一种启动方式，启动过程汽缸金属将完成一次热应力的交变循环。如汽缸金属壁温差过大或操作不当，往往会引发汽轮机一些大的事故。以机组极热态启动为例，进行过程分析并阐述极热态启动注意事项。

关键词：270MW汽轮机；极热态启动；注意事项

1系统概述

某厂S209FA型燃气-蒸汽联合循环热电联产机组为一套780MW级“二拖一”燃气-蒸汽联合循环供热机组。其配置为：两台9FA燃气轮机、两台燃气轮发电机、两台余热锅炉、一台蒸汽轮机和一台蒸汽轮发电机。汽轮机为哈尔冰汽轮机机厂制造，为三压、一次中间再热、双缸双排汽、带抽汽供热汽轮机机组。汽轮机高中压缸为高中压合缸，低压缸为双流程向下排汽形式，高中压联合启动方式。

2极热态启动的特点

汽轮机极热态启动是指汽轮机高压内缸上缸内壁金属温度大于450℃的启动。极热态启动是对汽轮机威胁最大的一种启动方式，若汽缸壁温差大或操作不当，会产生较大的热应力，引起汽轮机动静摩擦，甚至会产生大轴弯曲。

3极热态启动时汽轮机金属温度的限值及进汽参数的确定

3.1极热态启动时汽轮机金属温度的限值

运行规程要求：高中压缸内缸下壁温度≥450℃以上时为极热态启动。

3.2极热态启动时蒸汽参数的选择

极热启动时，为了保持蒸汽入口处金属和蒸汽温度一致，蒸汽应处于低压高温状态。主、再蒸汽温度与高中压缸内缸下壁温度温差应在50～100℃之间，且主蒸汽过热度大于56℃。根据汽轮机厂家提供的“热态启动曲线”，汽轮机热态及极热态启动主、再主蒸汽温度分别最低为460℃、480℃，在极热态启动前应根据高中压缸内缸下壁实际温度最终确定冲转蒸汽温度。现场经验表明，在极热态启动时，再热蒸汽温度达到冲转要求很困难，为此会延迟冲转时间，为解决这个问题，在燃机启动后，通过提高再热蒸汽压力来提高再热主汽温度，即将中压旁路调门压力设定值由冲转时的0.5MPa提高至1.2MPa，当再热主蒸汽温度达到冲转温度后，再由中压旁路调门将压力设定值降为冲转时的压力0.5MPa。主蒸汽冲转压力选择3.5MPa。

4极热态启动

4.1冲转参数

主汽压力：3.5MPa，主蒸汽温度：高于高压缸内缸下壁温度50～100℃。再热压力：0.5MPa；再热温度：高于中压缸内缸下壁温度50～100℃。

4.2升速率

0r/min到3000r/min，升速率300r/min，用时10min，如确定在此期间无异常，可不停留，如不能确定，在600r/min时停留，听音检查，但总用时不超过10min。满速后尽快并网，尽量避免满速后空转。

4.3升负荷控制

4.3.1燃机升负荷控制

第一台燃机启动并网后，当负荷≥20MW后，投入燃机外部负荷控制，此后燃机受启动协调控制方式控制升负荷，协调升负荷速率说明：燃机负荷20-60MW限速+10MW/min；60-90MW，限速+5MW/min；汽机单顺阀切换和汽机初负荷暖机过程中，限速0MW/min；其余负荷段默认+15MW/min。（1）燃机升负荷第一阶段。第一台燃机外部负荷投入后，开环协调中增负荷控制信号1开始控制#2燃机自动涨负荷，其涨负荷目标值为40MW。#2燃机初负荷增负荷条件1：（#2燃机首台燃机启动协调控制条件满足or#2燃机第二台燃机启动协调控制条件满足）and#2燃机负荷＜40MWand#2余热锅炉升温控制模块未投入and#2燃机外部负荷控制模式投入。（2）燃机升负荷第二阶段。第一台燃机负荷＞35MW且性能加热器出口天然气温度＞150℃，开环协调中增负荷控制信号3开始控制首台燃机自动涨负荷，其涨负荷目标值为90MW。#1燃机首台燃机启动协调控制条件满足and天然气温度＞150℃延时5Sand汽机滑压控制模式已投入and（#1炉高旁全关and中旁全关延时30S）and#1燃机负荷＜90MW。（3）燃机升负荷第三阶段。首台燃机负荷涨至90MW时，满足以下条件时，首台燃机机组涨负荷至240MW。#1燃机首台燃机启动协调控制条件满足and#1燃机负荷≥90MWand总负荷＜P1（一拖一启动预设负荷，默认240MW）and（#1炉高旁全关and中旁全关延时30S）；and

第一台燃机（GT1）启动子组顺控进行中。

4.3.2汽机升负荷控制

当汽机转速达到3000rpm，汽机控制方式转为滑压程控，检查无问题后应尽快并网运行，汽机发电机并网后综合阀位自动开至35%，然后投入汽机压控及滑压，汽机转为滑压控制运行方式。

5极热态启动注意事项及控制措施

极热态启动重点注意不能使蒸汽轮机高温金属冷却。控制蒸汽轮机胀差不出现缩小，以防蒸汽轮机产生动静摩擦。在汽缸进汽前，必须，控制各金属部件的温升率、上下缸温差、胀差不超过限制值。送轴封汽前应有足够的疏水暖管时间，避免由于轴封蒸汽带水而使金属受冷冲击。（1）上、下缸温差。汽轮机在故障停机后处于极热状态，缸温接近额定负荷状态，停机后汽轮机本体疏水气动门自动打开进行疏水，避免上下缸温差引起汽缸热弯曲，汽缸的变形弯曲方向向上，使汽缸下部动静之间的径向间隙减小。因此，停机后要密切监视汽缸金属温度变化，注意上下缸温差。（2）轴封供汽。极热态启动时，轴封是受到热冲击最严重的部位之一。汽轮机轴封处的转子温度很高，一般只比高压缸第一级内壁温低30～50℃，如果轴封温度过低，会使转子轴颈遇冷收缩而产生较大热应力，使前几级轴向间隙变小，严重时引起动静互磨，因此抽真空前先送轴封汽，轴封汽温度应与汽缸温度相匹配。极热态机组启动前及启动过程中需要外来辅助汽源（即启动锅炉）提供轴封用汽，因此要保证：1）蒸汽为过热蒸汽；2）蒸汽温度不高于轴封区转子金属温度149℃；3）从辅助汽源到汽轮机轴封系统的管道是热的，这样不会使蒸汽凝结成水并流到轴封系统中去。为了防止转子的轴封部位由于热应力而造成损坏，当机组在启动时，要尽量减小轴封和转子表面间的温差。其温差不应超过110℃，最高温差可以到165℃。在极热态启动时，则应保证蒸汽与转子的最大温差在允许范围内。（3）热态启动时胀差的控制。热态启动时胀差的变化除受轴封供汽温度影响外，主要受主、再热蒸汽温度影响，必须按要求控制冲转蒸汽参数。启动时轴封汽源温度比轴封处转子温度高时，对控制负胀差的增长是有效的。为防止胀差向负方向变化大，汽机冲转定速后，要尽快并网，将负荷带到汽缸金属温度对应的负荷。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，此时越不加负荷胀差正值越大，加负荷后胀差反而正常。极热态启动，差胀受主汽和再热汽温影响很大，所以要严格控制冲转参数。在低负荷时长时间停留，可能造成差胀反常，此时应增加负荷，差胀会趋于正常。（4）汽机本体及管道疏水门均在全开位置，加强本体和管道疏水，防止冷汽、冷水倒灌进汽轮机。此时要特别注意高中压上下缸温差不得大于42℃。机组负荷在20%时汽缸疏水关闭。（5）冲转后，可使转子在一开始就立即带到同步转速，在满足低速全面检查的基础上直接升至3000r/min，达到同步转速时，将汽轮机同步并网，并网后尽快把负荷加到起始负荷点。

结束语

汽轮机热态启动是较易发生问题的操作，特别是极热态启动，主要是因为缸温高，汽轮机停机后各部件的冷却速度不同，存在一定的温差，并由此造成动静间隙的变化，给启动带来困难。汽轮机组的一些事故，如大轴弯曲、动静摩擦等往往出现在热态启动过程。故对汽轮机组热态启动前的状态特点做到心中有数，掌握热态启动的规律，同时大胆谨慎地操作，就可使汽轮机在任何温度状态下都顺利启动，尽快接带负荷。

参考文献：

[1]哈尔滨汽轮机厂有限公司.LN273/CC154-11.47/0.613/0.294/566/566说明书.

[2]中国电力企业联合会标准化中心.火力发电厂技术标准汇编运行标准.中国电力出版社，2003年.