臺(tái)山電廠600MW汽輪機(jī)啟動(dòng)中脹差大原因分析及控制策略

1本次機(jī)組啟動(dòng)背景

臺(tái)山電廠2號(hào)機(jī)為上汽600MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī),無法蘭加熱裝置,設(shè)計(jì)允許的高壓脹差為-5.5～16.5 mm。啟動(dòng)前機(jī)組經(jīng)歷了近一個(gè)月的小修,各測(cè)量裝置與熱控儀表均已按啟動(dòng)要求準(zhǔn)確投入,缸脹在2.58mm,高壓脹差仍在10.71mm,檢修后正溫差冷態(tài)啟動(dòng)。

汽輪機(jī)高壓脹差增大事件發(fā)生在汽輪機(jī)2370r/min中速暖機(jī)時(shí),高壓正脹差由啟動(dòng)初期真空建立的10.65mm 增大到15.43mm。

2高壓脹差大的危害

脹差數(shù)值是很重要的運(yùn)行參數(shù),若脹差超限,則熱工保護(hù)動(dòng)作使主機(jī)脫扣。由于汽輪機(jī)靜葉與動(dòng)葉間的間隙比動(dòng)葉與下一級(jí)靜葉間的間隙小得多,因此負(fù)脹差比正脹差更危險(xiǎn)。如脹差趨向負(fù)值,會(huì)引起動(dòng)靜之間的摩擦,造成惡性事故:當(dāng)然正脹差增大到一定程度時(shí)也勢(shì)必造成動(dòng)靜碰磨,嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)動(dòng)靜部件安全,所以嚴(yán)格控制正負(fù)脹差值在一定的范圍內(nèi)是非常必要的。

3啟動(dòng)過程中影響脹差的因素

(1）主汽、再熱汽溫升(溫降）速度。(2）軸封供汽溫度。(3）汽缸法蘭、螺栓加熱裝置。(4）凝汽器真空。(5）機(jī)組負(fù) 溫差啟動(dòng) 。(6）脹差指示器零點(diǎn)不準(zhǔn)或觸點(diǎn)磨損 。(7）推力 軸承磨損 ,軸向位移增大。(8）汽缸保溫層的保溫效果不佳或保溫層脫落。(9）滑銷系統(tǒng)或軸承臺(tái)板的滑動(dòng)性能差,易 卡澀。(10）雙層缸的夾層中流入冷汽(或冷水）。(11）各級(jí) 抽汽量變化 。(12）軸承油溫太高。

4汽輪機(jī)脹差大過程

結(jié)合表1所示的本次啟動(dòng)背景、啟動(dòng)過程中影響脹差的因素和脹差的實(shí)際反映,認(rèn)為以下幾個(gè)方面是影響本次啟動(dòng)過程中高壓正脹差增大較快的重要原因。

4. 1 軸封供汽的影響

15:00,未抽真空之前,缸脹2.576mm,高壓脹差10.709mm。

16:09,軸封暖管 ,背壓88.37 kPa ,缸脹2.545 mm , 高壓 脹差10.648mm。

17:06,低壓軸封汽暖至94.35℃時(shí),缸脹2.545mm,高壓脹差10.643 mm,此時(shí)汽缸略有收縮。

18:33,低壓軸封汽暖至232.92℃時(shí),缸脹2.552mm,高壓脹差11.526mm,此時(shí)汽缸開始膨脹,而轉(zhuǎn)子仍因被加熱而持續(xù)膨脹。

19:00,低壓軸封汽調(diào)節(jié)至226.86 ℃穩(wěn)定,缸脹2.565mm, 高壓脹差11.721mm,此時(shí)汽缸與轉(zhuǎn)子均因被加熱而膨脹。

19:59,低壓軸封汽調(diào)節(jié)至229.08 ℃穩(wěn)定,缸脹2.641mm, 高壓脹差11.980mm,此時(shí)汽缸與轉(zhuǎn)子均因被加熱而膨脹。

23:06,汽輪機(jī)進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)前,從19:00至此時(shí)低壓軸封汽在225～230℃較穩(wěn)定,缸脹3.787mm,高壓脹差11.694mm, 此時(shí)汽缸仍在膨脹,但高壓脹差卻變小。

由以上數(shù)據(jù)可得到如下結(jié)論:在汽輪機(jī)沒有進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)之前,唯一影響到缸脹及脹差的熱源只有低壓軸封供汽,在低壓軸封供汽投入6h后,汽缸與轉(zhuǎn)子均受到不同程度的加熱而膨脹,且由于汽缸質(zhì)量較大,沒有達(dá)到膨脹穩(wěn)定,相對(duì)質(zhì)量較小的轉(zhuǎn)子卻在230℃的低壓熱源作用下達(dá)到了膨脹穩(wěn)定。

4.2主再熱汽溫的影響

23:06 ,爐側(cè)過熱汽溫362.94℃ ,再熱汽溫349.38℃,主汽壓3.83MPa ,鍋爐EF層4支油槍燃油9.59 t/h ,汽輪機(jī)開始進(jìn)汽,沖轉(zhuǎn)至600r/min,進(jìn)汽量約15t/h。

23:57 ,爐側(cè)過熱汽溫392.76 ℃ ,再熱汽溫380.31 ℃ ,鍋爐EF層4支油槍燃油9.59 t/h,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速已到2376r/min,進(jìn) 汽量約43t/h。此刻缸脹4.620 mm ,高壓脹差22.750 mm ,汽 缸與轉(zhuǎn)子均因汽輪機(jī)的大量高溫高壓進(jìn)汽而被加熱膨脹。

次日00:08,爐側(cè)主再熱汽溫仍在持續(xù)上升,過熱汽溫達(dá)396.40 ℃,再熱汽溫也達(dá)到384.87 ℃,主汽壓5.37 MPa ,鍋爐燃油無變化,仍是EF層4支油槍燃油9.59 t/h,此時(shí)汽 輪機(jī)在42.43 t/h蒸汽的作用下轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2 370 r/min 。但 此刻汽輪機(jī)金屬在經(jīng)歷了十幾分鐘的延時(shí)之后,膨脹突然增大:00:09時(shí)缸脹4.874 mm ,高壓脹差達(dá)到22. 252 mm ,并且表現(xiàn)出了相當(dāng)大的速率,有明顯的抬頭現(xiàn)象:00:09,撤出2支油槍,保留3支油槍,燃油控制在7.28t/h 。2h之后過熱汽溫由396.40 ℃降到了375.52 ℃（溫降明顯）,再熱汽溫由384.87 ℃降到了374.26 ℃ ,主汽壓也由5.37 MPa降到了4.00MPa。其間為控制脹差還采用了降低燃油壓力的辦法,將燃油減至7.00t/h,加大了鍋爐爐水的排補(bǔ),以降低軸封供汽溫度。

02:09 ,缸脹6.372 mm ,高壓脹差 24.427 mm , 脹差較 大:02:20,繼續(xù)撤出2支油槍,此時(shí)鍋爐僅有2支油槍,燃油 僅4.82t/h。

02:55,在爐側(cè)過熱汽溫降至342.26℃,再熱汽溫也降至338.34 ℃后,高壓脹差在25.432mm并趨于穩(wěn)定。

由以上數(shù)據(jù)可得,汽輪機(jī)在大量蒸汽進(jìn)入并沖轉(zhuǎn)至2370 r/min后,高壓脹差有了明顯的突增,隨后在保持蒸汽通流量穩(wěn)定的情況下,采用降低蒸汽溫度的辦法,使脹差的上升趨勢(shì)得到了有效抑制。

4.3蒸汽流量的影響

沖轉(zhuǎn)升速過程中,蒸汽流量的突增是高壓脹差產(chǎn)生明顯抬頭現(xiàn)象的主要原因。未沖轉(zhuǎn)之前主汽流量為0t/h,600 r/min時(shí)主汽流量約為25 t/h ,2 370 r/min時(shí)主汽流量約為42t/h,蒸汽流量的突增,使得蒸汽與汽缸及轉(zhuǎn)子發(fā)生了強(qiáng)烈的珠狀態(tài)凝結(jié)換熱,汽缸與轉(zhuǎn)子迅速被加熱,但由于汽缸與轉(zhuǎn)子自身的膨脹特性不同,轉(zhuǎn)子膨脹要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽缸膨脹,于是高壓脹差迅速增加。

從2370 r/min到3 000 r/min的升速過程中,由于蒸汽流量變化小、時(shí)間短,脹差沒能體現(xiàn)出變化。高壓脹差再一次發(fā)生抬頭增大現(xiàn)象是在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的一段時(shí)間,主要原因仍然是蒸汽通流量的巨大變化。

4.4主機(jī)潤(rùn)滑油溫的影響

啟動(dòng)中汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前,主機(jī)潤(rùn)滑油溫相對(duì)較低,且主機(jī)潤(rùn)滑油溫波動(dòng)不是很大,與低壓軸封汽一樣直接加熱轉(zhuǎn)子,相對(duì)于低壓軸封汽源來說,主機(jī)潤(rùn)滑油并沒有對(duì)轉(zhuǎn)子起到加熱作用,相反,主機(jī)潤(rùn)滑油起到帶走轉(zhuǎn)子與軸承產(chǎn)生的熱量的作用 ,因此主機(jī)潤(rùn)滑油溫并不是影響高壓脹差的重要因素。

4.5凝汽器真空及抽汽的影響

凝汽器真空的影響主要體現(xiàn)在對(duì)蒸汽流量的改變,從表2可以看出,相對(duì)于沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)引起的蒸汽流量的改變,凝汽器真空的影響很小。啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過程中,高加汽側(cè)并沒有投入,因此三段高壓抽汽沒有對(duì)高壓脹差造成實(shí)質(zhì)影響。

5汽輪機(jī)脹差大分析總結(jié)及對(duì)策

5. 1 啟動(dòng)分析總結(jié)

從送軸封抽真空到掛閘沖轉(zhuǎn)至2370r/min、從3000r/min定速到發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶上初負(fù)荷,都是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸被加熱的過程。

從高壓脹差數(shù)據(jù)（24 h）來看,脹差變化上總共有3個(gè)明顯的拐點(diǎn)。

第一個(gè)拐點(diǎn)是軸封供汽投用時(shí)。軸封供汽從穩(wěn)定投用到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)共歷時(shí)6h,這期間轉(zhuǎn)子已被加熱到一個(gè)穩(wěn)定的水平,但汽缸由于質(zhì)量過大,缸脹仍因汽缸被持續(xù)加熱而不斷地增大。

第二個(gè)拐點(diǎn)是在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至2370 r/min中速暖機(jī)

時(shí)。由于汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽通流量明顯增加,相對(duì)于低壓軸封汽源來說,過熱汽是高溫高壓蒸汽,過熱蒸汽的突然到來,打破了轉(zhuǎn)子之前的熱平衡狀態(tài) ,由于這巨大而突然的熱沖擊,致使轉(zhuǎn)子與汽缸迅速被加熱,而由于二者自身的膨脹特性不一致,高壓脹差表現(xiàn)出明顯增大。

第三個(gè)拐點(diǎn)發(fā)生在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)之后的一小段時(shí)間,帶上初負(fù)荷的汽輪發(fā)電機(jī)組,蒸汽流量明顯增大,對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸來說,需要建立新的熱平衡。

整個(gè)過程中,無論是低參數(shù)的軸封供汽還是高參數(shù)的主再熱汽,對(duì)汽輪機(jī)來說都是一個(gè)巨大的熱源,對(duì)汽輪機(jī)的金屬都是一個(gè)巨大的熱沖擊,這些熱沖擊都表現(xiàn)在汽缸與轉(zhuǎn)子的膨脹上。在汽輪機(jī)啟動(dòng)的過程中,這些熱沖擊在汽輪機(jī)工作原理的限制下是無法避免的,但是由于熱沖擊帶來的膨脹峰值卻可以人為控制。最主要的影響因素是蒸汽流量和主再熱蒸汽溫度,汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后特別是在2370r/min中速暖機(jī)后低壓軸封汽溫對(duì)脹差的影響比較有限。

5.2脹差大對(duì)策

汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)是汽輪機(jī)金屬被過熱蒸汽劇烈加熱的過程。特別是汽輪機(jī)進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)的瞬間,汽缸與轉(zhuǎn)子迅速被加熱,但由于汽缸與轉(zhuǎn)子自身的膨脹特性不同,產(chǎn)生脹差是必然的。針對(duì)啟機(jī)過程中脹差的控制,經(jīng)過以上分析,總結(jié)出如下幾點(diǎn)行之有效的措施:

（1）控制主再熱汽溫穩(wěn)定且不至于過高 。從以上分析可得 ,除去測(cè)量裝置故障、滑銷卡澀等設(shè)備異常因素,從汽輪機(jī)被加熱的源頭來看,控制汽輪機(jī)的最大熱源一汽輪機(jī)的動(dòng)力源泉一主再熱蒸汽,才是最有效的措施。理論上講,轉(zhuǎn)子與汽缸最終都會(huì)被加熱到與其接觸的蒸汽溫度,在保證過熱度的安全原則下,控制主再熱汽溫度,盡量縮小主再熱汽與轉(zhuǎn)子及汽缸的溫差,轉(zhuǎn)子與汽缸就會(huì)以最小的速率膨脹,不至于使脹差過度增大?？刂浦髟贌崞麥?的手段:1）改變油槍數(shù)量。2）調(diào)整爐前供油壓力。3）互換流 量大小不同的油槍。4）調(diào)整二次風(fēng)配比,改變爐膛溫度場(chǎng)。 5）調(diào)節(jié)總風(fēng)量。

（2）控制蒸汽流量。由以上分析可知 ,蒸汽流量的巨大變化是汽輪機(jī)高壓脹差產(chǎn)生、迅速增大的主要原因。如果能夠以最小的蒸汽流量產(chǎn)生同樣的沖轉(zhuǎn)效果,那么勢(shì)必可以減少蒸汽對(duì)汽輪機(jī)金屬的熱沖擊?？刂普羝髁康氖侄?2）改變凝汽器真空 。2）提高初參數(shù)壓力。

（3）延長(zhǎng)投軸封至沖轉(zhuǎn)的時(shí)間。從以上分析可知,在投入軸封供汽至汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前,轉(zhuǎn)子可以很快就達(dá)到一個(gè)熱平衡狀態(tài),但汽缸卻不行。也就是說,可以利用這段時(shí)間使得汽缸充分預(yù)熱,讓汽缸提前膨脹,高壓脹差勢(shì)必會(huì)減小。

（4）高壓加熱器不要隨機(jī)啟動(dòng),以避免增加影響脹差的因素而加大控制的難度與復(fù)雜性。

6 結(jié)語

由于汽輪機(jī)工作原理的限制,沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)等突變工況給汽輪機(jī)帶來的巨大熱沖擊無法消除,但仍可以想方設(shè)法來限制并緩解巨大熱沖擊造成的影響,畢竟汽輪機(jī)啟動(dòng)是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的加熱過程,只要方法得當(dāng)及時(shí),高壓脹差等影響汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要參數(shù)都是可以控制在設(shè)計(jì)的安全范圍之內(nèi)的。

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