200MW汽轮机中压缸的启动

２００ＭＷ汽轮机中压缸的启动文章编号：１６７１一０８５１（２００２）０１一００４９一０５

２００　Ｍ　Ｗ注轮机巾压缸前启动

陈其民（北京汽轮电机有限责任公司，北京１０００４０）摘要：分析了国产２００ＭＷ汽轮机采用中压缸启动的优点，阐述了中压缸启动的方法、步骤及其实践。关键词：汽轮机；中压缸启动；加热均匀；温升合理中图分类号：ＴＫ２４３．１文献标识码：Ｂ

Ｓｔａｒｔ－ｕｐ　ｏｆ　２００ＭＷ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ＩＰ　ＡｄｍｉｓｓｉｏｎＣＨＥＮ　Ｑｉ－ｍｉｎｇ（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ一Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｃｏ．　Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ；　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｔａｒｔ－ｕｐ　ｏｆ　２００ＭＷ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＩＰ　ｃａｓｉｎｇ　ａｄｍｉｓ－ｓｉｏｎ，　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ＩＰ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍａｉｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ； ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ；　ｓｔａｒｔ－ｕｐ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＩＰ　ａｄｍｉｓｓｉｏｎ；　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｈｅａｔｉｎｇ；　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ得了满意的效果。１概述２高压缸启动的缺点 国产Ｎ２００一１２．７５／５３５／５３５型超高压中间再热式汽轮机传统都采用滑参数高中压缸联合启动（以下简称高压缸启动）方式。这种方式存在的主要问题是机组启动时间长（冷态启动超过１０个小时），燃油量大，空载或低负荷时低压缸鼓风造成排汽温度高。 红雁池二电厂，现装有二台北京重型电机厂生产的该型号汽轮机，借鉴国外中压缸启动的经验，在设计时就考虑了必要的措施，以中压缸启动为主要启动方式，现１号机已基本完成试运行，每次都采用中压缸启动，取 传统的高压缸启动方式是采用低参数（一般为１．　５ＭＰａ，　２５０｀Ｃ）蒸汽，用高压缸冲转（高压缸排出的蒸汽经过较长的中间再热管后，再进入中、低压缸作功，最后排人凝汽器），由于启动时蒸汽流量较少，烩降主要集中在高压缸调节级，中压缸和中间再热器内压力很低。锅炉再热均布置在烟道后部，处在烟气温度较低的对流区域，加上再热器管道又粗又长，疏水量大，所以很长一段时间内再热蒸汽难以升温，使中、低压缸一直处于低

收稿日期：２００１　－０６－２０作者简介：陈其民，男，毕业于上海机械学院动力系汽轮机制造专业，分配在北京汽轮电机有限公司，从事汽轮机设计和技术 服务工作３０余年。

万方数据上海汽枪机ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＴＵＲＢＩＮＥ２００２年３月第１期温状态，造成冲转后中压缸温升速度慢，汽缸膨胀迟缓。按常规冷态启动，中速暖机半小时以上，中压缸金属温度水平仅为６０７０ｃＣ，当机组达３０００ｒ／ｍｉｎ时，中压缸金属仅为８０℃左右，直到机组带ｌｏｍｗ负荷时才达到９０ｃｃ，中压缸才开始膨胀。所以这种启动方式存在启动时间较长；燃油消耗量大；中压转子长时间在低于脆性转变温度下的３０００ｒ／ｍｉｎ高速旋转，容易造成脆性损伤；而且又由于蒸汽流量小，空载或低负荷时低压缸鼓风造成排汽温度高等缺点。３中压缸启动的主要步骤 升速至中速暖机，高压缸达到预定温度后，关闭Ｄ门，开启Ｅ门，高压缸处于负压下闷缸空转，中压缸冲转至３０００ｒ／ｍｉｎ并网带荷。 （４）切缸，高压缸带负荷 负荷升至切缸负荷。关闭真空门Ｅ，开启调门Ａ，高压缸进汽，高排逆止门Ｃ被冲开。随着高调门Ａ的开大，高旁门Ｍ逐渐关小，切换成高压缸进汽，中调门Ｂ响应达全开。 （５）加负荷至满负荷 高调门Ａ继续开大，按定一滑一定运行方式加负荷至满负荷。

中压缸启动的主要步骤如下（见图１）．

Ａ一高压调门Ｂ一中压调门Ｃ一高排逆止门Ｄ－高排逆止旁路门 Ｅ一真空门Ｍ一高压旁路门 Ｎ一低压旁路门 图１ （１）高压缸倒暖 汽机盘车，锅炉点火，投人旁路系统，开启旁路门Ｍ，　Ｎ。当高排后蒸汽温度高于高压缸温度３０一５０℃时，开启Ｄ门对高压缸预暖（此时Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ门处于关闭状态）。 （２）中压缸冲转 当再热蒸汽满足启动条件后，开启中压调门Ｂ，中压缸冲转，高压缸空转自行加热，通过高、低后旁路门调整，维持再热蒸汽压力不变。 （３）高压缸闷缸，并网带负荷４中压缸启动的优点

４．１加热均匀，温升合理，减少寿命消耗 在启动过程中，高压缸提前在盘车状态，先由高旁后的蒸汽倒暖预热，升速过程中闷缸自行加热，达到足够温度后让高压缸内接通真空，使之不会过热，所以整缸加热均匀，温升合理，充分利用锅炉点火后的时间均匀提高汽缸温度。中压缸冲转蒸汽参数低，流量大，又是全周进汽，对汽缸加热均匀，热应力少。机组达到中速暖机１２００ｒ／ｍｉｎ后，高、中压转子就能通过脆性转变温度。传统的高压缸冲转，烩降集中在调节级，使高压转子热应力较大，所以寿命损耗相对较大。４．２高、中压缸热膨胀情况得到改善 采用中压缸启动后，高压缸冲转前已倒暖加热，并开始热胀。到中速暖机结束，高压缸已胀出８ｍｍ，中压缸已胀出２．　５ｍｍ。经过多次实践证明，由于中压缸启动加热均匀，温升合理，因此克服了高压缸膨胀不畅的问题。４．３消除低压缸鼓风，防止低压缸排汽温度 升高 采用中压缸启动，切缸前在相同负荷（或转速）下，中压缸进汽量比高压缸启动时大，可以带走更多的低压转子鼓风产生的热

万方数据２００ＭＷ汽轮机中压缸的启动量，排汽温度基本是排汽压力下的饱和温度，所以尽管长时间的低负荷（空负荷）运行，低压缸排汽温度也在允许范围以下，不需要低压缸喷水降温，因此启动更为安全。４．４有利于锅炉控制 在启动初期就可以保持较高的再热压力，使旁路系统中蒸汽流量较大，不仅可以维持锅炉运行稳定性，而且可以提高蒸汽温升速度。４．５缩短启动时间，减少启动锅炉燃油费用 因为有以上优点，所以可以缩短启动时间，冷态高压缸启动约需要１０小时，冷态中压缸启动约４．５至６小时，减少锅炉燃油量近２０ｔｏ４．６允许长时间低负荷运行，利于机组调峰 由于在切缸前的低负荷运行时，高压缸处于负压下闷缸、空转，不会鼓风和过热，中、低压缸进汽量相对较大，排汽温度不会升高，致使单机带厂用电方式或空转方式运行时间既不受限制，汽缸温度又能保持在一定水平，一旦电网需要加负荷，机组即可以迅速带到满负荷。５实施中压缸启动的设备条件５．１控制的要求 控制的要求主要是：高、中压主汽门和调门都应能单独启闭；在切缸开始高、中压调门又能按比例联合开大关小；切缸时，高调门必须在较短的时间内达到预定开度。在冲转和切缸过程中，高、中压旁路必须配合高、中压调门开度变化，以维持主蒸汽和再热蒸汽的基本恒定等。 对采用ＤＥＨ控制系统的机组，在切缸过程中要对切缸条件进行逻辑判断。这些判断主要是： （１）机组负荷在切缸负荷限制范围之内； （２）主蒸汽温度与高压缸内缸金属温度匹配； （３）通过高压缸的计算流量大于高压缸的最小流量； （４）当时高旁流量大于通过高压缸的计算流量。５．２旁路容量的要求 中压缸冲转和带切缸负荷的蒸汽，需要通过高旁提供，而低旁又要储备必要的蒸汽流量，以便在中压缸冲转时转供中、低压缸，且维持再热汽压力不变，所以中压缸启动必须有旁路来配合。旁路容量主要取决于切缸负荷和主蒸汽及再热蒸汽在切缸时的参数。适当提高高、低旁路容量可以为中压缸启动的全自动控制和在保证冲转、带初负荷、切缸及在主汽、再热蒸汽压力和切缸过程中的负荷恒定打下基础。５．３设置高压缸倒暖阀（图１＂Ｄ＂　）、真空阀 （图１＂Ｅ＂）５．４为高压缸设置专用疏水扩容器 当中、低压缸进汽冲转或带在切缸前的初负荷时，高压缸闷缸处于负压状态，高压缸及与之相通的管道阀门疏水集中接人一个专用疏水扩容器，与其他管道和中、低压缸疏水分开，这样可以避免其他疏水倒人高压缸。５．５对中压调门提出更高的要求 采用中压缸启动后，汽轮机冲转蒸汽由中压调门控制，所以中压调门必须具有冲转前的严密性和小流量的稳定性。５．６增加一些必要的监测保护手段

６中压缸启动参数的优化

合理选择中压缸启动的参数，是采用中压缸启动成败的关键。６．１温度参数 温度的选择主要考虑蒸汽对汽缸、转子等部件的热冲击，既要避免产生过大的热应力，又要保证汽轮机具有合理的加热速度。一般冷态冲转时推荐冲转的再热蒸汽温度在

万方数据上海汽枪机ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＴＵＲＢＩＮＥ２００２年３月第１期２５０一２８０℃之间，而当时的主蒸汽温度略高于再热器温度。在汽缸处于温态和热态时，汽温应高出汽缸金属温度５０一１００９０，而且应有５０℃以上的过热度。切缸时主蒸汽温度应高于高压内缸温度７０一１２０９０　０６．２压力参数 在中压缸冲转至带切缸负荷过程中，中、低压缸带一定的负荷，就对应有一定的流量，此时再热器压力的高低决定了中调门的开度，在切缸负荷的流量下，中调门具有８０％至８５％的开度比较合适。开度过大（再热蒸汽压力偏低造成）调节性能差，开度偏小（再热蒸汽压力偏高造成）使得在切缸时，与中压调门按比例匹配的高调门开度也偏小，不能保证切缸时的高压缸最少流量。 另一方面，再热汽压力愈低，要求低旁容量愈大，而压力过高，将造成切缸时高排逆止门不容易打开，高压缸容易闷缸、鼓风，造成叶片损伤。根据以上要求，中压缸启动的再热汽压力选为０．　５　ＭＰａ较为合适。 主蒸汽压力的选择主要取决于高旁容量和切缸负荷流量的要求。 在蒸汽温度确定之后，其选定的压力应保证有５０℃以上的过热度。综上所述，冲转时主蒸汽压力选为４　ＭＰａ较适宜。６．３切缸负荷的选择 切缸负荷受到二个条件限制。一是旁路容量大小的制约，即高旁应能通过切缸负荷下的流量；二是轴向推力，中压缸启动时，高压缸不进汽，汽轮机轴向推力中失去了高压转子的反向推力这一部分，所以中、低压缸的进汽量和负荷就因推力的限制而不宜过大。 经计算和实践，中、低压缸进汽量约为１１０ｔ／ｈ时，汽轮机可带负荷２０ＭＷ，此时的轴向推力和高旁容量都允许。７红雁池二电厂１号机中压缸 启动简介 该机在制造和安装过程中做了以下工作：

冷态启动曲线负荷 亏喇瑞沙芝振瞩２００

再热蒸汽 温度ｐ侧明

５００ ．不．卜．Ｌ．卜．卜（，丫‘芝只田卜高压内缸内壁温度‘一毛瑕黎 砌 ．‘．卜．卜‘即的姗１２０卜自扣洲－－－／主蒸汽压力主蒸汽温度比“１２功转速＿二一一代 汤￣一一２００／－－一一，，￣再热蒸汽压力的６０村１０２二孟二二一二二Ｊ竺立竺宝二竺０臼２叨时间ｍｉｎ图２

万方数据２００ＭＷ汽轮机中压缸的启动 （１）配有４０％容量的高压旁路系统和３０％容量的低压旁路系统； （２）在ＤＥＨ控制系统内设置了满足中压缸启动的逻辑程序； （３）配有倒暖阀、真空阀、高压缸疏水扩容器等必要的设备；增加了有关中压缸启动所必要的测点和二次仪表。 经设计和实践修正，采用图２（见前页）冷态启动曲线。该机组从２０００年５月试运行直至正式投运以来，均采用中压缸启动，汽机控制十分方便。这里应指出的是，由于受资金的限制，低旁容量选的偏小，仅为３０％，给启动中的控制带来了不便。应与高旁匹配，同样取４０％为好。当然，在旁路容量的选择上是有一定的灵活性的，即使高、低压旁路容量均为３０％，也能实现中压缸启动，只是增加了一些手动调整。压缸启动方式比传统的高压缸启动方式具有加热均匀、温升合理、启动速度快、锅炉燃油量少、寿命损耗、有利于机组调峰等优点。实践证明，在原来２００ＭＷ汽轮机设备的基础上，稍做一些完善和补充，就能实施中压缸启动。所以这种启动方式的改进是正确的，是非常有意义并值得推广的。