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关于优化汽轮机起停操作的探讨


关于优化汽轮机起停操作的探讨

摘 要:如何做到合理地起、停汽轮机是保障发电厂发电机组安全、经济运 行的一个重要课题。根据实践经验和理论分析,从合理缩短起动时间、减少起、 停机时的安全隐患和考虑运行经济性的角度,对优化汽轮机起动、停运操作,特 别是对起动时暖管和冲转阶段的参数控制,水泵、加热器和法兰螺栓加热装置的 投用,停运时的胀差控制等问题进行了较为广泛的讨

论。 关键词: 关键词:汽轮机;起动;停运
Abstract: Abstract:How to rationally start up and shut down steam turbines is an important topic for study to ensure the safety and economic efficiency of generating units?According to experience and theoretical analysis,and with a view to reasonably shortening the starting duration,reducing potential safety hazards during start?up and shutdown and considering operation economics,this paper makes a broad discussion on optimizing start?up and shutdown of steam turbines,especially on the parameter control during warming?up and rotor driving periods,the actuation of pumps,heaters and flange bolt heating units,as well as the control of differential expansion during shutdown,etc Keywords: Keywords:steam turbine; start?up; shutdown

汽轮机的起动过程实际上是一个暖机的过程。 暖机的目的是使汽轮机各部位 金属得到充分的预热,减小汽缸法兰内外壁、法兰与螺栓之间的温度差,减小转 子表面与中心的温度差, 从而减小金属内部应力, 使汽缸、 法兰和转子均匀膨胀, 且胀差值在安全范围内变化,保证汽轮机内部存在动静间隙,避免磨擦,同时使 带负荷的速度相应提高,缩短升至额定负荷时所需要的时间,达到节约能源的目 的。汽轮机停运则是一个相反的过程。 汽轮机起动时, 经常会遇到暖管速度控制不佳而导致金属温度上升过快或过 慢的问题,并间或出现温度突变、真空抽吸不及时、冲转后振动大和上下缸温度 差过大等现象,这些都在一定程度上影响着发电机组的安全运行,严重时会导致 机组不能顺利并网。汽轮机停运时,经常出现机组停定后负胀差不断增大直至超 过报警值的现象,有时甚至接近跳机保护值,这严重影响着机组的安全运行。本 文以广州发电厂 2 号发电机组(汽轮机为 C50-8.8/1.27~2 型单缸冲击抽汽凝汽式 汽轮机)为例,对优化起动、停运操作的问题进行分析和讨论。

1 汽轮机起动
1.1 暖管阶段 1 暖管是为了对金属管壁进行均匀加热, 防止金属温度上升过快而造成管道内 外壁,特别是阀门三通等部件产生相当大的热应力,使管道及其附件产生裂纹或 出现变形。因此,低压暖管时,必须根据金属管壁温度上升的速度逐渐提高蒸汽 压力; 此外, 管壁温度上升的速度还与通入管道的蒸汽流量有关, 蒸汽流量过大, 会使管道部件的加热过于剧烈, 故低压暖管时还应十分注意调节总汽水门或疏水

门的开度,以控制蒸汽流量,使之不致过大。在整个暖管过程中,应严格按照规 程规定控制升温、升压速度,要求:低压暖管时,升温速度 ℃/min,升压速度 0.1MPa/min;升压暖管时,升温速度 ℃/min,升压速度 0.5MPa/min。 1.2 冲转阶段的真空度 2 机组冲转时要求:主蒸汽温度在 450 ℃左右,真空度在 6 kPa 以上。冷态 额定参数起动时,在主蒸汽温度达到 00 ℃时应开始抽真空,此时轴封来汽管道 可进行同步暖管,这样可在主蒸汽参数达到冲转条件时真空度也达到要求值。必 须注意的是:轴封送汽过早,轴封段的转子因受热时间过长而膨胀,使胀差增加 或使上下缸温度差增大;轴封送汽过迟,将使凝汽器的真空度达不到冲转条件, 延长了起动时间。所以冷态额定参数起动时,应选择合适的时间向轴封供汽,通 常在真空度为 10~20 kPa 时向轴封供汽,必要时起动 2 台射水泵以提高真空的 抽吸速度。 冲转过程中,汽轮机的真空度应由胀差值和机组温度上升速度来决定,一般 来说,以 6~80 kPa 为宜,并网后低负荷暖机时可适当提高真空度。冲转过程中 真空度不能过低也不能过高,真空度过低,则需较多的新蒸汽才能冲动转子,而 过多的乏气突然排至凝汽器,凝汽器汽侧压力瞬间升高较多,可能使凝汽器汽侧 形成正压,造成后汽缸上膜式安全门损坏,同时也会给汽缸和转子造成较大的热 冲击;真空度过高,不仅要延长建立真空的时间,也因为通过汽轮机的蒸汽量过 少,放热系数小,使得汽轮机加热缓慢,转速也不易稳定,从而延长起动时间。 1.3? 1.3?泵的起动 为了节约厂用电,应尽量推迟开泵时间。凝结水泵作为重要的辅助设备,其 耗电量是极大的。在轴封没有送汽前起动凝结水泵可以说是浪费电,但向轴封送 汽抽真空时, 为了保护轴封加热器, 此时应及时起泵运行。 对于发电机冷却水泵, 只要在冲转前起动,让发电机定子、转子均匀进水即可,过早起动也是没有意义 的,因为并网前发电机线圈是没有热量产生的,不需要对其冷却降温。但是若在 冲转后再入水至发电机线圈,这时存在两点不利因素:一是机尾转子进水盒轴封 填料容易因干磨而损坏(广州发电厂 2 号发电机组盘车时不要求投入冷却水系 统);二是进水不均匀会导致旋转中的转子产生较大的离心力,从而引起机组振 动变大,影响设备安全运行。因此发电机冷却水系统最迟应在冲转前一刻投入运 行。 1.4 加热器的起动 4 高、低压加热器随机起动能使加热器受热均匀,有利于防止铜管胀口漏水, 防止加热器因热应力过大而变形。对于汽轮机来讲,连接加热器的抽汽管道是从 下汽缸接出的,加热器随机起动,也就等于增加了汽缸疏水点,使上下缸的温度 差减小。 但是在汽轮机起动过程中有时会遇到下缸温度高于上缸温度的情况。 以广州 发电厂 2 号发电机组为例,这种情况经常出现在过临界之后到低负荷暖机的阶 段,极大地延长了暖机的时间,甚至有可能出现温度差超出允许值(50 ℃)的情 况。若温度差超出允许值,则通常是停机,等温度降下来后再重新冲转,并延长 暖机时间。显然在这种情况下高、低压加热器是不能够随机起动的。所以,高、 低压加热器的起动应视具体情况而定,而不能一律采用随机起动的方式。 1.5 法兰螺栓加热装置的投用 5 正确使用法兰螺栓加热装置有利于控制汽缸膨胀,达到降低胀差、提高升速 加负荷的速度的目的。

机组冲转后,最先接触到蒸汽的金属温度上升得较快,而整个金属温度的升 高则主要靠传热,因此汽缸法兰内外受热不均匀,容易在上下汽缸间、汽缸法兰 内外壁、法兰与螺栓间产生较大的热应力。同时汽缸、法兰的变形易导致动静磨 擦和机组振动,严重时造成设备损坏。故汽轮机冲转后应根据汽缸、法兰温度的 具体情况投用法兰螺栓加热装置。 1.6 胀差的控制 6 由于胀差的允许变化范围较小,为-1.5~4 mm,在汽轮机起动过程中容易 出现胀差增大到接近规定值的情况, 这时经常采取延长暖机时间或降低蒸汽参数 的方法来控制胀差,显然,延长暖机时间不利于机组的经济起动。 实践证明,汽轮机起动时,采用调整凝汽器真空度的方法来控制胀差是简便 易行的。具体方法有开启真空破坏门和调整循环水量两种方法。开启真空破坏门 能有效地降低真空度,真空度的降低将直接影响汽轮机进汽量和排汽温度的变 化,而排汽温度的升高使得后汽缸的膨胀加大,这种变化将有效地控制机组胀差 的正向增长。也就是说在允许的范围内,尽量以较低真空度来冲转,这样有利于 控制胀差,也有利于暖机。?

2 汽轮机停运
主要针对胀差的控制问题来讨论汽轮机停运操作的优化。 汽轮机停运时应严格按照规程规定来减负荷,将减负荷速度控制在每 5 min 减负荷 5 MW 左右,因为减负荷过快容易使负胀差变大和机组金属温度下降得过 快。 同时, 在机组惰走过程中应力求转速和真空度至零。 在机组转速惰走至零后, 仍应保证凝汽器有足够的通水量,防止后汽缸温度异常升高。因为机组刚停时, 各抽汽管道和汽缸内部仍有部分剩余蒸汽未来得及凝结。 停机后很多时候都习惯 将凝汽器出水门关至 5%,再停 1 台循环水泵以节约用电,但这种做法并不完全 合理。 广州发电厂的 1 台 25 MW 发电机组曾发生过停机后因排汽缸温度控制不当, 使后汽缸膜式安全门动作的事故。事实证明,在停机后、凝汽器出水门开度为 10%时,能保证有足够的水量来冷却排到后汽缸中的剩余蒸汽,防止因后汽缸温 度升高而使胀差值增大的情况出现。

3 结束语
汽轮机的合理起动和停运,是可以在实践中摸索、改进的,以上谈的这些优 化操作主要是着眼于合理缩短起动时间,减少机组起动、停运时的安全隐患等方 面,同时兼顾运行经济性。实践证明这些方法是行之有效的。


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