1本次機(jī)組啟動背景

臺山電廠2號機(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)計允許的高壓脹差為-5.5～16.5 mm。啟動前機(jī)組經(jīng)歷了近一個月的小修,各測量裝置與熱控儀表均已按啟動要求準(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。

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,高壓正脹差由啟動初期真空建立的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)動作使主機(jī)脫扣。由于汽輪機(jī)靜葉與動葉間的間隙比動葉與下一級靜葉間的間隙小得多,因此負(fù)脹差比正脹差更危險。如脹差趨向負(fù)值,會引起動靜之間的摩擦,造成惡性事故:當(dāng)然正脹差增大到一定程度時也勢必造成動靜碰磨,嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)動靜部件安全,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 。(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)或軸承臺板的滑動性能差,易 卡澀。(10）雙層缸的夾層中流入冷汽(或冷水）。(11）各級 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所示的本次啟動背景、啟動過程中影響脹差的因素和脹差的實際反映,認(rèn)為以下幾個方面是影響本次啟動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,缸脹2.545mm,高壓脹差10.643 mm,此時汽缸略有收縮。

18:33,低壓軸封汽暖至232.92℃時,缸脹2.552mm,高壓脹差11.526mm,此時汽缸開始膨脹,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至此時低壓軸封汽在225～230℃較穩(wěn)定,缸脹3.787mm,高壓脹差11.694mm, 此時汽缸仍在膨脹,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之后,膨脹突然增大:00:09時缸脹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時主汽流量約為25 t/h ,2 370 r/min時主汽流量約為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)后的一段時間,主要原因仍然是蒸汽通流量的巨大變化。

4.4主機(jī)潤滑油溫的影響

啟動中汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前,主機(jī)潤滑油溫相對較低,且主機(jī)潤滑油溫波動不是很大,與低壓軸封汽一樣直接加熱轉(zhuǎn)子,相對于低壓軸封汽源來說,主機(jī)潤滑油并沒有對轉(zhuǎn)子起到加熱作用,相反,主機(jī)潤滑油起到帶走轉(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)在對蒸汽流量的改變,從表2可以看出,相對于沖轉(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高壓脹差造成實質(zhì)影響。

5汽輪機(jī)脹差大分析總結(jié)及對策

5. 1 啟動分析總結(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個明顯的拐點(diǎn)。

第一個拐點(diǎn)是軸封供汽投用時。軸封供汽從穩(wěn)定投用到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)共歷時6h,這期間轉(zhuǎn)子已被加熱到一個穩(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。

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

時。由于汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽通流量明顯增加,相對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。

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

整個過程中,無論是低參數(shù)的軸封供汽還是高參數(shù)的主再熱汽,對汽輪機(jī)來說都是一個巨大的熱源,對汽輪機(jī)的金屬都是一個巨大的熱沖擊,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)后低壓軸封汽溫對脹差的影響比較有限。

5.2脹差大對策

汽輪機(jī)冷態(tài)啟動是汽輪機(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。 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,那么勢必可以減少蒸汽對汽輪機(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）延長投軸封至沖轉(zhuǎn)的時間。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)到一個熱平衡狀態(tài),但汽缸卻不行。也就是說,可以利用這段時間使得汽缸充分預(yù)熱,讓汽缸提前膨脹,高壓脹差勢必會減小。

（4）高壓加熱器不要隨機(jī)啟動,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)啟動是一個相當(dāng)長的加熱過程,只要方法得當(dāng)及時,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)計的安全范圍之內(nèi)的。

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