330MW汽轮机冷态启动的热应力控制

王树元

摘要：汽轮机的启动是一个从静态到动态的过程，国产330MW汽轮机冷启动时合理使用了高缸旁路系统，缩短了启动时间节约了大量能源。

关键词：330MW汽轮机;冷启动;热应力;控制

电力公司的300MW汽轮机运营多年后，机组的零件老化热力性能差，造成了大量能源浪费和环境污染。所以對机组进行了升级改造，更换了高压转子、低压转子、高压嘴等关键设备。通过改造以后功率提高到了330MW，而且能耗也降低了。为了进一步优化资源降低能耗对，330MW汽轮机在冷启动过程中的热力控制进行了研究。

1 汽轮机冷启动的热应力控制

汽轮机冷启动中的热效应会造成汽缸的损伤和金属疲劳，为了控制汽轮机冷启动中的热效应，需要改进汽轮机的启动方式、暖机方式、和运行参数，为了减少汽轮机冷启动的热应，采取了以下方法来控制热应力。

1.1 控制启动方式

汽轮机的启动方式有两种，是按照汽轮机启动主气阀前的蒸汽参数变化来区分的，一种叫做额定参数启动另一个叫滑参数启动。汽轮机冲转蒸汽参数是额定值的是额定参数启动，在启动过程中保持不变的额定参数。在冷启动中由于高温的蒸汽和金属气缸的温度差很大，所以产生了很大的热冲击，在启动中由于压力高所以机械反映力度很大。滑参数启动会根据汽轮机的金属温度来调整蒸汽参数，在启动中蒸汽参数要随着负荷的提升而变化，滑动参数启动可以控制热应力，因为蒸汽温度和金属温度的差值可以影响到热冲击造成的热应力。

1.2 阀门的管理方式

单阀门和顺序阀门是两种汽轮机的阀门进汽方式，单阀进汽是一种比较好的进汽方式，当机组进行冷启动时候，可以对高压缸均匀的加热，使转子平稳的运行，不会产生缸体变形，可以对叶片进行很好的控制，所以机组冷启动要选择单阀进汽的方式。

1.3 冲转参数设定

在参照了汽轮机零部件的热应力以后，再选择汽轮机的冲转蒸汽参数，因为汽轮机的启动速度是由热应力控制的，所以通过对热应力的有效控制，就可以控制冷启动的速度。

1.3.1 温度的选择

在冲转的时候蒸汽会使汽轮机的零部件冷却，产生交变热应力造成金属疲劳，所以冲转的时候蒸汽的温度要高于金属的温度，要比高压缸和低压缸高出50度以上温度，冲转蒸汽的过热度要大于50度，否则会引起金属表面结水。

1.3.2 压力的确定

在机组冷启动的时候冲转参数可以影响到冲转阀门的大小，如果频繁的变化冲变参数会引起交变应力增大，还会造成缸体变形膨胀不均匀震动增大的现象，所以影响到了转速。根据这些特点机组在实际运行中，选择了正确的参数合理的进行了冷启动。

1.3.3 温差的影响

为了防止蒸汽温差过大，造成汽缸不均匀受热产生热应力，所以必须控制蒸汽温差在合理的范围之内。

1.4 控制冲转应力

1.4.1 汽缸加热的正确使用

为了避免汽轮机冲转过程中，汽缸和外壁温差过大造成爆缸现象，所以在汽轮转速比较高的时候要投入夹层加热。为了避免进气不均匀增大热应力造成气缸变形故障，就必须打开进汽门用总阀门进行进汽调节。

1.4.2 汽轮机暖机转速的设定

避开转子的临界转速来进行暖机转速的确定，要防止暖机的时候增大震动增加应力效应，根据厂家的指导选择了理想的转速。

1.5 中速暖机时间

汽轮机冲转过程中进行中速暖机，厂家规定中速暖机时间较短，可是实际情况是按此规定，高压缸的温度只有130度，高转子温度没达到暖机要求。所以机组冷启动过程中，中速暖机时间延长了一倍，这时候高压缸的内部温度升上来了，中压缸的温度也达到了标准。所以中速暖机的时间进行了修正，保证了中速暖机过程中设备的安全运行。

1.6 高速暖机的时间

汽轮机冲转速度上来以后就可以进行高速暖机，从机组的运行曲线可以看到各参数控制都满足要求，而且很好的控制了热应力。高速暖机的条件是中压排汽孔的温度要高于130度暖机60秒，而且高压缸的温度正常。

1.7 汽轮机低负荷暖机的应力控制

低负荷暖机是为了控制汽轮机的热胀冷缩，让汽轮机可以均匀加热，控制汽缸中的热应力，让汽缸的温度快速上升，避免汽轮机不均匀受热产生热应力。当机组投入使用以后，中压汽缸的进汽量比较大，而且随着蒸汽温度的升高汽缸的温度也跟着升高，由于汽轮机没有开关加热设备，所以中压汽缸的开关温差增大。

2 汽轮机冷启动的热应力控制效果

机组冷启动过程中根据热应力控制的方法，记录了机组冷启动的热应力控制，当汽轮机金属升温时候会产生热应力，必须把热应力控制在材料的允许范围之内，减少冷启动的热应力。

3 缩短中速暖机时间

增加中压缸的进汽量减少高压缸的进汽量，加速中缸的温度上升加速中压缸的金属温度升高。

（1）使用高压旁路进行中缸暖机，在机组中速运转时候使用高压旁路，减少高压进汽增加中压进汽，一部分蒸汽和高压混合进入加热器提高中缸进汽温度。

（2）使用蒸汽加热装置控制温差，在30秒以后就可以进行蒸汽加热，要控制好温差避免出现金属疲劳。

（3）蒸汽参数要选择合适的，一次进汽压力要偏低一点二次进汽再升高压力，根据这些理念进行了整机实验取得了一定效果。当高压汽缸温度升高到一定温度时，中压汽缸也跟着升温，当汽缸温度上上来以后中速暖机就可以结束了。从冷启动到达到速度要求大约100分钟，比过去缩短了一般的时间。通过金属升温曲线来观查，中速升温采用高压旁路金属部件升温比较快，温差膨胀系数都控制在允许范围之内，由于增加了中缸进汽量，所以加速了中压转子的运动，增加了蒸汽对转子的放热系数提高了转子的加热效应。特别对于末端设备增加了蒸汽对转子的放热效果，通过对中速暖机时间的控制造成中压转子内的温度迅速升高，有利于转子越过临界温度避免发生损伤。

4结语

330MW汽轮机冷启动的过程会消耗很高的能耗，通过高压进汽的控制可以缩短冷启动的时间减少产生热应力，防止轮机组产生金属疲劳，由于缩短了启动时间说以很大程度上节约了能源减少了对环境的污染。

参考文献：

[1]林洁茹.1 000 MW 火力发电机组培训教材研究.北京电力出版社，2013.

[2]刘永佳.电力工程. 上海教育出版社， 2008.

（作者单位：国电怀安热电有限公司）