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浅谈汽轮机高压缸启动与中压缸启动两种方式

作者：曹三文 董继哲

来源：《科技资讯》2011年第32期

摘 要:目前国产的300MW机组和600MW火电机组的汽轮机启动方式大多采用高压缸联合启动。近几年来引进国外阿尔斯通、GE、日立公司机组都设置了中压缸启动功能,虽然也可以使用高中压缸启动方式,但是制造厂还是推荐使用中压缸启动。本文阐述了两种启动方式的区别和各自的优缺点及操作注意事项。 关键词:高中压缸 中压缸 启动 控制 旁路

中图分类号:TK265 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)11(b)-0083-01

国内小型汽轮机的启动冲转几乎都采用高压缸启动或高中压缸联合启动的方式;国产大型汽轮机的启动大多采用通常的高压缸启动,也有部分制造厂的引进机组如东汽厂的超临界600MW汽轮机采用日立技术,就是采用中压缸启动方式。各个制造厂推荐的启动方式都不同,各有优缺点,到底二者有什么区别,如何采用两启动方式,笔者通过自己的实践进行分析。

1 高压缸启动方式与中压缸启动方式的概念 1.1 高压缸启动

机组冲转前利用高、低旁暖管、升温、升压;冲转前先关闭高旁,待再热器压力到零或为微负压时再关闭低旁。因为采用高压缸启动,挂闸后中压主汽门和中压调门全部开启,中压调门也不参与转速调节。如再热汽有压力,再热器系统容积庞大,在中压主汽门和调门开启的瞬间,会有大量带压力再热蒸汽(东汽超临界600MW机组冷态启动要求冲转参数:主汽压力8.7MPa再热汽压力1.1MPa)进入中压缸,造成汽轮机瞬间超速。因此在冲转前要关先闭高旁,等再热汽压力保持为零或微负压后再关闭低旁。就是说在高旁关闭后到高排逆止门开启前再热器处于干烧状态,但是这个过程很短暂,只要控制好燃烧,不会对设备造成损坏。 1.2 中压缸启动

冲转前预暖高压缸,但启动时高压缸不进汽,由中压缸进汽冲转,直到机组带一定负荷或转速后,再切换到常规的高中压缸联合进汽方式,这种启动方式称为中压缸启动。冲转前预暖高压缸的目的是为了防止中压缸进汽切换为高中压联合进汽后高压缸温度与主汽温度能够良好的匹配,

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以减少热冲击。冲转时汽轮机的转速由中压调门控制,冲转期间参数始终由高低旁开度自动或手动控制。

2 高压缸启动和中压缸启动的主要区别 2.1 冲转时进汽及转速控制方式不同

高压缸启动时中压调门是全开的,不参与汽轮机转速调节,挂闸前需对再热器泄压,高旁开不开看旁路布置形式。中压缸启动是高压缸暖缸,中压缸控制汽轮机转速,大约3000rpm或一定负荷时进行切缸操作。高中压缸联合启动是高压主汽门、中压调门共同参与汽轮机转速调节、及机组负荷控制,在汽轮机冲转时双回路控制,从这个方面讲高旁必定打开,在并网后才逐渐关闭旁路。

2.2 对旁路的要求不同 (1)对旁路容量的要求不同。

高压缸启动的旁路只是用来在冲转前期暖管、尽快提高冲转参数。因此在不考虑机组甩负荷的要求,为节省投资,往往选用25%BMCR容量的旁路;而中压缸启动如果旁路容量小,则切换点负荷降低,限制了中压缸启动的优越性。旁路容量越大,可能的最大切换负荷就越大,中压缸启动效果就越大。另外,最大的切换负荷不会超过低压旁路全关,再热蒸汽流量全部进入中压缸后汽机所发功率。而切换负荷允许值又必须满足推力轴承能承受的轴向推力的大小。计算表明,切换负荷小于15%的额定负荷,轴向推力满足推力轴承的设计要求。因此为适应中压缸启动,应选择旁路能力为35%MCR或40%MCR的高低压旁路,旁路应具有压力反馈自动控制功能。 (2)对于高压缸启动机组配置的旁路来说只要求在冲转前能够在要求速率范围内通过旁路快速提高冲转参数,因此对旁路要求较低,手动控制即可,有的高压缸启动机组只设置一级大旁路,简化了系统,降低了造价。国外部分国家甚至取消了旁路。而中压缸启动的机组在冲转时要求旁路与DEH接口完善,具备压力自动反馈功能。在整个冲转过程中,旁路始终参与参数的自动控制。就是说中压缸启动的机组不仅要求旁路容量大,而且要求设备可靠、自动化程度高。 2.3 初期投资不同

高压缸启动机组因要求配套旁路系统简单、所用阀门管道数量减少,自动化程度性要求低。因此投资较低,且系统的故障率较低、维护费用较小;反之中压缸启动的机组因旁路系统的复杂化而使初期投资较高,且需要配置系统故障率和维护费用较高。 2.4 启动不同

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高压缸启动时,冲转前要将旁路系统退出,待再热器压力到零或微真空后再挂闸,操作较为简单。中压缸启动冲转过程中高低压旁路始终参与调节,且到3000rpm左右或一定负荷时再进行切缸,操作较为复杂,切缸时对参数扰动较大,有一定的危险性。 2.5 高压缸启动和中压缸启动的优缺点比较

(1)中压缸启动在缩短启动时间,控制差胀方面比高压缸启动有一定优越性。

高压缸启动期间,因启动初期为了防止热冲击过大,要控制冲转参数不能过高(温度、压力)、进汽流量不能过大,否则不利于差胀的控制、机组启动时寿命损耗明显。尤其热态启动时,冲转参数和缸温的匹配较难,进入中压缸后的再热汽温更低,往往延长了暖机时间。而中压缸启动因高压缸提前预暖,中压缸冲转时相当于经历过两次加热后再进入中压缸,正好能避免这个缺点,有利于减小热冲击、缩短启动时间,延长机组寿命。 (2)中压缸启动方式更适合于调峰机组。

目前我国电力形式的现状是供大于求,且这种趋势在短时间内难以改变。300MW的火电机组开始参与调峰。承担调峰运行的机组,需要应付频繁的热态启动。高压缸启动对升温升压速率的控制要求更严,且再热汽系统升温、暖管较为困难。这时,中压缸启动因其易于实现再热蒸汽温度与缸温的匹配,因此可避免热冲击,并能实施灵活启动,因而显出特别的优势。而采用热态高压缸启动,由于再热蒸汽温度受锅炉特性限制,一般较主蒸汽的温度低,其温度往往不能与汽缸中压部分较高的金属温度匹配,为了减小热冲击,就需要等待中压部份缸温降低到与再热蒸汽温度相适应时再启动,这就降低了热态启动的灵活性,不符合调峰运行的要求;若不等缸温下降就启动,又将付出寿命损耗的代价。因此,比较起来,中压缸启动更适合用于调峰运行。 (3)高压缸启动简化了操作,在操作安全性方面高于中压缸启动。

高压缸启动时,冲转前就退出旁路系统,挂闸后高中压缸同时进汽,中压主、调汽门全开,开始由高压主汽门控制转速;待2900转左右阀切换后高压主汽门全开,由高压调门来控制转速。整个操作过程较为简单,操作可靠性较高;而中压缸启动时要用高低旁的开度来配合锅炉调整控制冲转参数,到3000rpm左右或一定负荷时再进行切缸,切缸期间对参数扰动较大,具有一定风险性。且冲转后切缸期间,高压缸可能因为进汽量不足导致鼓风摩擦损失较大而使叶片过热,也具有一定危险性。