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朱雅
摘要：文章針對優化1000MW機組沖轉參數的可行性進行分析，其應用時通過精心操作，節約啟動時間約2小時，有效降低汽輪機金屬材料熱沖擊，尤其是降低沖轉前機側再熱汽溫，明顯減小中壓主汽聯合汽門的熱應力，實施后達到了預期效果。
關鍵詞：優化；沖轉參數；中壓主汽聯合汽門螺栓；熱應力；節能
某公司1000MW機組以往歷次冷態啟動從點火到并網需在7小時左右。通過論證大膽提出優化沖轉參數，冷態啟動時間控制在5小時左右，減少機組啟動時間約2小時，大大節約了啟動消耗的燃料、汽水損耗及廠用電等，節約了成本，同時降低汽輪機金屬材料熱應力，減緩熱沖擊，保證主設備安全，延長了機組使用壽命。
一、機組概況
該公司1000MW機組采用“上上上”三大主設備，即汽輪機是上海汽輪機有限公司引進德國西門子技術設計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級回熱抽汽、反動凝汽式汽輪機，型式：N1030-27/600/600（TC4F）。發電機為上海汽輪發電機有限公司引進德國西門子公司技術生產的THDF125/67型三相同步汽輪發電機。鍋爐是上海鍋爐廠有限公司采用AlstomPower公司BoilerGmbH（簡稱APBG公司）的技術制造，超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛塔式布置、一次中間再熱，鍋爐型號：SG-3049/28.25-M548，配置爐水循環泵。主體金屬材料基本均為國產。
本機組的旁路系統由高、低壓二級串聯旁路組成。高旁容量為4×25%BMCR，布置于鍋爐房內主蒸汽聯箱出口，經減溫減壓后接至再熱冷段蒸汽管道；高壓旁路的減溫水取自高加出口逆止門后的高壓給水。低旁容量為2×32.5%BMCR，從汽輪機中壓缸入口前熱再熱蒸汽兩根支管分別接出，經減溫減壓后接至凝汽器；低旁減溫水由凝結水系統引來，汽機側無啟動旁路。
二、優化參數及目的
按照汽輪機廠家要求，1000MW機組冷啟沖轉參數推薦值為主汽壓8.5MPa，主汽溫390℃，再熱汽溫390℃。由于1000MW機組中壓主汽聯合汽門壁厚且無暖閥設置，沖轉參數高導致內外壁溫差大，中壓主汽聯合汽門螺栓承受應力將超出正常范圍，再加上國產螺栓材質限制，使得中壓主汽聯合汽門螺栓斷裂事件時有發生，該公司在A級檢修檢查時發現中壓主汽門6根螺栓斷裂，并發現多根中壓調門螺栓硬度超標現象。為了防止上述現象的發生，有必要對冷啟參數進行優化。降低冷態沖轉參數的益處：
1、沖轉參數降低，對汽輪機金屬材料熱沖擊小，減少汽輪機金屬材料的疲勞耗損，增加汽輪機整體的使用壽命；
2、沖轉時低參數大流量暖機效果更好；
3、低參數沖轉，可有效降低中壓主汽聯合汽門螺栓應力過大造成螺栓斷裂及硬度超標等異常風險；
4、汽輪機沖轉后，及時投運高加，提升給水溫度，減少輔汽消耗，增強鍋爐燃燒穩定性以及有效縮短脫硝條件滿足時間，減少環保考核壓力；
5、低參數沖轉，省去汽輪機側主汽溫由320℃升至390℃等待時間，大大降低啟動成本。
三、降低1000MW機組冷態沖轉參數可行性
經過慎重研究，初步調整后的冷態沖轉參數為：主汽壓4MPa~4.5MPa，主汽溫320℃，再熱汽溫320℃左右。
1.降低冷態啟動沖轉參數選擇的依據
按廠家要求，1000MW機組冷態沖轉參數：主汽壓8.5MPa，主汽溫390℃，再熱汽溫390℃啟動的數據：360r/m時高調門后蒸汽壓力為0.9MPa左右，高調門開度為3%左右，中調門開度為2.5%左右。具體見圖1。
圖1冷態啟動沖轉汽壓及調門開度關系曲線
按廠家說明書，當高壓缸缸溫≤150℃時機組啟動為冷態啟動，通過上述曲線可知，沖轉時高調門后汽壓0.9MPa左右，而1000MW機組冷態啟動參數主汽壓8.5MPa，由此可判斷其壓力偏高具有向下調整空間；結合機組的啟動過程需要對部件進行加熱需求，進入汽缸的蒸汽溫度應高于轉子和汽缸的溫度50~150℃，沖轉主蒸汽溫度的可選為320℃（缸溫150℃加溫差120℃加高調門節流溫降50℃）。結合沖轉時調門開度以及根據主汽溫即260℃（320℃減去60℃的過熱度）飽和蒸汽對應的壓力4.6MPa，確定主汽壓4MPa~4.5MPa。對于再熱汽溫也應與中壓缸金屬溫度匹配，沖轉前再熱汽溫一般要求與主汽溫接近。
按上述原則，確定1000MW機組的沖轉參數為主汽壓4MPa~4.5MPa，主汽溫320℃，再熱汽溫320℃是可行的。
2.降低主汽溫
1000MW機組高壓旁路設置在鍋爐側，且汽輪機側主汽門前未設置啟動疏水旁路，使得機側主汽門前主汽溫上升緩慢，冷態啟動汽機側主汽溫達320℃時鍋爐側主汽溫一般已達到400℃~460℃。汽機側主汽溫由320℃升至390℃至少需要1小時（見圖2），且需啟運第3臺磨煤機。若汽機側主汽溫達320℃時汽輪機進行沖轉，隨進入汽輪機的主蒸汽流量增加機側主汽溫將會很快跟上，這樣就減少為了機側主汽溫達到390℃需要的漫長等待時間，節省大量燃油。
圖2優化啟動參數前鍋爐點火至并網時間曲線
3.降低再熱汽溫
1000MW機組冷態沖轉汽機側主汽溫控制在320℃，有利于再熱汽溫的控制調整。以往機側主汽溫升至390℃，鍋爐側主汽溫已達460℃以上，爐膛溫度整體上升，再加上低壓旁路在汽機側，機側再熱汽溫不可避免的上升較快且較多，歷次機組冷態啟動，機側再熱汽溫基本都在420℃以上，沖轉時對中壓主汽聯合汽門螺栓的熱沖擊損傷較為明顯。見圖3。
圖3優化啟動參數前汽輪機沖轉時機側再熱汽溫曲線
四、技術措施
1.請熱控人員將#1抽、#3抽抽汽電動門、逆止門置位允許開，其它邏輯不變。
2.鍋爐點火正常后，按升溫升壓曲線啟動2臺磨組（控制總煤量在90t/h左右），升壓至8.5MPa，提升機側主汽溫。待汽機測主汽溫達320℃左右時，通過高壓旁路壓力逐漸下調負偏置，將主汽壓降至4MPa~4.5MPa。當主汽壓降至4MPa~4.5MPa時，微調高壓旁路壓力偏置，保持當前壓力。
3.冷態啟動時需要對汽機過臨界時調門調節響應速度不及時問題進行了運行操作優化。360r/min暖機階段，在主汽溫過熱度大于60℃情況下，將高壓旁路壓力偏置逐漸升至0，主汽壓逐漸升至8.5MPa。升壓過程中，隨主蒸汽流量變化及時調整給水量、燃料量等，避免主蒸汽流量降幅太大，控制主蒸汽流量應不低于400t/h；主蒸汽流量低于400t/h，應暫停升壓，及時啟動第3臺磨，控制總煤量在130t/h左右。
4.在360r/min暖機階段，投運#1、#3高加。
五、實踐應用
1.優化沖轉參數后的啟動操作
1.12022年10月8日首次優化沖轉參數后的啟動
圖4優化啟動參數后首次應用鍋爐點火至并網時間曲線
沖轉參數主汽壓4MPa主再熱汽溫320℃/370℃，機側再熱汽溫345℃（高于預期的320℃）。啟動時間得到有效縮短，從點火到并網時間為5小時26分。見圖4、圖5。
圖5優化啟動參數后首次應用汽輪機沖轉時機側再熱汽溫曲線
1.2 2022年11月14日第2次優化沖轉參數后的啟動
圖6優化啟動參數后第2次應用鍋爐點火至并網時間曲線
沖轉參數主汽壓4.5MPa主再熱汽溫320℃/350℃，機側再熱汽溫332℃（預期的320℃較為接近）。啟動時間進一步縮短，從點火到并網時間為5小時10分。見圖6、圖7。
圖7優化啟動參數后第2次應用汽輪機沖轉時機側再熱汽溫曲線
2.啟動實踐過程分析總結
2.1 首次采用優化沖轉參數啟動試驗，存在的不足問題，主要是：①主蒸汽流量在升壓過程中調整上稍有不足，波動幅度較大；主蒸汽壓力在升降過程中，燃料量、高加出口處給水流量應及時跟隨主蒸汽流量變化調整配合不及時；②爐側再熱汽溫超過400℃調整不好。
2.2 第2次優化沖轉參數啟動，主蒸汽流量在升壓過程中調整總體較好，波動幅度小較為平穩；主蒸汽壓力在升降過程中，燃料量、給水流量跟隨主蒸汽流量變化調整配合總體良好，但仍有完善改進空間；爐側再熱汽溫控制較好。
2.3熱控邏輯完善
(1)#1抽、#3抽抽汽電動門、逆止門置位允許開邏輯限制。
(2)“主蒸汽流量大于350t/h”，修改為“主蒸汽流量大于50t/h”。
(3)20步ok條件中，“主汽溫甲大于360℃、主汽溫乙大于360℃”條件，修改為“主汽溫甲大于320℃、主汽溫乙大于320℃”。
3.后續運行操作完善內容
3.1鍋爐點火正常后50分鐘左右投運首臺B磨，按升壓速率0.1MPa/min（不大于0.12MPa/min）升溫速率3~4℃/min(不大于4.5℃/min)左右進行，逐漸增加煤量但控制煤量不超65t/h，根據升溫升壓情況，啟動第2臺磨組（與首臺磨間隔不超60分鐘，一般50分鐘左右），逐漸增加煤量至90t/h左右，盡快提升機側主汽溫。機側主汽溫達320℃左右時，通過高壓旁路壓力偏置逐漸下調，將主汽壓降至4MPa~4.5MPa，并微調高壓旁路壓力偏置保持當前壓力。各參數調整穩定，滿足沖轉條件，進行走步沖轉。特別注意：降主汽壓過程中，需及時調增高加出口處給水量（保持高加出口處給水量大于主蒸汽流量100t/h左右）。給水過冷度控制在-30℃左右。若給水過冷度偏高可適當降低爐水循環泵流量。調整爐側主汽溫不超過430℃、再熱汽溫不超過350℃。
3.2在360r/min暖機階段，開始通過高壓旁路壓力偏置，逐漸將主汽壓升至8.5MPa，同時對第3臺磨進行暖磨操作。升壓過程中：①控制機側主汽溫過熱度不低于60℃；②升壓速率0.1MPa/min左右，控制高加出口處給水量大于主蒸汽流量80t/h左右，避免主蒸汽流量下降太大，控制主蒸汽流量應不低于400t/h；主蒸汽流量低于400t/h，應暫停升壓，360r/min暖機40min左右啟動第3臺磨，逐漸增加煤量至130t/h左右，為并網后帶負荷做好能量準備。
3.3在360r/min暖機階段，投運#1、#3高加，提升給水溫度，從而提高鍋爐排煙溫度，為及時投運脫硫脫硝做準備。
六、結束語
1000MW機組優化沖轉參數啟動，未投入任何資金，僅優化運行操作方式，便有效縮短啟動時間，對中壓主汽聯合汽門的熱沖擊有了明顯的改善，帶來可觀的收益，為同類型機組的節能減排工作拓寬了思路。
參考文獻：
［1］1000MW機組集控運行規程，江蘇新海發電有限公司Q/XHD 1001-2020 2020-9-20發布
［2］20萬千瓦汽輪機的運行，朝陽發電廠西安熱工研究所水利電力出版社出版、發行，1990年9月第一版 ISBN 7-120-01188-3/TK.179