中压缸启动与汽机旁路系统研究

卫洋,王帝,贾帅,贾泽良,李志鹏

华能左权煤电有限责任公司032600

摘要：汽轮机的启动方式按进汽方式不同可以分为高压缸(即高压缸联合启动)和中压缸启动两种方式。本文对中、高压缸启动的优缺点进行了简要分析，指出了中压缸启动的主要问题，最后绘制了启动曲线，望能经此研究，为此领域实践有所借鉴。

关键词：中压缸；汽机旁路系；启动

汽轮机的启动方式依据进气方式的差异，可划分为两种，其一为高压缸启动，其二是中压缸启动。国内大多数300~600MW汽机，都运用的是高压缸启动，而也有许多企业运用的是中压缸启动，因此，究竟选择何种启动方式，需要根据实际情况来决定，最终目的都是实现系统效率的最大程度提升。

1两种启动方式对比

1．1高压缸启动的优缺点

高压缸启动的优点是：①高中压缸加热比较均匀，启动时蒸汽同时进入高压缸冲动转子，因此高中压缸进汽较均匀、分缸处加热也比较均匀。②可以不设置汽机旁路，可以用锅炉5％容量的锅炉疏水小旁路满足机组各种工况的启动要求，但启动时间较长，在传统上采用高压缸启动的美国。火电机组基本上均无汽机旁路而采用停机即停炉的简单运行方式。③较适用于带基本负荷运行的机组，即机组不需频繁启停、调峰或带厂用电运行，因此其操作和运行要求相对较为简单。④汽机系统较为简单，高压缸排汽管道上可不装设通风阀(w阀)及由w阀至冷凝器的管道，也不需在高压缸排汽管道上的逆止阀装设旁通阀。高压缸启动的缺点是：①启动慢，因高压缸排汽温度较低导致中压缸升温慢，中压缸的温升滞后于高压缸，有可能出现中压缸转子温度尚未超过脆性转变温度FATr(FragileTransitionTemperature)时，机组已定速，限制了启动速度，一般说来，高压缸冷态启动所需时间约比中压缸启动多出1～2h。②由于受到汽机高压缸胀差的限制，汽机带厂用电的运行时间不能超过30~60rain。③为解决各种工况，特别是FCB工况时高压排汽过热，控制高压缸排汽温度牛450℃，有些公司在高压缸排汽管道上也装上通风阀(w阀)，如三菱重工。

1．2中压缸启动的优缺点

中压缸启动的优点是：①高压缸热应力小：在中压缸冲转阶段，高压缸排汽温升只有10多度，因此高压缸热应力较小，其原因是冲转阶段高压缸不进汽或只进很少量的汽，为防止高压缸因鼓风磨擦发热，高压缸必须抽真空或通风冷却，VV阀起了这个作用。在高压缸冲转时，以热态启动为例，汽机从冲转到并网，高压缸排汽温度从320℃升高到420~450℃，仍在允许范围内，但温度变化辐度太大。②启动快：这是因为中压缸缸壁薄，升温快，且和上述的高压缸热应力较小也有关系。中压缸冷态启动时，汽机从冲转到满负荷所需的时间可比高压缸冲转缩短约2h。③甩负荷或二班制运行时可维持汽机带厂用电、锅炉带最低稳燃负荷运行工况，而且不受时间的限制，这是因汽机可与热力系统隔离并处于真空状态，机组可较长时间依靠中、低压缸维持带厂用电的运行方式而不受汽机高压缸许可胀差的限制。④特别适合二班制运行和调峰机组。中压缸启动的缺点是：①必须装设汽机旁路和高压缸排汽通风阀(w阀)：前者是为了提供中压缸冲转所需汽源，后者是用于汽机冷态冲转前，在凝汽器真空建立正常后即进行高压缸倒暖，以确保汽机加热均匀、缩短启动时间。②对我国现有引进型汽机(西屋公司技术)采用中压缸启动有困难，不单是DEH设计逻辑上有困难，而且还和中压调节汽门的调节特性很弱，无法满足中压缸启动的要求有关。

2中压缸启动的几个关键问题

(1)汽机旁路：装设汽机旁路是实现中压缸冲转的必备条件，而且旁路的容量也必须合适。若旁路容量过小，汽机冲转后为保证汽机升速的蒸汽流量，旁路会自动关小直到全关，有可能使旁路退出而导致中压缸启动失败。若旁路流量过大，在并网及高中压缸进汽阀切换后负荷突升，造成蒸汽参数扰动、汽包水位波动过大。一般采用中压缸冲转的汽机旁路系统的容量至少应为40％BMCR，国内北仑港I；I2机组的汽机旁路容量为50％BMCR，托克托一期日立汽机旁路的容量也接近40％。

(2)冲转前高压缸倒暖：中压缸启动时，由于高压缸不进汽或只进少量汽，高压缸得不到充分加热，再加上高压缸体积比中压缸大且缸壁厚，使高压缸的加热滞后于中压缸，若启动前不充分暖缸到150℃以上，则汽机冲转后将因高压缸加热滞后而影响启动。因此冷态启动汽机冲转前，除开启中压调节门(或其旁路阀)，使高压缸内都与再热器中的蒸汽相通外，还应使蒸汽白高压缸排汽口倒流人高压缸，从抽汽口或轴射处抽出，从而对高压缸进行闷缸暖机。热态启动时因汽缸已有一定温度，冲转前不需进行高压缸倒暖。

(3)防止高压缸末级叶片过热：高压缸暖缸结束直至高压缸进汽阀切换前，高压缸排汽逆止阀一直处于关闭状态。此时应打开高压缸的疏水阀和排汽通风阀(w)，此阀通往冷凝器，这阶段高压缸暂时被隔离处于真空状态，以防止一旦暖缸时间过长高压缸只有少量蒸汽或没有蒸汽流动而导致其末级叶片因鼓风现象而造成过热。

(4)中高压缸进汽方式的切换：中压缸冲转及同步后，当中压缸带到一定负荷(5％或15％)后，高压调节门开启，同时逐步关闭高压缸疏水阀，打开高压缸排汽逆止阀，关小高压旁路阎达到一定负荷后，中压调节门全开、关小高压缸排汽通风闷(w)，关小高压及低压旁路阀，继续增加负荷到一定值(～25％)，w阀关死、高低压旁路饲全部关死，所有高压缸调节阎全开，汽机以后的运行方式就和高压缸启动模式一样。

3绘制启动曲线

针对机组的启动曲线来讲，可将其划分为两块，自点火值冲转前，由于汽机还没有进汽，此段的启动速度快慢，会对锅炉的许可升压速率起到决定作用，但与汽机之间没有直接关联，所以，此段的启动曲线需要由锅炉厂来负责。自开始冲转，值汽机带满负荷所需要的总体时间，即汽机冲转阶段，当完成同步之后，于5%最低负荷的停留时间，以及从5%至100%负荷所需时间相加之和。上面所提到的各阶段所需要的时间，就是加热企业，用于各个阶段中蒸汽温度与转子金属间所存在温差的消除。此段的锅炉启动趋向，需要依据汽机的启动曲线、因汽机无论在许可升温上，还是在升压速率上，均相比锅炉在冲转之后的许可升压、升温速率偏低。所以，仅需满足汽机的启动曲线，便能够较好的满足锅炉启动的安全性。在对锅炉启动曲线进行编制时，需要收集如下资料：（1）机组停机曲线，若无，可以借助锅炉点火之前的温度、蒸汽压力来明确，或者是结合既往经验来断定；（2）各种工况下的汽机启动曲线；（3）锅炉标书的基本要求，包含锅炉的蒸汽参数、循环方式以及汽机旁路的容量等。

4结语

综上，伴随社会经济持续发展，科学技术的日渐提升，中压缸启动与汽机旁路系统在此背景下，越发完善，功能也日趋强大；本文就中压缸启动与高压缸启动的优缺点作一探讨，指出了中压缸启动所存在的突出问题，最后探讨了启动曲线的绘制思路，经研究发现，通过合理设定各环节，使其良性运转，能够实现系统的高效运转。

参考文献：

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