汽轮机滑参数启停的经济性分析

汽轮机滑参数启停的经济性分析

梁来旺

（华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司内蒙古包头014030）

摘要：汽轮机的启动方式大致可分为：按新蒸汽参数（额定参数启动，滑参数启动），寻求一种合理的启停方式，使得启停过程中机组各部分的热应力、热变形、转子和气缸的胀差以及振动值等均维持在允许范围。所谓的合理启动，就是寻求合理的加热方式，使启动过程中机组各部分的热应力、热变形、转子和汽缸的胀差以及振动值等均能维持在允许范围内，尽快把机组的金属温度均匀地提高到工作温度，进入正常运行状态，合理停机，是使机组能尽快冷却到所需温度，进行检修等操作，以提高汽轮机启停的经济性，汽轮机滑参数启停便是能很好的适应此种需求。

关键词：汽轮机；滑参数启动；经济性

汽轮机的启动过程是将转子由静止或盘车状态加速至定转速并接带负荷直至正常运行的过程。汽轮机冷态启动时转子和汽缸温度等于室温（约25℃），而在正常运行中，转子、汽缸的温度很高，如国产600MW汽轮机在满负荷时调节级处金属温度为485℃左右。这就是说在整个启动过程中，调节级处的金属温度要升高约485℃。相反，停机时，汽轮机金属温度从—很高的水平降至一个很低的水平，选择合适的启停方式对于机组的启停时间有很大影响，同时在整个启停过程中会对经济性有很大影响，滑参数启停不仅能缩短汽机时间，减少工质的排放浪费，提高经济性。

一、滑参数启动与停机

1.在启动过程中，汽轮机主汽门前的蒸汽参数（压力和温度）随机组转速或负荷的变化而滑升。对喷嘴调节的汽轮机，定速后调节阀保持全开位置。由于这种方式经济性好，零部件加热均匀等优点，在近代大机组启动中，得到广泛启用。

2.滑参数停机在调节阀门接近全开情况下，采用降低新汽压力和温度的方式降负荷，锅炉和汽轮机的金属温度也随之相应下降。此种停机的目的是力厂将机组尽快冷却下来。一般用于计划大修停机，以求停机后缸温下降，提早开工。如果作为调峰机组，或消除设备缺陷，停机时间不长，为了缩短下一次启动时间，停机过程就应与上述情况有所区别。为了使下次启动快些，不要使机组过分冷却，应尽量使蒸汽温度不变，利用降低锅炉汽包内蒸汽压力的方法降低负荷。在减负荷时通流部分的蒸汽温度和金属温度都能保持较高的数值。

二、滑参数启停的经济性

额定参数启动时，锅炉点火升压至蒸汽参数到额定值，一般需要2—5h，达到额定参数后方可进汽暖管，而后汽轮机冲转，并要分阶段暖机，以减小热冲击。而采用滑参数启动时，锅炉点火后，就可以用低参数蒸汽预热汽轮机和锅炉间的管道，锅炉压力、温度升至一定值后，汽轮机就可冲转、升速和接带负荷。随着锅炉参数的提高，机组负荷不断增加，直至带到额定负荷。这样大大缩短了机组启动时间，提高了机组的机动性。

滑参数启动用较低参数的蒸汽加热管道和汽轮机金属，加热温差小，金属内温度梯度也小，使热应力减小；另外由于低参数蒸汽在启动时，容积流量大，流速高，放热系数也就大，即滑参数启动可在较小的热冲击下得到较大的金属加热速度，从而改善了机组加热的条件，滑参数启动时，存积流量大，可较方便地控制和调节汽轮机的转速与负荷，且不致造成金属温差超限。

随着蒸汽参数的提高和机组容量的增大，额定参数启动时，工质和热量的损失相当可观。而滑参数启动时，锅炉基本不对空排汽，几乎所有的蒸汽及其热能都用于暖管和启动暖机，大大减少了工质的损失，提高了电厂运行的经济性。

滑参数启动升速和接带负荷时，可做到调节汽门全开全周进汽，使汽轮机加热均匀，缓和了高温区金属部件的温差和热应力。

滑参数启动时，通过汽轮机的蒸汽流量大，可有效地冷却低压段，使排汽温度不致升高，有利于排汽缸的正常工作。

滑参数启动可事先做好系统的准备工作，使启动操作大为简化，各项限额指标也容易控制，从而减小了启动中发生事故的可能性，为大机组的自动化和程序启动创造了条件件。

总之，滑参数启动时，蒸汽参数的变化与金属温升是相适应的，反应了机组启动时金属加热的固有规律，能较好地满足安全和经济两方面的要求。

大功率汽轮机在运行过程中，汽缸和转子等部件处于高温状态之下，在停机之后，由于金属巨大的热容量，停机后需要很长时间才能冷却下来，这样使机组停机检修的时间相应延长。采取滑参数停机可以大大的缩短冷却时间，可使高压缸金属温度的平均冷却速度由自然冷却的1℃/小时提高到滑参数停机的1—2.5℃/分钟，缩短了检修时间，提高经济效益。

滑参数停机就是在降低机组负荷的同时，选择一定的速率降低蒸汽压力和温度，以达到充分利用机组余热和充分冷却汽轮机，缩短检修工期的目的。由于大功率汽轮机的部件和高压管道及其附件必须有较厚的金属结构，以便承受很高的压力，在额定范围内较大的压力变化不会引起损坏事故。但是厚重的金属部件在快速冷却时，其各部分的温度变化总是不均匀的。温度的不均匀，使热膨胀也不均匀。而作为部件的整体是有连续性的，各部分互相之间有着相互的约束和牵制作用。这样热的部分膨胀不出去，受到了压缩，冷的部分被拉长，因而在部件内部产生了热应力。热应力的大小决定于转子表面或内壁的温度与转子体积平均温度的差，当机组滑参数停机时，对汽轮机转子及汽缸是一个冷却过程，因此控制好温度的下降速度，使其热应力和胀差在允许的范围内，使转子或汽缸受到较小的热应力和负胀差，从而延长提高机组的使用寿命。

随着国民经济的发展，机组在逐渐向大容量高参数的方向发展，在保证机组安全的前提下，使得机组损耗较小，获得较好的经济性，是近年来研究的重要任务。

火电厂的安全性指标有：热应力、寿命、胀差、振动等，在机组启动过程中，只要保证这些指标在规定的范围内，即可保证安全性。在安全的前提下来提高机组的经济性。

三、启停经济性计算

启动损失的求取，目前实验法和理论法。实验法具有一定的局限性，实验结果往往难以表征机组启停损失的真实水平。理论计算方法常用线性因子法，其基本思想是把整个启停过程划分为几个阶段，根据各个阶段的特点和影响因素，分别计算损失量。下面以启动为例分析：

1.点火准备及升压过程

在这一阶段，非滑参数启动主要的辅助设备相继启动，如给水泵、循环水泵、风机等，而且在锅炉点火升压期间，锅炉产生的新蒸汽有旁路系统流经减温减压装置进入凝汽器或对空排掉，造成大量的热损失[2]

（3—1）

而滑参数启动不排空，此项损失基本没有。

2.冲转、并网、升负荷过程

在这一过程中，辅助设备已全部停运，对空排汽及各种疏水都已关闭，损失甚微，可表示为[2]：

（3—2）

3.转子热应力问题[7]

（1）转子外表面热应力：

（2）转子外表面热应力：

（3）转子外表面的冲击应力：

对于机组来说，最佳启动方案的确定是根据运行人员对动态运行的预期要求和机组初始环境参数及机组轴系的合成应力水平与许用应力水平的比较来进行的。通过以上的分析和计算，综合经济性和安全性两方面考虑，而在机组停机时，由于转子外表面受到拉应力的作用，因此，采用滑参数停机为最佳，但其温度的下降速率应受到限制。

停机的情况与启动相似。

由上，汽轮机滑参数启停的经济性略见一斑。

汽轮机的启停直接关系到是机组能否安全经济地运行，所以启停的重要性也是不言而喻的，能以合理的方式启停是提高经济性的关键所在。随着科技的发展解决优化滑参数的启停问题是重中之重。