660MW机组冷态启动的胀差控制及优化措施

660MW机组冷态启动的胀差控制及优化措施

林紫荣

广东省能源集团有限公司沙角C电厂，广东东莞，523000

摘要：

本文探讨了某电厂660MW机组在冷态启动过程中出现的高压缸胀差超限事件，该事件导致机组紧急停机。通过深入分析机组的运行情况、参数变化以及操作策略，提出了一系列优化措施，旨在改善机组冷态启动的安全性和经济性。研究结果表明，采取这些措施可以显著降低高压缸胀差超限的风险，提高机组的启动效率和运行稳定性。

关键词： 冷态启动、高压缸胀差、优化措施、机组安全性、经济性

一、引言

在现代电力生产中，火力发电厂扮演着至关重要的角色。为了适应电力市场的不断变化和需求，火力发电厂需要进行频繁的调峰启停操作。在机组冷态启动过程中，高压缸胀差控制是一个备受关注的挑战。在冷态启动期间，汽轮机高压外缸的金属温度相对较低，高温的主蒸汽直接进入汽轮机内部，导致转子相对于汽缸产生更大的膨胀。根据规定，当转子轴向膨胀值大于汽缸的轴向膨胀值时，胀差为正，反之胀差为负。由于高压缸的结构特点，胀差的正值或负值超过一定限值时，可能导致动静摩擦，从而损害汽轮机。一旦发生高压缸胀差超限，根据规定，机组需要紧急停运，这不仅对机组的安全运行构成威胁，还增加了启动成本。如何控制高压缸胀差不超限成为了确保机组安全、经济启动的关键问题。

二、机组情况概述

某电厂的660MW机组为亚临界机组，采用了阿尔斯通公司的单轴汽轮机，由高压缸、中压缸和两个低压缸组成。高压缸为双缸结构，有两组（每组两个）蒸汽室。四个蒸汽室配备了完全相同的主汽阀和调节汽阀，四组分别布置在高压缸进汽口的两侧，形成了高压缸的进汽系统。

需要注意的是，该电厂高压汽缸没有设立旁路系统，这使得在机组冷态启动阶段，高压缸的蒸汽压力和温度调节难度更大，需要密切监控汽轮机本体参数，并严格遵循操作规程。

值得一提的是，该机组在2017年进行了通流改造项目，涉及高中低压缸体及转子的更换。这一改造旨在提高机组的热效率和运行安全性，新的结构特点使高压缸胀差变化更加敏感，需要更为精细的操作和控制策略。

该电厂660MW机组在电力系统中扮演着重要的角色，但冷态启动过程中高压缸胀差的控制成为该电厂需要认真研究和解决的挑战。

三、事件描述

本节将详细描述某电厂660MW机组在2021年2月发生的一起高压缸胀差超限导致机组紧急停机事件，该事件严重危及机组安全。

1.2021年2月3日17时05分，运行人员接令，计划于02月04日15时30分并网。下面是冷态启动的具体时间线：

（1）4日02时18分：锅炉上水，两小时后上水完成。

（2）4日06时54分：锅炉点火，开始升温过程。

（3）4日10时23分：投轴封，抽真空。

（3）4日11时18分：启动第一台制粉系统。

（4）4日12时22分：汽轮机挂闸。

（5）4日15时31分：机组并网。

（6）4日16时16分：高压胀差超限，机组紧急停运。

2.在机组紧急停运后，运行人员检查汽轮机本体参数正常，确定机组各系统没有异常，机组具备重新启动条件。

3.4日19时05分，机组重新点火，23时29分并网。

这一事件引起了该电厂运行人员对冷态启动过程的高压胀差控制的深入思考，以及对机组运行参数和操作策略的重新评估。下一节将详细探讨导致这一事件的产生原因和解决方案。

四、原因分析

机组冷态启动参数曲线图

对某电厂660MW机组在冷态启动过程中高压缸胀差超限问题的原因进行深入分析，并通过不断优化机组启动参数，总结出控制高压缸胀差不超限的有效措施。以下是对问题的原因进行详细分析：

(1) 主蒸汽温度控制： 冷态启动要求主蒸汽温升率在0.5—1.0℃/min范围内，温升率过高，即主汽温上升过快，会出现主汽温度达到挂闸值时，锅炉整体因受热不均，炉本体部分金属温度仍然较低，主蒸汽过热度不够的现象。在冷态启动过程中，主蒸汽温度的快速上升对高压缸产生不利影响，导致高压缸胀差的异常增大。

(2) 微油系统改造： 机组进行了微油系统改造，这降低了开机阶段的燃油消耗，但也增加了主蒸汽温度的控制复杂性。改造后，需要更加精细地调整燃烧方式，以确保主蒸汽温度在适当范围内。

(3) 汽轮机本体结构变化： 2017年的通流改造项目替换了高中低压缸体及转子，新的结构对主蒸汽温度变化更为敏感。这使得高压缸胀差问题更加显著，尤其在冷态启动阶段。

(4) 燃煤品质变化： 近年来，电厂使用的入炉煤煤种变化较大，不同产地的燃煤热值相差很大。电力市场的需求促使机组调峰启停时间的不确定性增加，这导致启动时制粉系统的入炉煤品质难以控制。高热值的燃煤使得主蒸汽温度的控制更为困难。

(5) 运行操作难度增加： 通流改造项目中对高压缸结构的变化，以及高压缸未设立旁路系统，使得高压缸的蒸汽压力和温度调节难度系数更高。在机组冷态启动过程中，需要严密监视汽轮机本体参数，确保操作按照规程进行。

综合考虑上述原因，可以看出冷态启动高压缸胀差控制问题的复杂性。为了解决这一问题并提高机组的启动效率和运行稳定性，需要采取一系列综合性的优化措施，涵盖了锅炉和汽机方面的操作策略以及与电力市场需求的联动机制。

五、优化措施

为了解决某电厂660MW机组在冷态启动过程中高压缸胀差超限问题，提高机组的安全性和经济性，我们提出以下一系列优化措施：

1.锅炉方面

（1）控制锅炉上水温度和速度： 在机组冷态启动前，严格控制上水温度（30℃-70℃）和上水速度，特别是在冬季，上水时间应在4小时内完成，其他季节则应在2-3小时内完成。同时，尽早投入辅汽对除氧器的加热，从而缩短投油的时间，降低启动成本。

（2）主蒸汽温升率控制： 冷态启动过程中，主蒸汽温升率应控制在0.5—1.0℃/min的范围内。严格控制主蒸汽温升率，确保机组在主蒸汽温度平稳、可控的状态下进行启动。

（3）燃烧方式调整： 鉴于微油系统改造后的操作特点，需要及时调整燃料热量与能量的匹配，以确保主蒸汽温升率在合适范围内，保证机组的启动进度。

（4）主汽压力控制： 主汽压力在并网后调节手段受到限制，需要在并网前控制主汽温度稳定的前提下，尽可能将主汽压力保持在规定范围内，以避免不利影响。

（5）过热器减温水控制： 在过热器减温水的调节过程中，需要严格控制蒸汽温度变化幅度，以保证减温水后蒸汽的过热度。在暖机结束后，开始加负荷时，要特别注意主汽温温升率，避免减温水调节过度，从而危及汽轮机安全。

2.汽机方面

（1）锅炉点火后投入轴封和抽真空： 在锅炉点火后，及时投入轴封和抽真空。需要确保向轴封供汽的时间恰当，并且轴封蒸汽温度与汽缸金属温度相匹配，有利于胀差的控制。机组抽真空时间应至少于汽机挂闸前1小时进行。

（2）尽早挂闸： 当蒸汽参数达到挂闸条件时，及时进行挂闸操作，以争取更充足的暖汽轮机阀芯时间。

（3）充分暖缸： 在机组冷态启动后，应充分暖缸，提高高压缸外缸金属温度，降低高压缸正胀差。

（4）调整燃烧方式： 针对高压缸胀差问题，需要随时调整燃烧方式，以控制高压外缸金属温度与主蒸汽温度的温差在合理范围内。

3.其他方面

（1）建立部门联动机制： 积极推进相关部门之间的联动机制，结合电力市场需求，准确掌握机组的调峰启停时间。这将有助于更好地控制机组启动制粉系统的入炉煤种，确保在开机阶段使用适合的煤种，有利于主蒸汽温度的控制。

通过实施上述综合性的优化措施，可以显著降低高压缸胀差超限的风险，提高机组的启动效率和运行稳定性，从而确保火力发电厂的可靠运营。这些措施需要在操作人员的密切监督下实施，并随着机组性能和辅机设备状态的变化进行不断调整和改进，以确保机组冷态启动过程的顺利进行和安全性的提升。

六、结束语

我们强调了这些措施需要在操作人员的密切监督下实施，并随着机组性能和客观条件的变化进行不断调整和改进。这将确保该电厂660MW机组在冷态启动过程中能够稳定、安全地运行，满足电力市场的需求，为能源供应做出积极贡献。

参考文献

1.杨青,邵劲松. (2020). "火力发电厂冷态启动中汽轮机高压缸胀差问题的研究." 电力工程研究, 38(2), 112-125.

2.吴浩, 石磊,程立光.  (2019). "电厂锅炉冷态启动优化策略的分析." 能源科学与技术, 25(3), 245-260.

3.吴志刚, 田雄斌. (2018). "冷态启动过程中高压缸胀差的控制与优化." 动力工程, 36(4), 78-89.

4.黄毅,张爽.(2021). "电厂锅炉冷态启动中的主蒸汽温度控制研究." 电力系统自动化, 43(1), 55-68.

5.谭东梅. (2017). "火力发电厂冷态启动策略的改进与优化." 能源与环境保护, 15(2), 32-47.