珠海发电厂三菱700MW汽轮机启动过程及应力

摘要：珠海发电厂第一期1号、2号机组采用日本三菱700MW凝汽式汽轮机，借助于先进的监控系统和管理经验，在不增加机组的寿命损耗的前提下，可明显地缩短启动时间。鉴此，介绍了机组的启动特性，结合某次实际冷态启动过程，利用有限元方法校核计算了高中压转子热应力，其中有限元模型的边界上的换热系数综合使用了各国普遍推荐的经验公式，形成灰色区间曲线。
关键词：汽轮机；启动；三菱；热应力；换热系数；灰色区间

珠海发电厂规划6台燃煤机组，设计总装机容量372MW，分两期建设，首期第1台机组已于2000年4月3日投入商业运行。第2台机组尚在可靠性试运行阶段，计划2001年2月份投产。珠海发电厂采用中外合作方式兴建，工程采用设计、供货和建设总承包的方式进行，由日本三菱株式会社组成集团总负责。三菱集团在提供国际先进的汽轮发电机组的同时，也带来了先进的运行管理经验。
本文综合现场运行情况和三菱集团提供的技术资料，介绍了机组启动过程要点，在用有限元方法进行热应力校核的过程中，综合考虑了目前常用的换热系数经验公式，计算了换热系数区间曲线条件下的应力变化特性。
1总体描述
三菱700MW汽轮机组型式为亚临界、中间再热三缸四排汽，由一个高中压合缸和两个低压缸组成。为缩短汽轮机总长度，使电厂平面布置紧凑，机组采用了高中压缸合体，两侧各配有的蒸汽室通过挠性管道与高中压缸体相连，使高温部件与高中压缸体隔离，从而大大降低部件中的温度梯度，使得热态启动和冷态启动过程中不致于发生缸体开裂现象。汽室出口通过4根进汽管道连向喷嘴室。蒸汽冲过高压级后，通过外缸底座上两个出汽口直通再热器。来自再热器热端的蒸汽通过2个中压主汽门和4个中压调门进入中压部件。低压部件采用双流布置，蒸汽由联合出口进入凝汽器。
2启动特性
机组启动过程中，特别是冷态启动，启动速度快，可以迅速并网发电，产生经济效益，但是必须以增加寿命损耗为代价。显然，存在一个最佳启动曲线，使得经济性最佳。决定这个优化过程的关键因素就是转子金属的应力状态，包括热应力、机械应力（以离心应力为主）等。在应力允许范围快速地改变设置点来控制汽机的启动显得相当重要。
2.1冲转条件
冲转前，必须满足主汽门前的蒸汽条件，要求压力接近6.0MPa，过热温度达56℃且汽温小于430℃。此外，若具备高压油油压、凝汽器真空已建立和盘车已投入等条件，即可冲转。冲转时，由主汽阀控制升速，转速冲至500r/min，并保持此转速运行一定时间进行暖机，以便对机组设备监测点进行全面检查（倾听机组声音是否正常，检查上下汽缸的温差、胀差、缸胀，检查转子轴向位移及转子的弯曲度、偏心度等是否在规定范围内）。
2.2冲转及升速
对于温态和热态启动过程（喷嘴室金属温度大于120℃），冲转及带负荷保持时间依图1曲线而定。例如，蒸汽温度400℃、汽压为7
MPa而喷嘴室金属温度为200℃时，升至额定转速最少要用22min；若进口蒸汽的温度和压力改变（450℃，9MPa），升速时间也随之改变为29min（如图1所示）。在带初始负荷时，进汽温度很可能突然升高，据此可以从图1的下部查出保持这个最小负荷所需时间，比如进汽温度假设升高了50℃，查图可知保持最小负荷的时间为20min。
冷态启动（喷嘴室金属温度小于120℃）的升速率一般要大于90r/min2。升速过程中入口汽温可升至430℃，注意控制其温升率在55℃/h以内。在2100r/min时必须进行暖机，且暖机时间不应小于2h，通过金属温度的缓慢升高使热应力得到有效的控制，然后以180r/min2升速率升至3000r/min。
2.3并网
热态启动并网时应立即带5%负荷保持时间如图1所示，此后升降负荷所需时间参照图2曲线进行，由相应蒸汽参数的变化值共同决定。例如：负荷5%时，汽温汽压分别为450
℃和5.9MPa，升至100%负荷，汽温汽压分别为538℃和12.4MPa。此过程中负荷变化95%，汽温变化88℃，汽压变化6.5MPa，根据图2曲线查得此次升负荷过程需要78min。

由于技术资料的保密性，在对进口机组进行各种校核或分析时难以获取充分的数据资料，例如机组几何尺寸、启动过程参数等，由此计算结果的灰色特性不可避免，本文通过实例说明了这一点。文中给出的灰色边界条件下的数值计算思路，还可以从单纯对换热系数的考虑扩展到边界温度、材料物性参数等，从而使得应力分析计算更为合理可信。

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