（四川川投燃气发电有限责任公司 四川达州 635000）
四川川投达州燃机现为两台M701F3型燃气—蒸汽联合循环机组，分别于2015年02月和2015年06月投产发电，总装机容量约700MW。机组由四川电网调度，运行方式主要为两班制运行，每日启停，承担电网调峰职能。由于四川电网较为特殊，全网水电装机容量较大，因而夏季丰水期间，达州燃机既要配合电网水电机组优先的调度方式，又要随时保持备用状态，以保障电网的安全稳定运行。在此状况下，针对夏季丰水期M701F3型燃气—蒸汽联合循环机组日起停调峰的特点，探讨汽轮机热态启动下，轴封系统投运的优化。
1、汽轮机轴封系统介绍及其运行方式
M701F3型机组汽轮机轴封蒸汽系统，设计参数为：压力1.0MPa，温度300℃。轴封系统作用是在机组启动前防止空气漏人汽轮机汽缸以利于建立真空，启动后防止高中压缸内蒸汽漏入大气或轴承箱，并防止空气漏入低压缸。
轴封系统简图：
轴封蒸汽正常由机组辅助蒸汽供应。辅助蒸汽的汽源一路取至机组冷再蒸汽；另一路取至启动锅炉，启动锅炉为荷兰HKB供货的双炉胆燃气锅炉，设计参数为：P=1.0MPa、T=310℃；此外轴封蒸汽母管还另设一路高压主蒸汽作为备用汽源。夏季丰水期日起停调峰模式下，我厂机组多为1台机组热备用、1台机组冷备用状态。当机组启动准备时，汽轮机轴封系统供汽较为稳妥的方式是由启动锅炉供汽；机组启动过程中，当冷再蒸汽参数缓慢升高到匹配值时（机组负荷约200MW），值班员手动将机组辅助蒸汽汽源切换至冷再蒸汽，同时停运启动锅炉，此时汽轮机轴封系统供汽亦为冷再蒸汽；当机组正常运行后（负荷约为280MW及以上）汽轮机轴封系统基本实现自密封，不再需要辅助蒸汽。
2、存在问题
达州燃机轴封系统原调试期进汽条件设定为当辅汽压力大于0.8MPa、温度大于210℃，当条件满足后，轴封供汽调阀方能实现自动控制，自动控制目标值为：轴封母管压力25KPa。三菱diasys控制系统并未考虑设置轴封供汽调阀闭锁条件（允许开条件），故而只要是辅汽参数满足上述条件，轴封系统即可进行进汽暖管。
夏季丰水期日起停方式下，运行人员在机组启动前2小时进行启动条件准备，首先启动启动锅炉对辅汽母管进行暖管操作。实际暖管过程中，因蒸汽流量较小（仅靠疏水），即便是热炉启动，蒸汽参数也很难迅速满足（主要是温度不够）。辅汽母管温度达210℃，即便通过加大管道疏水的方式，辅汽母管暖管过程仍需约40min（如此还会造成大量蒸汽损失）。若启动过程中设备出现故障，则会延长机组的启动准备时间，导致无法准时并网，加之四川电网调度对“两个细则”考核较严，运行人员承载了极大的压力。所以经过多方协同讨论，2015年3月3日正式变更轴封进汽条件：P=0.6MPa、T=180℃。
经一段时间运行观察来看，轴封蒸汽进汽条件偏激进。汽轮机热态启动时，采用现目前的轴封投运方式，高压轴封环存在安全风险。案例如下：
案例1.
上表可见，当轴封开始进汽时，高中压缸端壁温度、高压轴封温度、高中压缸胀差等参数变化较大。具体过程为高中压缸端壁金属温度1小时内降低79℃，高压轴封温度1小时内降低115℃，高中压缸端壁金属温度与高压轴封温度同一时间点内（05:21）的最大温差达133℃；再看机组胀差的变化，高中压缸胀差1小时内减小1.2mm。对比机组停运后的自然冷却过程，高中压缸端部金属温度5小时内下降33℃，高压轴封温度5小时内降低47℃；停机后高中压缸端壁金属温度与高压轴封温度差基本稳定在70℃左右；高中压缸胀差在5小时内减小2.6mm。案例说明：轴封进汽过程中对高压轴封环及高压缸端壁温度影响较大。
案例2.
机组停运至下一次启动期间轴封相关参数趋势图
上图是#1机组某次轴封系统投运过程中相关参数的变化趋势。由组图可以看出：纵向对比机组自然冷却过程和机组轴封投运过程，轴封在投运阶段中，因辅汽温度偏低，导致高压轴封环处急剧冷却，影响高中压缸端壁温度、高中压缸胀差、高压轴封温度变化较大。日起停模式下，从机组停运开始直至下一次启动完成的整个过程中，特别是轴封投运过程中，高压轴封环均因冷热温差承受了较大的局部热应力。
再来看机组日启停模式下，采用不破坏真空的方法对高中压缸端壁温度的影响。因机组停运后，不破坏真空，故而轴封处于连续运行方式，轴封汽由启动锅炉供给（锅炉余热产生的蒸汽量无法满足长时间轴封供应的需求）。停机前将启动锅炉出口蒸汽温度加热至220℃（温度再升高，启锅过热器有超压的风险），参数满足后机组轴封切换为由启动锅炉供汽。在机组停运后直至下一次启动前约7小时的过程中，高中压缸端壁金属温度由350℃降至238℃。若停机后破坏真空，高中压缸端壁金属温度在机组停运后直至下一次启动前变化幅度非常小＜10℃。再次说明，高中压缸端壁金属温度在目前供汽方式下，每天均在承受着较大的热应力。因此，机组高压轴封供汽参数匹配选择非常重要。
查阅东方三菱的相关资料，并未明确对轴封进汽温度做出要求。只是设置了相关报警：高中压缸端壁金属温度与高压轴封温度之差≥±110℃。结合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，“第10.1.3.6条要求：机组热态启动投轴封供汽时，应根据缸温选择供汽汽源，以使供汽温度与金属温度相匹配。”参照该要求，我们可以认为：目前轴封进汽条件温度设定值是不太合适的。高压轴封环长期承受局部热应力后，轴封处必然产生不均匀热变形，严重时还可能导致摩擦、抱轴等现象。
3、探索解决方案
三菱M701F机组在转速达2000rpm后，汽轮机低压缸必须投入冷却蒸汽，目前我厂机组启动准备过程中多采取启动小锅炉对轴封系统暖管供汽的方式（单纯轴封供汽需消耗蒸汽5t/h，冷却蒸汽投入后最大消耗蒸汽量为45t/h，启锅设计产汽量为40t/h）。与此同时，启锅频繁的启停影响了元部件的寿命，增大了设备维护量。我厂启锅曾多次出现火检信号丢失、风阀开度不匹配等故障。
经调查同类型机组，发现我厂机组的启动方式确实较为特殊。绍兴燃机轴封进汽条件温度要求大于240℃，因绍兴燃机为热电联产机组，机组要么连续发电，要么长期备用，即便是日起停方式下，两套余热锅炉夜间余热产生的蒸汽量及参数也满足机组启动所需蒸汽量。惠州LNG电厂轴封进汽条件温度要求180℃，但其辅汽汽源为该厂供热机组来，因此惠州LNG长期日起停运行方式下，轴封参数均容易满足。前湾电厂轴封进汽条件温度要求也为180℃，辅汽汽源为小锅炉，其机组热态启动也与我厂存在相同问题。
结合我厂实际情况，从以下几方面来分析解决问题。
（1）从运行操作方式来分析。为了尽量避免机组热态启动投运轴封系统时高中压缸端部金属温度与高压轴封较大的温差，首先应考虑完善机组控制系统后台逻辑：适当提高轴封系统进汽温度设定值，并且通过加入机组启动状态（热态）判据，闭锁运行人员在低温下操作轴封供汽调阀，有效避免人为误操作。因轴封供汽电动阀由三菱公司diasys PCS系统进行控制，故而要想实现逻辑更改，需征得三菱公司同意。其次，通过培训、制度以及修改运行规程的方式来规范运行人员的操作方式，使其在暖管操作中尽量控制温升速度、规范操作。然而即便是规范了运行人员的操作，仍不能避免轴封投运时对高压轴封环及高中压缸断壁金属的冷却，只能有效避免发生急剧冷却。因为辅汽温度低决定了
（2）设备改造。为了有效提高设备的安全性、可靠性，从节能的角度出发，建议在高压轴封母管上加设轴封电加热器。如此再结合逻辑的控制，可以轻松应对各种工况下，机组启动轴封供汽的要求。目前国内9F级燃气—蒸汽联合循环机组已有成熟经验，例如西门子V94.3A机组。
（3）目前我厂已开始研究余热锅炉潜热汽供启动轴封用汽，而不启动小锅炉的方式。经过一段时间的研究，我们在机组熄火前将高压汽包压力控制在9MPa左右，机组启动轴封供汽由高压过热蒸汽供。高中压缸金属端壁温度在机组启动过程中仍存在一个明显的冷却过程。因为，即便高压余热蒸汽温度较高，但随着机组启动吹扫过程，以及机组点火启动初期新蒸汽参数较低与高压余热蒸汽混合后导致冷再蒸汽参数降低，高压轴封蒸汽温度降低既冷却了高压轴封环，进而又冷却了高中压缸端壁金属。
综上所述，想要完全解决轴封供汽温度参数匹配不同工况的问题，最好的解决方式就是在高压轴封母管加设电加热器。
4、结语
轴封供汽温度对机组的影响较大，轴封进汽时要供汽温度与金属温度的匹配。热启动最好用适当温度的备用汽源，有利于胀差的控制，如果系统有条件将轴封汽的温度调节，使之高于轴封体温度则更好，而冷态启动轴封供汽最好选用低温汽源。为保障汽轮机轴封系统的安全运行，需要提高运行、检修人员的素质，提高设备的可靠性，将缺陷消除在萌芽状态。
论文作者:何琳,冉斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
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