摘要：随着大容量火力发电机组的发展，其辅助系统的节能与调节制约着大容量发电机组的经济性，采取更经济的辅助系统成为大型发电厂设计时需要思考的问题。本文就1000MW单元机组采用全球首个100%容量BEST小汽轮机调试过程进行分析，并结合实际机组的生产运行提出建设性意见，可以预见该类型的小汽轮机首次调试经验对后续双机回热系统的推广应用具有示范性意义。
关键字：BEST小汽轮机 1000MW单元机组 火力发电厂 调试
0 前言
某1000MW电厂单机组采用全球首个100%容量BEST小汽轮机（变转速抽背式给水泵汽轮机，Back pressure Extraction Steam Turbine，简称 BEST）取代传统小机带动的给水泵组，BEST 汽轮机是用双机回热系统(又称 EC系统， Echelon Cycle)，额定功率约为40MW，为变转速、抽汽背压式汽轮机，该汽轮机用于驱动超超临界 1000MW汽轮发电机组100%容量的汽动给水泵，能够满足机组在额定出力下长期运行发电的需求。
1 BEST小机系统介绍
BEST汽轮机组为单缸、双层缸、变转速、反动式、单流、抽汽背压式结构，采用全周进汽，无调节级，通流级数为18级压力级，进汽汽源为主汽轮机高压缸排汽。BEST汽轮机双出轴，给水前置泵和主泵由BEST汽轮机同轴驱动（前置泵-减速箱-BEST汽轮机-给水泵），小机本体包含有3级抽汽，分别作为#3高压加热器、#4高压加热器及除氧器加热用汽源，小机排汽先经过排汽联箱再进入#6低压加热器；排汽联箱配置有背压高溢流管道，排汽联箱压力高时溢流至#7号低压加热器；当排汽联箱背压较低时，将主机中压缸中抽出一路汽作为补汽；若加热器均退出，排汽将通过旁路排至凝汽器【1】。如图1所示。
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2 BEST汽轮机控制策略
锅炉给水系统中的汽动给水泵及前置泵均由BEST汽轮机驱动，随着机组负荷的变化，锅炉的蒸发量随之变化，给水流量需要跟随着改变。给水流量的变化是靠改变BEST汽轮机的转速，即汽动给水泵的转速来实现的【2】。为了改变BEST汽轮机的转速以适应机组运行的需要，BEST汽轮机的控制系统接受锅炉给水调节系统的调节信号，作为BEST汽轮机转速的输入信号。BEST汽轮机的控制主要分为汽门调节和背压调节两种控制方式。
2.1 汽门调节控制
为保证给水流量的快速响应，BEST汽轮机的转速主要还是通过进汽调阀控制为主，进汽调阀始终由转速信号控制，控制进汽调阀的开度满足泵组的功率目标，从而改变输出功率，满足主汽轮机组在各种不同负荷下锅炉的给水要求，该项控制与常规凝汽式给水泵小机相似。BEST汽轮机有别于常规的给水泵汽轮机，高加、低加投切时对转速的影响较大，转速控制器需要快速响应，维持给水流量的稳定。
2.2 背压控制
背压控制的主要是解决汽机排汽端流量变化导致的不平衡问题。BEST排汽压力为排汽端控制的主要信号，根据热力计算提供各个工况BEST运行背压的上下限，在该两根曲线内为BEST汽轮机背压可调节的范围；可根据机组运行的实际情况，确定经济性最优的运行背压曲线，根据该背压曲线实现背压的自动调节（如图2所示）。控制手段主要是对补汽阀和溢流阀的控制，BEST流量指令大于90%时，关小补汽阀或者开大溢流阀，降低背压（降低背压相当于蒸汽做功能力增强，调门开度相同情况下给水流量增加），维持BEST功率裕量。在调试过程中，BEST在较低功率时，还可以对背压控制进行优化，方式为减溢流，增补汽，提高BEST背压，减小进汽节流损失。
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图2 BEST排汽压力曲线
综上所述，BEST控制以转速控制为主，维持给水流量稳定是第一要务，同时还须保证给水流量的快速响应。当泵组的功率增加时，BEST进汽调阀不断开大，若BEST透平进汽调阀接近全开则不能满足泵组快速响应的功率要求。控制系统针对此工况，若BEST小机流量指令大于90%，背压控制器自动闭锁设定值或降低设定值，以便为进汽调门留出足够余量增加泵组出力。控制系统在控制策略中充分考虑阀门特性的因素，开启溢流阀、补汽阀时的开度不小于10%。
3 BEST汽轮机首次调试
3.1 BEST汽轮机辅助系统调试
辅助系统的各测点校验、阀门传动均正常，调整门的指令反馈与就地阀门状态一致；辅助系统电机试运，电机各轴承温度、振动水平试运期间均符合《电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范》（GB50170-2006）；对小机进汽管道吹扫，吹扫蒸汽压力1MPa，温度300℃，吹扫三次，每次15min，直至临时排汽口蒸汽呈白色，吹扫合格；控制油和润滑油系统冲洗、管道打压、调压均符合厂家技术规范要求，油质和各轴承清洁度合格达到盘车要求，系统的联锁保护试验均完成，经各方验收合格。利用外接高速采集仪，测取小机各汽阀关闭时间，参照《汽轮机调节控制系统试验导则 DL/T 711-1999》相关要求，＜100MW机组（小机40MW）主汽阀总关闭时间小于1s（包括延迟时间）；小机调节阀总关闭时间小于0.5s（包括延迟时间）。BEST汽轮机各汽门的关闭时间试验合格（如表1所示）。
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注：T0 ：以手动打闸为时间零点；T1 ：阀门开始关闭时刻；T2 ：阀门完全关闭时刻。
3.2 BEST汽轮机首次冲转调试
小机首次冲转采用不带汽泵方式进行。待辅助系统满足小机冲转条件后，小机顺控启动，设定目标转速360r/min，升速率100r/min，完成小机摩擦检查合格，重新冲转至1000r/min暖机转速，升速率200r/min，维持暖机转速至内缸温度到150℃，以升速率500r/min升至5000r/min，修改小机超速保护定值为5050r/min，设定目标转速5060r/min，检验两套超速保护动作均正常。期间，保证调试用汽源压力不小于0.8MPa，进汽温度稳定，缸体金属温升符合设计要求。
3.3 BEST汽轮机带负荷，汽泵并泵调试
首次冲转成功后，开始进行连接汽泵组试运。汽泵首次试运亦采用辅汽进行，利用最小流量再循环管道，汽泵初带负荷试运正常，各辅助系统正常，各轴承温度、振动均符合设计要求，流量在此过程当中未有较大波动。
在机组整组启动过程中，先用电动给水泵带负荷运行，一般在机组负荷200MW时，高压缸排汽压力及温度达到小机冲转要求时，对小机进行冲转，机组负荷在300MW左右开始并泵操作，逐步退出电动给水泵运行。并泵完成后，用汽泵逐渐带负荷至机组满负荷，机组负荷1003MW时，小机单独运行，给水流量2797t/h，泵出口压力32.61MPa，汽泵转速4806r/min。从小机冲转、汽泵并泵、带满负荷过程中，小机及汽泵其余各参数均在正常范围稳定运行，说明小机及汽泵各项指标达到设计参数。
4 BEST汽轮机调试建议
在BEST汽轮机调试过程中，也出现了一些故障，结合机组及实际需求，对小机在生产运行期间提出以下几点建议：
（1）投入小机的盘车装置后，应控制汽动给水泵泵体上下温差在8℃以内。
（2）小机首次冲转期间，小机润滑油泵联启（动作值0.47MPa），就地检查泵出口压力较低（约0.48MPa）。检查发现是由于润滑油温升高，粘度降低，压力降低至联锁值造成备用泵联启，因此在生产运行期间应考虑温度对油压力的影响。
（3）小机调门存在不严的情况。主汽门全开后，小机自动从盘车转速105r/min冲至170r/min，导致每次启动小机时都需强制启步条件之一“小机转速小于9r/min”。在机组安排检修期间，应对小机调门阀芯进行研磨检查。
（4）给水自动方式下，当机组负荷在550～400MW之间时，给水会出现200t/h的幅度流量波动情况，这是由于管道特性及汽泵特性叠加产生的结果。正常运行期间，经过该负荷区域时应该提前开启汽泵再循环调门，保证给水流量稳定。
（5）当汽泵转速达到2350r/min，汽泵与电泵并泵过程中，小机轴瓦振动有突升情况，这是由于负荷过低并泵，导致汽泵掉落在临界转速附近，因此应避免在1800～2400r/min的小机临界转速范围内进行并泵操作。
（6）本机组高压给水电动门阀盖处采用压力自密封设计，机组启动时，给水的压力和温度上升，电动门在关闭状态时，阀体空腔中介质的温度和压力也会升高。因此，阀体空腔压力如果达到一个不可接受的范围，就会压死阀芯楔面，造成电动门过力矩，可能出现打开困难的风险和问题。运行过程中，如果高压给水电动门出现过力矩现象，应人工顶开设计在阀体的安全阀泄压口进行泄压，禁止增加杠杆手动强制驱动，以免造成阀杆卡涩。
5 调试结论
圆满完成BEST汽轮机及汽泵组的调试后，给水系统在机组整套启动期间通过了锅炉上水，机组带负荷试运和满负荷试运考核，充分满足了机组正常生产需求。同时，BEST汽轮机运行稳定，达到设计参数和要求，具备长期安全运行条件。以上对BEST汽轮机的首次调试经验，能够作为日后同类型小机调试参考，推动了双机回热机组的技术发展。
参考文献
[1] 易汝杨. 高效超超临界燃煤发电机组热力系统的（火用）与泛（火用）分析
[2]王迪. 火电机组建模及快速变负荷控制.
论文作者:李儒乐
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
标签：汽轮机论文; 机组论文; 转速论文; 负荷论文; 流量论文; 系统论文; 首次论文; 《中国电业》2019年22期论文;