王雨

摘 要：京能集团北京京西燃气热电有限公司使用的汽轮机为上海汽轮机厂生产的LZC（B）278.8-12.9/0.4/548/540型汽轮机，汽轮机型式为单轴反动式、高中压合缸、双缸双排汽、三压、再热、无回热、凝汽/抽汽/背压式，其配有西门子F级燃机，为燃气-蒸汽联合循环机组。汽轮机高中压部分为双层结构，采用高中压整体内缸，叶片反流布置，同时其采用节流调节，无调节级，整个通流部分共有50级。本文通过分析这种汽轮机启动冲转过程中X准则和主蒸汽温度的关系，以合理控制主蒸汽温度，使汽轮机快速启动，减少开机时间和开机成本，这对同类型汽轮机顺利启动并网及安全、经济运行具有重要的意义。

关键词：汽轮机;X准则;主蒸汽温度;冷态启动;经济运行

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）02-0137-03

Control Optimization of X Criterion During Cold Start of Steam Turbine

WANG Yu

（Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd.， Powerbeijing Group，Beijing 100041）

Abstract： The steam turbine used by Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd. of Powerbeijing Group is the LZC （B） 278.8-12.9/0.4/548/540 steam turbine produced by Shanghai Steam Turbine Factory， the turbine type is single-shaft reaction type， high and medium pressure combined cylinder， double cylinder and double exhaust steam， triple pressure， reheat， no heat recovery， condensing steam/extraction steam/back pressure type， it is equipped with Siemens F-class gas turbine， which is a gas-steam combined cycle unit. The high and medium pressure part of the steam turbine has a double-layer structure， adopts a high and medium pressure integral inner cylinder， and the blades are arranged in reverse flow， at the same time， it adopts throttling adjustment， has no adjustment stage， and the entire flow part has a total of 50 stages. This paper analyzed the relationship between the X criterion and the main steam temperature during the start-up and impulse rotation of this kind of steam turbine， in order to reasonably control the main steam temperature， so that the steam turbine couid be started quickly， reducing the startup time and startup cost，This is of great significance for the smooth start-up and grid connection and safe and economic operation of the same type of steam turbines.

Keywords： steam turbine;X criterion;main steam temperature;cold start; economic operation

汽輪机启动是一个不稳定的加热过程，进行合理经济的启动，就是寻求合理的加热方式，使启动过程中汽轮机各部分的热应力处于允许范围内，尽快把机组的金属温度均匀地提高到工作温度，使其进入正常运行状态[1]。如图1所示，汽轮机的启动过程均遵循以下步骤：暖管、暖阀;冲车至暖机转速;暖机;升速至额定转速;额定转速暖机;并网;低负荷暖机;带至额定负荷。

图1中，对于不同曲线来说，Y轴代表不同参数。其中，流量单位为kg/s，其他参数的单位为%。

每一步都与X准则及主蒸汽温度相关，启动过程中暖机时间的长短和效果决定了机组启动是否为合理经济启动，其包括启动方式的选择、启动参数的选择、升温升压率的控制等。

1 X准则概述

X准则（X-CRIT）是指可变的温度准则，在汽轮机启动过程中用来保证主蒸汽和再热蒸汽参数符合要求[2-3]，以变化的温度准则来判断机组是否能够适应运行方式的变化，将其作为启动条件，送到汽轮机主顺控SGC。在汽轮机启动过程中，系统不断判断X准则是否能满足要求，以决定是否继续执行下一步操作。

主、再热蒸汽温度及X准则如图2所示。其中，X1、X2准则在开主汽门前使用;X4、X5、X6准则在汽轮机冲转前使用;X7A、X7B准则在汽轮机600 r/min暖机后释放转速时使用;X8准则在机组并网前使用。

2 冲车参数及X准则的意义

不同工况启动过程略有差异，本文对上海汽轮机厂生产的汽轮机冷态启动进行实际验证。汽轮机启动前，缸壁温度小于150 ℃，其为冷态启动，汽轮机冲转参数选择如下：主蒸汽压力5 MPa（g），温度340 ℃;主蒸汽过热度>56 ℃;再热蒸汽压力0.8 MPa（g），温度320 ℃。

經过多次汽轮机冷态启动过程，笔者得出，在汽轮机冲车前，X4准则最难满足，而在汽轮机升速前，X7A准则最难满足（见图3）。其中，X4准则为高压ESV阀前温度与阀前压力下的饱和温度计算值的差大于0，意义为在打开ESV阀以前，保证对应绝对压力下高压主蒸汽的过热度。X7A为高压ESV阀前温度与高压转子计算值的差小于0，意义为在启动到额定转速之前，保证转子充分暖透。

3 采取措施

通过多次冷态启动操作，笔者发现，通过启动过程中对主汽温度的合理控制，X4、X7A准则是有可能进行干预的。以一拖一机组启动为例，5号机并网后保持低负荷运行，在燃机负荷不变的情况下，余热锅炉排气温度不变，则不考虑因烟气温度变化导致主汽温度变化的原因。机组启动前及启动过程中打开主汽管道疏水门保持管道疏水，冲车压力5 MPa对应的饱和温度为264 ℃，冲车时主汽温度为340 ℃，所以蒸汽的过热度在压力不变的情况下可以保证，在暖机结束升速前转子温度均大于130 ℃，满足转子材料的脆性转变温度，安全性可以保证。

下面通过调整主蒸汽温度来进行合理控制，以满足X准则，具体方法如下。

一是在5号机启动后，暖管过程中，主蒸汽压力不变，适当提高主蒸汽温度至（340+20）℃（340 ℃为正常冲车参数）。此方法提高了冲车的主汽温度，使进入汽轮机前的主蒸汽过热度可以提前满足，即X4准则满足。

二是在汽机冲车后进行600 r/min暖机，京能集团北京京西燃气热电有限公司汽轮机600 r/min暖机时间判断标准为暖机1 h或中压转子温度大于200 ℃，由于汽轮机为冷态启动，中压转子温度不容易满足，所以判断标准一般为暖机1 h。为使X7A尽快得到满足，可将主蒸汽温度降低至（360-10）℃（360 ℃为冲车修正参数），适当减小高压转子内外温差，保证转子热应力，即X7A准则满足。通过上述方法优化后的情况如图4所示，而优化前的情况如图5所示。

通过对比图4和图5，人们发现，控制主汽温度，缩短了X4、X7A准则满足的时间，由此可以看出，X4准则在提高了主蒸汽温度（温升在要求范围内）后随即满足，X7A准则在适当降低主汽温度后在暖机1 h内满足，而图5显示，X7A在暖机1 h后仍未满足。由此可知，汽机冷态启动时，合理控制主蒸汽温度，提高了机组的启动速度。

4 总结分析

汽轮机的启动过程是一个暖机的过程，暖机的目的是使汽轮机各部件金属得到充分的预热，减小汽缸法兰外壁、法兰与螺栓之间的温度差，减小转子表面与中心的温度差，从而减小金属内部应力，使汽缸、法兰和转子均匀膨胀，且胀差值在安全范围内变化，保证汽轮机内部存在动静间隙，避免摩擦，同时使带负荷的速度相应提高，缩短升至额定负荷时所需要的时间，达到节能的目的[4-6]。

上述方法不仅能保证汽轮机各部件充分余热，还能减少启动过程中的能源损失，满足冷态启动过程中经济性的要求并缩短启动时间，具体对比如下。未进行优化前汽轮机启动的参数及时间如表1所示，优化后汽轮机启动的参数及时间如表2所示。

由表1与表2可以看出，在汽轮机冷态启动时，冲车及升速阶段，控制主蒸汽温度的变化，可以缩短X准则的满足时间。其中，X4准则满足时间缩短了8 min，X7A准则满足时间缩短了25 min，整个机组启动（至汽机3 000 r/min）时间相应缩短了33 min，提高了汽轮机启动速度的同时节省了能源，使机组启动更经济。

5 结语

在以往的启动过程中，一些准则不满足经常会导致汽轮机启动时间延长。通过本次摸索并参考学习资料，笔者对汽轮机冷态启动过程的优化做出以上分析，逐渐掌握了汽轮机启动过程，并深入理解了X准则。在实际启动过程中，有针对性的调整可以有效地缩短汽轮机启动时间，为机组的安全、经济运行提供有力的技术支持。

参考文献

[1]秦爱民，张涢.660 MW西门子汽轮机组自启动控制策略及实现[J].河北电力技术，2006（6）：36-39.

[2]徐江，薛小宇.1 000 MW二次再热机组汽轮机冷态启动冲转参数优化[J].发电设备，2019（4）：293-296.

[3]叶罗，刁洪虎，崔晓光.1 000 MW二次再热汽轮机组冲转前X准则的控制分析[J].华电技术，2018（11）：25-27.

[4]刘雄飞，贾琳.汽轮机X准则及Z准则分析[C]//第十届中国科协年会环境保护与生态文明建设论坛.2008.

[5]陈坚红，顾正皓，张梦可，等.燃气-蒸汽联合循环机组的汽轮机启动过程优化[J].浙江电力，2014（10）：40-44.

[6]赖晓华.V94.3A型燃气轮机联合循环发电单轴机组冷态快速启动优化初探[J].燃气轮机技术，2017（1）：68-72.