随着能源与社会用电结构的进一步转变,峰谷差日益扩大。同时,可再生能源所占发电比例逐年增加,给我国电网的调峰和消纳工作带来了严峻考验,造成了经济损失和社会资源的浪费,这就要求火电机组关键设备具有更为快速的启动和变负荷能力。对机组的冷态启动和变负荷过程进行优化,在满足设备安全运行的必要前提下,提高机组的响应速度,对于提升大容量火电机组参与调峰的灵活性和解决新能源发电所产生的消纳问题具有积极作用。本文以某660MW超超临界汽轮机的高中压模块为研究对象,选择具有针对性的网格划分方法,建立转子的二维有限元模型和内缸的三维有限元模型。对汽轮机在冷态启动过程中的边界条件进行合理假设和分析。采用Workbench有限元软件计算在原冷态启动过程中转子和内缸的温度以及应力变化情况,选定在启动过程中六个应力较大部位(转子和内缸各三个)作为数值计算的应力监测点。结合汽轮机运行规程、各监测点温度和内缸应力水平,确定暖机时间和升负荷率的调整范围,初步拟定四种对比方案。对采取不同方案的冷态启动过程进行有限元模拟,得出超超临界汽轮机高中压转子和内缸应力水平随暖机时间和升负荷率的变化规律。基于以上结果,为进一步降低转子和内缸应力水平,对高速暖机和初负荷暖机的时间以及升负荷率再次进行调整。通过多次数值试验,确定最终优化方案。结果显示各监测点的应力水平与原冷态启动方案相比无显著上升,而启动时间可缩短近17%。最后对汽轮机高中压转子和内缸在变负荷调峰过程中的应力变化情况进行了分析,对变负荷率给出了优化意见,使机组在维持现有寿命损耗基本不变的情况下有效缩短了变负荷运行时间,提高了火电机组参与调峰的机动性。