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摘 要：本文介绍9FA燃气—蒸汽联合循环机组在启停过程中汽轮机热应力的形成;从温度匹配、汽轮机进汽方法、主汽温控制等方面叙述对汽轮机热应力的控制方法。
关键词：燃气—蒸汽联合循环;缸温;汽轮机;热应力;IGV;减温水;TTXM
1.汽轮机的热应力
华能金陵燃机热电有限公司S109FA燃气--联合循环机组在江苏电网中作为调峰运行机组运行。汽轮机在启动、停机和变工况过程中，由于流经汽轮机各段的蒸汽参数变化，将引起汽缸和转子温度的变化在金属温度的不稳定转变过程中，金属内外壁或表面各处必然会产生温差，因此，金属内部就会产生热应力，而热应力的交变循环将损耗汽轮机的寿命。
高温高压大功率汽轮机的启动和带负荷，特别是冷态启动过程要求十分严格，对转子和汽缸的热应力要进行严密监视。因为在机组启动和带负荷过程中，汽轮机转子及汽缸温度变化将产生很大的热应力。如果启动过程控制不好，将影响汽轮机的使用寿命，甚至损坏设备。除了汽轮机冷态启动和带负荷，产生热应力外，其热态启动和主蒸汽温度变化同样对汽轮机热应力产生不良影响，因此加强机炉的配合，提高锅炉的运行可靠性是一个非常重要的问题。汽缸和转子在启动和负荷变化过程中，本身的温度分布是不均匀的，受蒸汽冲刷的表面温度高，金属内部温度低，高、中压转子进汽部分表面温度较高，中心孔温度较低，沿着转子半径存在着一个由里向外温度逐步增高的温度梯度。这个温度梯度使金属各部分膨胀不同，因而产生机械应力，这种由热产生的机械应力定义为热应力。
2.汽轮机热应力控制的意义
汽轮机的启动过程对汽轮机汽缸和转子等部件来说是个加热的过程。汽机冷态启动时，通流部件的温度几乎等于室温。而正常运行时，通流部件的温度非常高，在整个启动过程中，汽轮机转子温度和缸温要上升到500度左右，随着进入汽缸蒸汽温度的提高和流量的增加，蒸汽传给汽缸和转子的热量不断增加，使汽缸和转子的温度不断提高，汽缸加热时内壁温度高于外壁温度，内壁的热膨胀受到外壁的约束，受压缩产生压缩热应力;而外壁受到内壁膨胀的拉伸产生拉伸热应力。同样，当转子被加热时转子外表面和中心孔存在温差，温度高的外表面受压缩热应力，中心孔受拉伸热应力。
汽轮机在降负荷或停机的过程是汽轮机部件冷却的过程，随着蒸汽温度的降低和流量下降，汽缸内壁和转子外表面首先被冷却，而汽缸外壁和转子中心孔则滞后一些，产生的应力与启动时相反。
汽轮机在启动、升负荷、稳定工况下运行、降负荷至停机过程中刚好出现一个交变热应力循环。而压缩和拉伸应力得不断交错循环，将会导致金属产生疲劳裂纹，消耗设备的使用寿命，并逐渐扩大直到断裂失效。对于汽轮机而言，在非稳定状态下运行（如启停，增、减负荷或变温度运行）时，其金属部件将受到固定大小和频率的热应力影响，会导致材料处于一个高水平的疲劳度而出现裂纹。减少部件疲劳，控制热应力的最好方法就是控制部件内外温差，控制部件内外温差的最好方法则是延缓部件的升、降温速率。因此合理的消耗寿命，以便设备在使用寿命内发挥最大的效益就是设备热应力控制的目的。这对机组安全稳定经济运行具有重要的现实意义。
3.汽轮机启动状态的划分及温度匹配的定义
3.1 汽轮机启动状态的划分
根据S109FA燃气—蒸汽联合循环机组早启晚停的运行情况，将汽轮机划分为三种状态冷态启动、温态启动、热态启动。汽轮机高压缸上缸内壁温度在371℃以上时称为热态启动。汽轮机高压缸上缸内壁温度在204-371℃时称为温态启动。汽轮机高压缸上缸内壁温度在204℃以下称为冷态启动。
3.2 温度匹配的目的及定义
温度匹配的目的是为了减少汽轮机在启动过程中的热应力，确保汽轮机的寿命。机组并网后，汽轮机进汽前，根据汽轮机状态和设计要求计算当前匹配的蒸汽参数值，提出合适的燃气轮机排气温度匹配值，由燃料量FSR和IGV共同控制燃气轮机排气温度TTXM，以保证余热锅炉产生的主蒸汽经过主汽阀后温度仍高于汽轮机汽缸壁温，从而保证汽缸进汽后缸壁均匀受热，把汽轮机的热应力控制在可控范围内。
汽轮机MKVI系统向DCS系统发送高压缸进汽室第一级上缸金属温度，由DCS系统根据高压缸进汽室第一级上缸金属温度加上110℃作为燃气轮机排气温度控制值，从而实现燃机排气温度与汽轮机缸温的匹配，为了保证高压主蒸汽温度进入气缸后对高压缸造成冷冲击造成设备损伤。同时对燃气轮机排气温度最大值561℃和最小值371℃进行限制，最大值是防止在温度匹配过程中，高压缸未进汽过程中出现余热锅炉再热器干烧、超温以及汽轮机进汽温度超限产生应力偏大;最小值则是保证高压主蒸汽温度有一定的过热度，防止蒸汽带水保护汽轮机，同时也是燃气轮机在极端工况下也能保证的低限温度。
4.汽轮机启停过程应力变化及控制
4.1 汽轮机冷态启动
燃气—联合循环机组冷态启动并网后，燃机转速控制系统TNR大于100.4即可以投入温度匹配，此时汽轮机的缸温较低，燃机MKVI系统会通过开大压气机IGV角度来降低燃机排气温度，使燃机排气温度维持在371℃，当汽轮机进汽条件满足要求后立即进汽，汽轮机进汽模式为“自动”，机组负荷由燃机MKVI系统根据汽轮机计算应力大小来控制进汽速率，由于汽轮机冷态启动时缸温较低，高压主蒸汽以凝结换热的方式将热量传递给缸体，凝结换热强度非常剧烈，汽轮机冷态启动进汽后相关参数见表一，从表一可以看出汽轮机冷态启动时高压缸温度上升非常快，汽轮机的热应力变化也很明显。这主要是因为温度匹配投入后燃机MKVI是根据汽轮机高压内缸第一级上缸的金属温度加110℃作为燃机的排气温度设定值，随着汽轮机的进汽汽轮机高压内缸第一级金属温度不断上升，燃机排气温度设定值也自动上升，主蒸汽温度不断上升，燃机负荷也不断增加，而汽轮机受材料的限制要求温升很慢。为此我们在汽轮机冷态启动中采取以下措施： （1）汽轮机进汽当主调门开度到达10%左右时，此时汽轮机的热应力也较大，在MKVI汽机蒸汽画面中手动点击汽轮机负荷控制HOLD ON靶标，汽轮机停止进汽进行低负荷暖机，低负荷暖机时严密监视机组的振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化。待汽轮机各参数稳定，汽轮机应力稳定，蒸汽温度与缸温差在30--50℃时汽轮机再次进汽，如进汽过程出现汽轮机热应力过大或振动超限立即停止进汽，待参数恢复正常后继续进汽。
（2）汽轮机进汽过程中当排气温度设定值上升至380℃以上时，手动将温度匹配模式由“自动”改为“手动”方式，人工控制燃机排气温度TTXM的设定值来控制汽轮机缸温的上升速度，按10℃/10min来调节。此时缸温上升速率比较均匀，汽轮机的热应力也在合理范围内不会限制汽轮机进汽的速率。
（3）汽轮机进汽完成主调门开度100%，传统操作方法将温度匹配退出，必须待燃机IGV角度关至最小全速角49°时，才能在MKVI主画面选择“预选负荷”靶标，机组开始继续加负荷，此时等待IGV角度关回至49°时需要等待8—10min，此时运行人员无法干预，本文推荐另一种方法：当汽轮机进汽完成后，不退出温度匹配，温度匹配仍为“手动”调节模式，按15℃/10min的速率来改变燃机排气温度TTXM的设定值，直至TTXM设定值升至561℃，在人工增加TTXM设定值的过程中燃机IGV的角度缓慢关至49°，当IGV关至49°后退出温度匹配，机组继续升负荷。该方法汽轮机的热应力会控制的很好，不会限制机组升负荷的速率，相对传统操作方法能节约机组冷态启动时间5-8min，启动过程中高压应力最大为75。
（4）汽轮机进汽完成主调门开度100%后，解除主、再热蒸汽温度减温器后温度低于504℃超驰关闭减温水电动截止门和调节门，提前投入减温水控制主再热蒸汽温度大于缸温30℃（保证减温器后蒸汽具备50℃的过热度），避免出现由于主再热蒸汽温度过高，汽轮机正应力过大限制机组加负荷。
（5）汽轮机进汽完成主调门开度100%后，不要立即投入汽轮机IPC控制模式，冷态启动时如过早投入汽轮机IPC模式，汽轮机主调门刚开足又关回去节流调节，不利于汽轮机充分暖机加负荷，待机组负荷110MW以上，机组负荷不受限制时投入IPC模式。
燃气—蒸汽联合循环机组冷态启动升负荷的速率主要受限制于汽轮机的热应力的影响，因此在整个汽轮机进汽过程中操作要慢，汽轮机充分暖机，严密监视振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化。
表一：汽轮机冷态启动参数情况
主调门开度
10%
25%
50%
100%
高压缸温（℃）
148
280
305
326
中压缸温（℃）
96
266
282
302
高压应力
43
68
75
68
中压应力
25
75
71
68
4.2汽轮机温态启动
燃气—蒸汽联合循环机组温态启动时汽轮机进汽后，高压缸缸温下降不明显，但缸温上升的速度很快，汽轮机的热应力也很快由负变正，汽轮机进汽参数见表二，华能金陵燃机热电有限公司的汽轮机型号是哈汽D10优化型产品，采用高中压合缸，温态启动初期由于高压主蒸汽流量小，经汽轮机做功后的蒸汽进入HRSG再热器中换热效果差，再热汽的温度、压力较低对汽轮机中压缸会产生较大的负应力，而且负应力时间也会较长，因此汽轮机温态启动时要适当提高汽轮机的进汽参数，加强对再热系统的疏水，待负应力变正后关闭疏水。燃气—蒸汽联合循环机组温态启动时燃机负荷基本不受限制，而汽轮机的升负荷速率受汽轮机金属材料应力的限制，为了平衡两者之间的矛盾，在汽轮机温度启动过程中我们主要采取以下措施：
（1）燃气—蒸汽联合循环机组温态启动时受天然气华白指数限制，要求燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度150°时才允许投入温度匹配模式，否则燃机燃烧脉动较大，易造成燃机燃烧系统损坏，但由于机组温态启动锅炉升温升压较慢，待燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度到达150°一般机组并网后需等待25min左右，此时汽轮机的进汽参数已经满足要求，本文推荐汽轮机先进汽待天然气温度到达150°后再投入温度匹配，此时当汽轮机进汽后会限制燃机负荷，运行人员需控制好燃气的排气温度TTXM，燃机排气温度按照汽轮机进汽前的排气温度TTXM控制，当排气温度TTXM下降时燃机手动加负荷，避免出现由于汽轮机进汽后燃机限负荷TTXM下降造成主汽温下跌，影响汽轮机进汽。在燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度未到达150°之前要控制好燃机的燃烧基准温度TTRX在1750℉左右，避免燃机燃烧方式由次先导向先导预混模式切换，造成机组燃烧脉动大，燃烧方式来回切换。
（2）汽轮机进汽当主调门开度到达25%左右时，此时汽轮机的热应力也较大，在MKVI汽机蒸汽画面中手动点击汽轮机负荷控制HOLD ON靶标，汽轮机停止进汽进行低负荷暖机，低负荷暖机时严密监视机组的振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化。待汽轮机各参数稳定，汽轮机应力稳定，蒸汽温度与缸温差在30--50℃时汽轮机再次进汽，如进汽过程出现汽轮机热应力过大或振动超限立即停止进汽，待参数恢复正常后继续进汽。
（3）如汽轮机温态启动缸温较低，燃机需要通过开大IGV角度获得较低燃机排气温度TTXM时，汽轮机进汽完成主调门开度100%，不退出温度匹配，将温度匹配改为“手动”调节模式，按15℃/10min的速率来改变燃机排气温度TTXM的设定值，直至TTXM设定值升至561℃，在人工增加TTXM设定值的过程中燃机IGV的角度缓慢关至49°，当IGV关至49°后退出温度匹配，机组继续升负荷。该方法汽轮机的热应力会控制的很好，不会限制机组升负荷的速率，相对传统操作方法能节约机组温态启动时间3min，减少机组启动时间。 表二：汽轮机温态启动参数情况
主调门开度
10%
25%
50%
100%
高压缸温（℃）
195
323
333
357
中压缸温（℃）
178
298
304
318
高压应力
-6
65
58
45
中压应力
-5
20
35
48
4.3汽轮机热态启动
燃气—蒸汽联合循环机组热态启动，机组并网后待燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度到达150°时投入温度匹配，一般机组热态启动等待天然气温度需要10min左右，机组热态启动时由于汽轮机的高压内缸第一级的温度较高，对于早启晚停机组缸温一般在510℃以上，燃机通过加负荷来提高燃机的排气温度TTXM到达温度匹配的上限值561℃，在燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度未到达150°之前要控制好燃机的燃烧基准温度TTRX在1750℉左右，避免燃机燃烧方式由次先导向先导预混模式切换，造成机组燃烧脉动大，燃烧方式来回切换。汽轮机热态启动时由于进汽参数较高，汽轮机进汽初期由于汽轮机的进汽流量较小，经过调门节流后主蒸汽温度低于汽轮机各部件的温度，这样进汽初期汽轮机转子和汽缸表面会受到冷却的拉应力，后阶段随着主调门的开大和燃机负荷的增加，高压主汽温不断提高，高于汽轮机各部件的温度后以对流换热的形式将热量传递给汽轮机，此时汽轮机转子和汽缸表面受压应力，机组热态启动进汽后相关参数见表三。针对上述汽轮机热态启动过程中要经历一个压拉应力过程，我们采取控制应力的方法：
（1）提高汽轮机热态启动的进汽参数，当主蒸汽温度高于高压缸上内缸第一级温度后，汽轮机开始进汽。
（2）汽轮机进汽后将温度匹配由“自动”模式改为“手动”模式，通过手动增加燃机排气温度TTXM定值，从而提高主再热蒸汽的温度，到达减小汽轮机高中压缸转子和缸体表面的负应力。
表三：汽轮机热态启动参数情况
主调门开度
10%
25%
50%
100%
高压缸温（℃）
520
513
520
530
中压缸温（℃）
508
493
494
502
高压应力
-20
0
4
15
中压应力
-8
-68
-62
-7
4.4滑参数停机
当燃气—蒸汽联合循环机组运行中出现主设备故障需要临时检修时，为了节约机组检修工期，缩短机组停机盘车时间，此时我们需要采用滑参数停机，最大限度降低汽轮机的缸温，提前进入检修。由于GE公司未提供相关滑参数停机的技术资料，本文主要介绍通过“手动”控制温度匹配的方法进行滑参数停机。滑参数停机耗时约4小时，滑参数停机后汽轮机高压缸缸温最低可以降至380℃，滑参数停机过程中应控制好主、再汽温度与缸温之差在+5～-20℃，同时保证蒸汽具有50℃过热度，严密监视机组的振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化，如果有参数变化过快或是达到报警值，必须暂停降汽温，待相关参数变化稳定后再进行操作。滑参数停机的主要操作步骤：
（1）机组负荷降至280MW。
（2）联系热控，退出主、再热蒸汽温度低强关主、再热蒸汽减温水门逻辑。
（3）预选负荷设定为140MW，机组开始减负荷，注意IGV开始关闭，TTXM上升，此时应密切注意主、再热汽温的变化情况，控制主、再汽温不低于550℃。
（4）降负荷过程中控制好汽包水位，密切监视机组振动变化情况。
（5）负荷至140MW左右时，手动退出中压背压控制阀，注意监视中压旁路阀自动工作情况，控制旁路阀后温度在150℃内。
（6）通过预选负荷控制，缓慢降负荷，监视燃机排气温度变化，直至燃机排气温度降至560℃左右。此过程中控制主、再热汽温下降速率在规定范围内。
（7）在余热锅炉“Overview”界面中将温度匹配改为手动模式，设定温度匹配定值为560℃，在Mark Ⅵ温度匹配页面投入温度匹配。
（8）每十分钟降低“温度匹配”设定值10℃，根据应力情况适当调整，控制汽温、缸温下降速率在规定范围内。
（9）当主汽压力在5MPa左右时，将高压旁路切至手动，手动退出IPC，维持高压调门在全开状态。
（10）当主汽温度到400℃左右，开启高、中主汽门阀座前后疏水、高压主蒸汽管道疏水、再热蒸汽管道疏水。
（11）当温度匹配定值降至371℃，并稳定30分钟后，在Mark Ⅵ汽轮机控制页面上点击“Auto Stop”，汽轮机负荷降到0。在高压调门关闭时，将高压旁路投自动模式，维持主汽压力相对稳定。
（12）当高压调门全关后，退出温度匹配，机组点击stop按正常程序停机。
5.结束语
燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机在启停过程中各部件要经历压—拉和拉—压的过程，其中汽轮机转子的工作状况最恶劣，既要受到热应力的影响又要受离心力的作用，汽轮机频繁启停会造成设备疲劳损坏，在汽轮机运行中要多关注汽轮机热应力的变化，控制好蒸汽温度与汽轮机金属温度的温差。针对S109F燃气--蒸汽联合循环机组通过手动温度匹配来控制燃机排气温度TTXM定值、汽轮机间断进汽、提前介入主再热减温水等方法来控制汽轮机启停过程中的热应力，保证汽轮机启动过程中不受热应力限制加负荷速率，从而提高机组的启动速度，节约机组启动成本，在机组需要临时检修时可以提前降低汽轮机的缸温，为机组临检节约时间。
参考文献：
[1]中国华电集团公司.《大型燃气—联合循环发电技术丛书》[M].中国电力出版社，2009.
[2]GE公司.9F燃气轮机运行维护手册.
[3]华能金陵燃机热电有限公司汽轮机运行规程.2014年10月第三版.
作者介绍：
梁佼鹏（1985-），男，山西阳泉人，华能金陵燃机热电有限公司运行主值，从事燃气轮机运行工作。
周建（1982-），男，江苏盐城人，华能金陵燃机热电有限公司运行值长，从事燃气轮机运行管理工作。
关键词：燃气—蒸汽联合循环;缸温;汽轮机;热应力;IGV;减温水;TTXM
1.汽轮机的热应力
华能金陵燃机热电有限公司S109FA燃气--联合循环机组在江苏电网中作为调峰运行机组运行。汽轮机在启动、停机和变工况过程中，由于流经汽轮机各段的蒸汽参数变化，将引起汽缸和转子温度的变化在金属温度的不稳定转变过程中，金属内外壁或表面各处必然会产生温差，因此，金属内部就会产生热应力，而热应力的交变循环将损耗汽轮机的寿命。
高温高压大功率汽轮机的启动和带负荷，特别是冷态启动过程要求十分严格，对转子和汽缸的热应力要进行严密监视。因为在机组启动和带负荷过程中，汽轮机转子及汽缸温度变化将产生很大的热应力。如果启动过程控制不好，将影响汽轮机的使用寿命，甚至损坏设备。除了汽轮机冷态启动和带负荷，产生热应力外，其热态启动和主蒸汽温度变化同样对汽轮机热应力产生不良影响，因此加强机炉的配合，提高锅炉的运行可靠性是一个非常重要的问题。汽缸和转子在启动和负荷变化过程中，本身的温度分布是不均匀的，受蒸汽冲刷的表面温度高，金属内部温度低，高、中压转子进汽部分表面温度较高，中心孔温度较低，沿着转子半径存在着一个由里向外温度逐步增高的温度梯度。这个温度梯度使金属各部分膨胀不同，因而产生机械应力，这种由热产生的机械应力定义为热应力。
2.汽轮机热应力控制的意义
汽轮机的启动过程对汽轮机汽缸和转子等部件来说是个加热的过程。汽机冷态启动时，通流部件的温度几乎等于室温。而正常运行时，通流部件的温度非常高，在整个启动过程中，汽轮机转子温度和缸温要上升到500度左右，随着进入汽缸蒸汽温度的提高和流量的增加，蒸汽传给汽缸和转子的热量不断增加，使汽缸和转子的温度不断提高，汽缸加热时内壁温度高于外壁温度，内壁的热膨胀受到外壁的约束，受压缩产生压缩热应力;而外壁受到内壁膨胀的拉伸产生拉伸热应力。同样，当转子被加热时转子外表面和中心孔存在温差，温度高的外表面受压缩热应力，中心孔受拉伸热应力。
汽轮机在降负荷或停机的过程是汽轮机部件冷却的过程，随着蒸汽温度的降低和流量下降，汽缸内壁和转子外表面首先被冷却，而汽缸外壁和转子中心孔则滞后一些，产生的应力与启动时相反。
汽轮机在启动、升负荷、稳定工况下运行、降负荷至停机过程中刚好出现一个交变热应力循环。而压缩和拉伸应力得不断交错循环，将会导致金属产生疲劳裂纹，消耗设备的使用寿命，并逐渐扩大直到断裂失效。对于汽轮机而言，在非稳定状态下运行（如启停，增、减负荷或变温度运行）时，其金属部件将受到固定大小和频率的热应力影响，会导致材料处于一个高水平的疲劳度而出现裂纹。减少部件疲劳，控制热应力的最好方法就是控制部件内外温差，控制部件内外温差的最好方法则是延缓部件的升、降温速率。因此合理的消耗寿命，以便设备在使用寿命内发挥最大的效益就是设备热应力控制的目的。这对机组安全稳定经济运行具有重要的现实意义。
3.汽轮机启动状态的划分及温度匹配的定义
3.1 汽轮机启动状态的划分
根据S109FA燃气—蒸汽联合循环机组早启晚停的运行情况，将汽轮机划分为三种状态冷态启动、温态启动、热态启动。汽轮机高压缸上缸内壁温度在371℃以上时称为热态启动。汽轮机高压缸上缸内壁温度在204-371℃时称为温态启动。汽轮机高压缸上缸内壁温度在204℃以下称为冷态启动。
3.2 温度匹配的目的及定义
温度匹配的目的是为了减少汽轮机在启动过程中的热应力，确保汽轮机的寿命。机组并网后，汽轮机进汽前，根据汽轮机状态和设计要求计算当前匹配的蒸汽参数值，提出合适的燃气轮机排气温度匹配值，由燃料量FSR和IGV共同控制燃气轮机排气温度TTXM，以保证余热锅炉产生的主蒸汽经过主汽阀后温度仍高于汽轮机汽缸壁温，从而保证汽缸进汽后缸壁均匀受热，把汽轮机的热应力控制在可控范围内。
汽轮机MKVI系统向DCS系统发送高压缸进汽室第一级上缸金属温度，由DCS系统根据高压缸进汽室第一级上缸金属温度加上110℃作为燃气轮机排气温度控制值，从而实现燃机排气温度与汽轮机缸温的匹配，为了保证高压主蒸汽温度进入气缸后对高压缸造成冷冲击造成设备损伤。同时对燃气轮机排气温度最大值561℃和最小值371℃进行限制，最大值是防止在温度匹配过程中，高压缸未进汽过程中出现余热锅炉再热器干烧、超温以及汽轮机进汽温度超限产生应力偏大;最小值则是保证高压主蒸汽温度有一定的过热度，防止蒸汽带水保护汽轮机，同时也是燃气轮机在极端工况下也能保证的低限温度。
4.汽轮机启停过程应力变化及控制
4.1 汽轮机冷态启动
燃气—联合循环机组冷态启动并网后，燃机转速控制系统TNR大于100.4即可以投入温度匹配，此时汽轮机的缸温较低，燃机MKVI系统会通过开大压气机IGV角度来降低燃机排气温度，使燃机排气温度维持在371℃，当汽轮机进汽条件满足要求后立即进汽，汽轮机进汽模式为“自动”，机组负荷由燃机MKVI系统根据汽轮机计算应力大小来控制进汽速率，由于汽轮机冷态启动时缸温较低，高压主蒸汽以凝结换热的方式将热量传递给缸体，凝结换热强度非常剧烈，汽轮机冷态启动进汽后相关参数见表一，从表一可以看出汽轮机冷态启动时高压缸温度上升非常快，汽轮机的热应力变化也很明显。这主要是因为温度匹配投入后燃机MKVI是根据汽轮机高压内缸第一级上缸的金属温度加110℃作为燃机的排气温度设定值，随着汽轮机的进汽汽轮机高压内缸第一级金属温度不断上升，燃机排气温度设定值也自动上升，主蒸汽温度不断上升，燃机负荷也不断增加，而汽轮机受材料的限制要求温升很慢。为此我们在汽轮机冷态启动中采取以下措施： （1）汽轮机进汽当主调门开度到达10%左右时，此时汽轮机的热应力也较大，在MKVI汽机蒸汽画面中手动点击汽轮机负荷控制HOLD ON靶标，汽轮机停止进汽进行低负荷暖机，低负荷暖机时严密监视机组的振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化。待汽轮机各参数稳定，汽轮机应力稳定，蒸汽温度与缸温差在30--50℃时汽轮机再次进汽，如进汽过程出现汽轮机热应力过大或振动超限立即停止进汽，待参数恢复正常后继续进汽。
（2）汽轮机进汽过程中当排气温度设定值上升至380℃以上时，手动将温度匹配模式由“自动”改为“手动”方式，人工控制燃机排气温度TTXM的设定值来控制汽轮机缸温的上升速度，按10℃/10min来调节。此时缸温上升速率比较均匀，汽轮机的热应力也在合理范围内不会限制汽轮机进汽的速率。
（3）汽轮机进汽完成主调门开度100%，传统操作方法将温度匹配退出，必须待燃机IGV角度关至最小全速角49°时，才能在MKVI主画面选择“预选负荷”靶标，机组开始继续加负荷，此时等待IGV角度关回至49°时需要等待8—10min，此时运行人员无法干预，本文推荐另一种方法：当汽轮机进汽完成后，不退出温度匹配，温度匹配仍为“手动”调节模式，按15℃/10min的速率来改变燃机排气温度TTXM的设定值，直至TTXM设定值升至561℃，在人工增加TTXM设定值的过程中燃机IGV的角度缓慢关至49°，当IGV关至49°后退出温度匹配，机组继续升负荷。该方法汽轮机的热应力会控制的很好，不会限制机组升负荷的速率，相对传统操作方法能节约机组冷态启动时间5-8min，启动过程中高压应力最大为75。
（4）汽轮机进汽完成主调门开度100%后，解除主、再热蒸汽温度减温器后温度低于504℃超驰关闭减温水电动截止门和调节门，提前投入减温水控制主再热蒸汽温度大于缸温30℃（保证减温器后蒸汽具备50℃的过热度），避免出现由于主再热蒸汽温度过高，汽轮机正应力过大限制机组加负荷。
（5）汽轮机进汽完成主调门开度100%后，不要立即投入汽轮机IPC控制模式，冷态启动时如过早投入汽轮机IPC模式，汽轮机主调门刚开足又关回去节流调节，不利于汽轮机充分暖机加负荷，待机组负荷110MW以上，机组负荷不受限制时投入IPC模式。
燃气—蒸汽联合循环机组冷态启动升负荷的速率主要受限制于汽轮机的热应力的影响，因此在整个汽轮机进汽过程中操作要慢，汽轮机充分暖机，严密监视振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化。
表一：汽轮机冷态启动参数情况
主调门开度
10%
25%
50%
100%
高压缸温（℃）
148
280
305
326
中压缸温（℃）
96
266
282
302
高压应力
43
68
75
68
中压应力
25
75
71
68
4.2汽轮机温态启动
燃气—蒸汽联合循环机组温态启动时汽轮机进汽后，高压缸缸温下降不明显，但缸温上升的速度很快，汽轮机的热应力也很快由负变正，汽轮机进汽参数见表二，华能金陵燃机热电有限公司的汽轮机型号是哈汽D10优化型产品，采用高中压合缸，温态启动初期由于高压主蒸汽流量小，经汽轮机做功后的蒸汽进入HRSG再热器中换热效果差，再热汽的温度、压力较低对汽轮机中压缸会产生较大的负应力，而且负应力时间也会较长，因此汽轮机温态启动时要适当提高汽轮机的进汽参数，加强对再热系统的疏水，待负应力变正后关闭疏水。燃气—蒸汽联合循环机组温态启动时燃机负荷基本不受限制，而汽轮机的升负荷速率受汽轮机金属材料应力的限制，为了平衡两者之间的矛盾，在汽轮机温度启动过程中我们主要采取以下措施：
（1）燃气—蒸汽联合循环机组温态启动时受天然气华白指数限制，要求燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度150°时才允许投入温度匹配模式，否则燃机燃烧脉动较大，易造成燃机燃烧系统损坏，但由于机组温态启动锅炉升温升压较慢，待燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度到达150°一般机组并网后需等待25min左右，此时汽轮机的进汽参数已经满足要求，本文推荐汽轮机先进汽待天然气温度到达150°后再投入温度匹配，此时当汽轮机进汽后会限制燃机负荷，运行人员需控制好燃气的排气温度TTXM，燃机排气温度按照汽轮机进汽前的排气温度TTXM控制，当排气温度TTXM下降时燃机手动加负荷，避免出现由于汽轮机进汽后燃机限负荷TTXM下降造成主汽温下跌，影响汽轮机进汽。在燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度未到达150°之前要控制好燃机的燃烧基准温度TTRX在1750℉左右，避免燃机燃烧方式由次先导向先导预混模式切换，造成机组燃烧脉动大，燃烧方式来回切换。
（2）汽轮机进汽当主调门开度到达25%左右时，此时汽轮机的热应力也较大，在MKVI汽机蒸汽画面中手动点击汽轮机负荷控制HOLD ON靶标，汽轮机停止进汽进行低负荷暖机，低负荷暖机时严密监视机组的振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化。待汽轮机各参数稳定，汽轮机应力稳定，蒸汽温度与缸温差在30--50℃时汽轮机再次进汽，如进汽过程出现汽轮机热应力过大或振动超限立即停止进汽，待参数恢复正常后继续进汽。
（3）如汽轮机温态启动缸温较低，燃机需要通过开大IGV角度获得较低燃机排气温度TTXM时，汽轮机进汽完成主调门开度100%，不退出温度匹配，将温度匹配改为“手动”调节模式，按15℃/10min的速率来改变燃机排气温度TTXM的设定值，直至TTXM设定值升至561℃，在人工增加TTXM设定值的过程中燃机IGV的角度缓慢关至49°，当IGV关至49°后退出温度匹配，机组继续升负荷。该方法汽轮机的热应力会控制的很好，不会限制机组升负荷的速率，相对传统操作方法能节约机组温态启动时间3min，减少机组启动时间。 表二：汽轮机温态启动参数情况
主调门开度
10%
25%
50%
100%
高压缸温（℃）
195
323
333
357
中压缸温（℃）
178
298
304
318
高压应力
-6
65
58
45
中压应力
-5
20
35
48
4.3汽轮机热态启动
燃气—蒸汽联合循环机组热态启动，机组并网后待燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度到达150°时投入温度匹配，一般机组热态启动等待天然气温度需要10min左右，机组热态启动时由于汽轮机的高压内缸第一级的温度较高，对于早启晚停机组缸温一般在510℃以上，燃机通过加负荷来提高燃机的排气温度TTXM到达温度匹配的上限值561℃，在燃机燃料辅助截止阀ASV前天然气温度未到达150°之前要控制好燃机的燃烧基准温度TTRX在1750℉左右，避免燃机燃烧方式由次先导向先导预混模式切换，造成机组燃烧脉动大，燃烧方式来回切换。汽轮机热态启动时由于进汽参数较高，汽轮机进汽初期由于汽轮机的进汽流量较小，经过调门节流后主蒸汽温度低于汽轮机各部件的温度，这样进汽初期汽轮机转子和汽缸表面会受到冷却的拉应力，后阶段随着主调门的开大和燃机负荷的增加，高压主汽温不断提高，高于汽轮机各部件的温度后以对流换热的形式将热量传递给汽轮机，此时汽轮机转子和汽缸表面受压应力，机组热态启动进汽后相关参数见表三。针对上述汽轮机热态启动过程中要经历一个压拉应力过程，我们采取控制应力的方法：
（1）提高汽轮机热态启动的进汽参数，当主蒸汽温度高于高压缸上内缸第一级温度后，汽轮机开始进汽。
（2）汽轮机进汽后将温度匹配由“自动”模式改为“手动”模式，通过手动增加燃机排气温度TTXM定值，从而提高主再热蒸汽的温度，到达减小汽轮机高中压缸转子和缸体表面的负应力。
表三：汽轮机热态启动参数情况
主调门开度
10%
25%
50%
100%
高压缸温（℃）
520
513
520
530
中压缸温（℃）
508
493
494
502
高压应力
-20
0
4
15
中压应力
-8
-68
-62
-7
4.4滑参数停机
当燃气—蒸汽联合循环机组运行中出现主设备故障需要临时检修时，为了节约机组检修工期，缩短机组停机盘车时间，此时我们需要采用滑参数停机，最大限度降低汽轮机的缸温，提前进入检修。由于GE公司未提供相关滑参数停机的技术资料，本文主要介绍通过“手动”控制温度匹配的方法进行滑参数停机。滑参数停机耗时约4小时，滑参数停机后汽轮机高压缸缸温最低可以降至380℃，滑参数停机过程中应控制好主、再汽温度与缸温之差在+5～-20℃，同时保证蒸汽具有50℃过热度，严密监视机组的振动、缸胀、差胀、轴向位移、汽轮机缸温、上下缸温差、瓦温等参数的变化，如果有参数变化过快或是达到报警值，必须暂停降汽温，待相关参数变化稳定后再进行操作。滑参数停机的主要操作步骤：
（1）机组负荷降至280MW。
（2）联系热控，退出主、再热蒸汽温度低强关主、再热蒸汽减温水门逻辑。
（3）预选负荷设定为140MW，机组开始减负荷，注意IGV开始关闭，TTXM上升，此时应密切注意主、再热汽温的变化情况，控制主、再汽温不低于550℃。
（4）降负荷过程中控制好汽包水位，密切监视机组振动变化情况。
（5）负荷至140MW左右时，手动退出中压背压控制阀，注意监视中压旁路阀自动工作情况，控制旁路阀后温度在150℃内。
（6）通过预选负荷控制，缓慢降负荷，监视燃机排气温度变化，直至燃机排气温度降至560℃左右。此过程中控制主、再热汽温下降速率在规定范围内。
（7）在余热锅炉“Overview”界面中将温度匹配改为手动模式，设定温度匹配定值为560℃，在Mark Ⅵ温度匹配页面投入温度匹配。
（8）每十分钟降低“温度匹配”设定值10℃，根据应力情况适当调整，控制汽温、缸温下降速率在规定范围内。
（9）当主汽压力在5MPa左右时，将高压旁路切至手动，手动退出IPC，维持高压调门在全开状态。
（10）当主汽温度到400℃左右，开启高、中主汽门阀座前后疏水、高压主蒸汽管道疏水、再热蒸汽管道疏水。
（11）当温度匹配定值降至371℃，并稳定30分钟后，在Mark Ⅵ汽轮机控制页面上点击“Auto Stop”，汽轮机负荷降到0。在高压调门关闭时，将高压旁路投自动模式，维持主汽压力相对稳定。
（12）当高压调门全关后，退出温度匹配，机组点击stop按正常程序停机。
5.结束语
燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机在启停过程中各部件要经历压—拉和拉—压的过程，其中汽轮机转子的工作状况最恶劣，既要受到热应力的影响又要受离心力的作用，汽轮机频繁启停会造成设备疲劳损坏，在汽轮机运行中要多关注汽轮机热应力的变化，控制好蒸汽温度与汽轮机金属温度的温差。针对S109F燃气--蒸汽联合循环机组通过手动温度匹配来控制燃机排气温度TTXM定值、汽轮机间断进汽、提前介入主再热减温水等方法来控制汽轮机启停过程中的热应力，保证汽轮机启动过程中不受热应力限制加负荷速率，从而提高机组的启动速度，节约机组启动成本，在机组需要临时检修时可以提前降低汽轮机的缸温，为机组临检节约时间。
参考文献：
[1]中国华电集团公司.《大型燃气—联合循环发电技术丛书》[M].中国电力出版社，2009.
[2]GE公司.9F燃气轮机运行维护手册.
[3]华能金陵燃机热电有限公司汽轮机运行规程.2014年10月第三版.
作者介绍：
梁佼鹏（1985-），男，山西阳泉人，华能金陵燃机热电有限公司运行主值，从事燃气轮机运行工作。
周建（1982-），男，江苏盐城人，华能金陵燃机热电有限公司运行值长，从事燃气轮机运行管理工作。