汽輪機快速冷卻的幾種方式比較

停機后汽輪機快速冷卻的幾種方式比擬楊忠彪〔遼寧華電鐵嶺發(fā)電〕摘要：針對汽輪機在滑參數停機時需冷卻汽缸及法蘭的問題，提出有效、快捷的冷卻方法，以縮短檢修工期和提高機組利用率．在機組滑停時，介紹了幾種常見的冷卻汽缸的汽源，并提出了新的冷卻汽源及使用方法。關鍵詞：電力工業(yè)；汽輪機；自然冷卻；強迫冷卻；蒸汽冷卻；壓縮空氣冷卻；通汽冷卻現(xiàn)代高參數大容量機組汽缸外部都具有絕熱性能良好的保溫層，這對加強汽缸保溫減少散熱損失效果十分顯著，但在檢修停機后自然冷卻過程中，由于汽缸散熱條件較差、蓄熱量大、汽缸壁溫下降較慢，需要很長的冷卻時間．隨著電力技術的開展，自動化水平的提高，我國大型機組大都配置了功能強大的分散控制系統(tǒng)〔DCS〕和數字電液控制系統(tǒng)〔DEH〕，并且使用狀況都非常好，在DEH給定值〔即負荷、汽溫、汽壓〕指令下都能均勻地調節(jié)汽溫、汽壓及機組出力．因此，現(xiàn)在很多電廠在大小修前都采用滑參數停機來降低汽缸溫度水平，使汽缸溫度降到最低，以便及時開工檢修，縮短檢修工期．但是，在滑參數停機過程中，汽缸夾層冷卻汽源如果選擇不當，就達不到理想效果，嚴重時會使汽缸金屬壁溫受到熱沖擊產生裂紋．現(xiàn)在滑參數停機，已經普遍應用于大容量汽輪機組．由于機組容量大、參數高、尺寸大，且普遍采用硅酸鈣、硅酸鋁等優(yōu)質保溫材料，由此帶來了機組停機后，自然冷卻速度減慢，延長了機組檢修開缸時間等問題。表1列出了不同容量的汽輪機在正常停機后自然冷卻到缸150℃所需時間.以國產300MW機組為例，由表中可以看出，汽輪機停機后要使缸溫自然冷卻到揭缸溫度150針對上述情況，為實現(xiàn)停機后的快速冷卻，提前全面鋪開機組大、小修或故障搶修，縮短檢修工期，讓機組提前并網、爭效益、多發(fā)電，國內外有關機構對汽輪機停機后的強迫冷卻工作進行了大量的試驗研究，取得了顯著的效果.本文就目前采用的不同強迫冷卻方式的特點進行比擬分析。表1汽輪機停機后的冷卻時間功率(MW)100125200300冷卻時間(h)60---8080---100110---130130--1501抽真空通氣冷卻法1.1抽真空通氣冷卻的系統(tǒng)例如圖1抽真空通氣冷卻法冷卻空氣流程圖1是某200MW機組抽真空通氣冷卻法的空氣流程，高壓缸冷卻空氣由過熱器集箱上的排汽管吸入，經主汽管、主汽閥、調速汽閥后進入高壓缸，熱空氣由高壓缸排汽逆止閥前的疏水管經疏水擴容器后進入凝汽器。中壓缸冷空氣由再熱器出口集箱排汽管吸人，經再熱汽熱段管道、中壓主汽閥、中壓調節(jié)閥后進人中壓缸，再通過低壓缸排人凝汽器。高缸夾層及潑蘭冷卻空氣通過各自混溫聯(lián)箱上平安閥引入，然后排至凝汽，排入凝汽器的空氣經射水抽氣器抽出.應該指出的足，汽輪機停機后進行抽真空冷卻，除必須要保持正常盤車外，還需投用抽封汽.1.2抽真空通氣冷卻法的特點從分析中可以看出，抽真空通氣冷卻法的特點是：不需要增加任何新的設備，投資少，系統(tǒng)操作簡單，便于運行人員掌握。但也存在以下缺點：首先受抽氣器容量限制，空氣流量小，冷卻后期效果差。另外，軸封供汽參數偏低，有時蒸汽帶水進軸封，使轉子軸封彈性槽受到很大的熱應力沖擊，造成大的壽命損耗。再者，空氣人口處金屬和空氣溫差大，易發(fā)生急劇冷卻，也會造成較大的熱應力.2壓縮空氣強迫冷卻法2.1壓縮空氣強迫冷卻的冷卻系統(tǒng)采用壓縮空氣作為冷卻介質的快速冷卻法，被認為是一種較為平安方便的冷卻法，根據壓縮空氣進氣點的不同，可分為以下二方式：(1)壓縮空氣順流冷卻高壓缸、中壓缸和低壓缸；(2)縮空氣逆流冷卻高壓缸，順流冷卻中壓缸和低壓缸；圖2為某200MW機組采用順流冷卻方式的壓縮空氣冷卻系統(tǒng)。壓縮空氣從甲、乙自動主汽閥后的疏水閥進入高壓缸，排氣由搖板逆止閥前的排氣管排出；中壓缸冷卻氣源從中壓缸導汽管四并一疏水閥進入；大局部空氣進入低壓缸，經真空破壞閥放空氣，必要時可開抽氣器抽出，少局部空氣經5、6級抽汽逆止閥的排汽管排人大氣，法蘭冷卻氣源從法5、6級抽汽逆止閥的排汽管排人大氣，法蘭冷卻氣源從法蘭混溫箱進入，經左、右法蘭排人法蘭集汽箱，最后進入凝汽器：汽缸夾層冷卻氣源從汽缸加熱混溫箱進入，經高壓汽缸上、下進汽短管進入汽缸夾層，局部氣流通過汽缸疏水管排人凝汽器，局部氣流，通過隔熱環(huán)至高壓缸排汽管排人大氣.圖2壓縮空氣冷卻系統(tǒng)(順流)圖3為某200MW機組采用高壓缸逆流，中、低壓缸順流冷卻方式的壓縮空氣流程圖.由第一級集氣箱引出的壓縮空氣從高壓缸排汽逆止閥后疏水管導人再熱蒸汽冷段管，經再熱器并吸收其余熱，進入再熱蒸汽熱段管：再經中壓主汽閥，中壓調速汽閥進人中壓缸，對中壓缸進行冷卻，最后由六段抽汽疏水管排出。少量中壓缸排汽進入低壓缸從兩端的軸封間隙排出，以起到防腐枯燥作用。由第二級集氣箱引出的壓縮空氣從高壓缸排汽逆止閥前疏水管這導人高壓缸排汽管，從高壓缸后部進入高壓缸，分兩路對高壓缸進行冷卻.一路通過內缸和轉子，最后由速度級進入噴嘴室，經過高壓缸進汽管，高壓主汽閥，從電動主閘閥后防腐閥排出；另一路通過內外缸夾層，由上下兩個汽缸加熱管進入汽缸加熱聯(lián)箱，從汽缸加熱聯(lián)箱的疏水管排出.冷卻高壓外缸法蘭螺栓的壓縮空氣也由二級集氣箱引出，從法蘭螺栓排汽聯(lián)箱的疏水管導人法蘭螺栓排汽聯(lián)箱，進入法蘭螺栓汽道，最后經法蘭螺栓加熱聯(lián)箱并由其疏水管排出.比擬上述三種方案，順流冷卻時，傳熱溫差大，有較大的但由于是全周進汽，對轉子、汽缸冷卻比擬均勻，進氣區(qū)原來都有金屬溫度監(jiān)視點可加利用，便于監(jiān)視和控制冷卻速率.逆流冷卻雖然進口傳熱溫差小，在汽輪機處于高溫階段冷卻時受熱沖擊的風險較小，其冷卻效果比順流冷卻好，但不具有順流冷卻的均勻性優(yōu)點及進汽區(qū)無現(xiàn)成的金屬溫度監(jiān)視測點，因此不便于及時監(jiān)視及調節(jié).采用前述方案(2)時，因壓縮空氣首先接觸高壓缸溫度較低的局部，待其到達高溫局部時由于壓縮空氣吸收了汽缸的熱量，溫度已有所升高，而冷卻中壓缸的壓縮空氣如果先經過再熱器.便能多吸收爐膛的余熱而得到進一步加強，這樣高中壓缸均不會造成大的熱沖擊.另外，使用的壓縮空氣如果先經過再熱器，便能夠吸收爐膛的余熱而得到進一步的加溫，這樣壓縮空氣進行快冷，同時也是對汽缸內部進行枯燥處理的過程.有利于機體內部的防腐，相對延長了機件的使用壽命，降低了機件損壞的可能性。根據上述分析，筆者認為，采用前述方案(2)較為合理，其次是方案(1).2.2壓縮空氣強迫冷卻的特點采用壓縮空氣強迫冷卻時，由于空氣較小，對流換熱系數小且無相變換熱.因而冷卻過程和緩、平安且易于控制。但現(xiàn)場需備有一定的壓縮空氣管道,增加壓縮空氣用量,同時為使冷卻空氣和汽缸金屬溫度相匹配,增加一套壓縮空氣加熱系統(tǒng),故需增加一定的投資.此外，在冷卻過程中，還應設法防止冷汽倒入，做好系統(tǒng)隔離工作.圖3壓縮空氣冷卻系統(tǒng)(高壓缸逆流．中、低壓缸順流)3蒸汽冷卻法該方法利用輔助汽源或鍋爐余熱產生低溫低壓蒸汽通入汽輪機，使轉速保持在300～100r/mim，對汽輪機進行冷卻。3.1利用輔助汽源進行冷卻的冷卻系統(tǒng)圖4為某廠一臺300MW機組利用原調溫裝置冷卻示意圖。具體的汽缸冷卻方式是停機后電動主閘閥關閉，高、中壓主汽閥，調節(jié)閥關閉，所有抽逆止閥隔絕閥關閉，凝汽器循環(huán)水保持通水.凝汽器維持40～80KPa真空，除調節(jié)閥導汽管、短管及汽缸本體疏水開足外，其它各有關疏水閥均關閉，汽輪機軸封照常通氣.在盤車裝置連續(xù)運行的條件下，利用原來夾層及法蘭調溫裝置的備用汽源，將冷卻蒸汽通入汽缸夾層及法蘭，夾層冷卻汽在通入高壓缸第六級(或中壓缸第四級)后通過調節(jié)閥(或聯(lián)合汽閥)導汽管及短疏水管(中壓缸還通過排汽管)排出到凝汽器，這樣夾層冷卻汽在汽缸內有一局部倒流.這局部汽與漏進的軸封汽對汽缸內部及轉子進行一定的冷卻.采用上述蒸汽冷卻法的優(yōu)點是，根本不需要改動及增加設備和系統(tǒng)，且有可能克服冷卻中高、中壓缸負脹差大的缺點.但應注意以下問題：(1)投入汽缸冷卻蒸汽前，夾層及法蘭調溫聯(lián)箱的暖箱必須充分，投入汽缸冷卻蒸汽后聯(lián)箱疏水仍可保持一定開度，以防疏水帶入汽缸.(2)冷卻中汽源溫度的調節(jié)應逐步降低，注意保持汽缸溫度的下降均勻穩(wěn)定.(3)汽輪機各級抽汽隔絕閥電動關閉后，還應手操關閉，保證嚴密可靠。(4)冷卻過程中加強對汽缸各局部溫度溫差的檢測及記錄，據此及時調整操作，以保證汽缸冷卻平安可靠.圖4300MW汽輪機利用原調溫裝置冷卻示意圖3.2鍋爐余汽冷卻法的冷卻系統(tǒng)圖5為某200MW汽輪機所采用的鍋爐余汽冷卻系統(tǒng)示意圖，具體做法是當機組解列停機、轉速降低到500rim時，全開主汽閥，調速汽閥、中聯(lián)閥；全關主閘閥，僅控制主閘閥的旁路閥，維持機組處于較低轉速下進行冷卻，機組上除調速級的疏水閥開啟外，其余疏水閥全關，并維持機組真空在400～500mmHg。隨著鍋爐壓力的逐漸降低，應逐漸開大旁路閥直到全開，繼而再開啟主閘閥直到開足為止，以保證汽缸金屬一定的冷卻速度和機組必要的轉速.采用鍋爐余汽冷卻法的特點是，不需要增加新的系統(tǒng)和設備，在鍋爐保持一定余壓的情況下起始冷卻速度比擬快，冷卻效果好，對汽輪機金屬無熱沖擊.但運行人員操作頻繁，鍋爐汽包，汽缸等上、下溫差和汽機脹差等難以控制，須承當一定的風險.圖5鍋爐余汽冷卻系統(tǒng)示意圖4結論根據以上幾種方案的比擬分析及國內多個電廠的試驗研究可得出以下結論：(1)從冷卻效果來看，壓縮空氣冷卻法和蒸汽冷卻法優(yōu)于抽真空通氣冷卻法：蒸汽冷卻法和抽真空通氣冷卻法較之壓縮空氣冷卻法滑停時間長，但壓縮空氣冷卻法電廠需備有空壓機房和增鋪一定的壓縮空氣管道，增加一定的系統(tǒng)投資.(2)壓縮空氣冷卻法和抽真空通氣冷卻法較蒸汽冷卻法操作簡單，便于運行人員掌握。壓縮空氣冷卻法防止了抽真空通氣冷卻法的軸封供汽參數偏低和蒸汽冷卻法的溫差、脹差不受控制及其冷卻后期冷卻速率受限制等一系列缺乏．并具有便于控制冷卻速率，可以做到全程均勻冷卻等優(yōu)點。因此，壓縮空氣冷卻方式是大機組停機后強迫冷卻的較佳方案.在機組大小修前采用滑參數停機，能有效、快捷地冷卻汽缸，這對縮短檢修工期、提高機組利用率具有顯著效果，因此這幾種方法被廣泛應用．參考文獻：[1]徐貞禧．大型汽輪機強制通風逆流快速冷卻技術的應用中國電力，1994，(4)．[2]許慎，等．125MW汽輪機