汽缸快速冷卻裝置在 300MW機(jī)組上的應(yīng)用

陶湘云

(望亭發(fā)電廠,江蘇 蘇州 215155)

汽輪機(jī)快速冷卻裝置是一種適合大功率汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)使用的輔助設(shè)備。廠雜用壓縮空氣經(jīng)該設(shè)備濾清、除水、加熱至一定溫度后,通過(guò)系統(tǒng)管道輸入汽缸本體中對(duì)其缸體及通流部分進(jìn)行快速冷卻,以縮短汽輪機(jī)停機(jī)冷卻時(shí)間,提高機(jī)組的可用率。望亭發(fā)電廠在 300MW機(jī)組的中修、維修及大修 3次停機(jī)過(guò)程中,不僅成功地采用了滑參數(shù)停機(jī),同時(shí)還成功地采用了汽缸快速冷卻裝置,使每次檢修工期均縮短 3～4d。通過(guò)開(kāi)缸檢查汽缸快冷裝置投用對(duì)汽輪機(jī)無(wú)任何影響,取得了非常理想的效果。

1 投用前的準(zhǔn)備

1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

望亭發(fā)電廠運(yùn)行部汽機(jī)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)設(shè)備性能、工作原理以及 300MW機(jī)組可適用程度進(jìn)行了研究,提出了很多實(shí)用性的意見(jiàn);同時(shí),對(duì)其他發(fā)電廠快冷裝置投用較成功的機(jī)組也進(jìn)行調(diào)研,獲取了一定的操作經(jīng)驗(yàn)和資料,編寫(xiě)了適合 300MW機(jī)組汽輪機(jī)汽缸快速冷卻操作規(guī)程。另外,為了提高快速冷卻裝置投用的可靠性和安全性,針對(duì) 300MW機(jī)組快速冷卻設(shè)備和系統(tǒng)的不同特點(diǎn),制訂了裝置投用前的操作規(guī)程和注意事項(xiàng),其中對(duì)裝置本身的調(diào)試、快速冷卻系統(tǒng)管道的沖管等都做了詳細(xì)的布置和操作指導(dǎo),及時(shí)分發(fā)到各部門(mén)及班組,使操作人員在操作前有足夠的時(shí)間熟悉和準(zhǔn)備,并提出反饋意見(jiàn),不合理的地方及時(shí)修改,在技術(shù)上首先得到了保證。

1.2 人員組織準(zhǔn)備

在機(jī)組停用前組織運(yùn)行人員進(jìn)行了快速冷卻裝置投用的專(zhuān)題培訓(xùn),對(duì)目前快速冷卻裝置投用安裝條件成熟程度、設(shè)備構(gòu)造、操作使用步驟和快速冷卻操作規(guī)程都一一進(jìn)行了解釋。明確了快速冷卻裝置投用操作人員的分工。

1.3 設(shè)備投用前的準(zhǔn)備

(1)快速冷卻裝置調(diào)試。汽缸快速冷卻裝置及系統(tǒng)自從在望亭電廠 2臺(tái) 300MW機(jī)組安裝以來(lái),由生產(chǎn)技術(shù)科主持,在檢修和運(yùn)行專(zhuān)業(yè)人員的共同配合下進(jìn)行了多次設(shè)備及系統(tǒng)調(diào)試,掌握了溫度的控制設(shè)定、冷卻流量的改變對(duì)加熱溫度的影響、最大加熱溫度及加熱氣量以及相關(guān)保護(hù)的校驗(yàn)調(diào)整等重要數(shù)據(jù)。

(2)快速冷卻系統(tǒng)管道的沖管?？焖倮鋮s系統(tǒng)管道安裝以來(lái)一直未使用過(guò),管道內(nèi)垃圾若進(jìn)入汽缸必定會(huì)造成設(shè)備損壞,所以,對(duì)首次使用的系統(tǒng)管道進(jìn)行沖洗是不可缺少的一道工序。汽機(jī)運(yùn)行專(zhuān)業(yè)人員針對(duì) 2臺(tái) 300MW機(jī)組系統(tǒng)布置特點(diǎn)制訂了不同的管道蒸汽沖洗流程,詳細(xì)布置各個(gè)沖洗過(guò)程和相應(yīng)的注意事項(xiàng),并在運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行,通過(guò)檢修并驗(yàn)證管道沖洗確已清潔,方告結(jié)束。

(3)雜用壓縮空氣管道疏水?？焖倮鋮s裝置調(diào)試發(fā)現(xiàn)雜用壓縮空氣母管長(zhǎng)期不使用,管內(nèi)積有大量油水,雖然裝置為避免投用時(shí)油水進(jìn)入系統(tǒng)而增加了 1套油水分離器和精濾裝置,但為了安全起見(jiàn),在 300MW機(jī)組雜用壓縮空氣母管低洼段均增加 2個(gè)疏水點(diǎn),并在快速冷卻裝置投用前 4～6h開(kāi)始調(diào)節(jié)排放,充分疏水,消除氣中帶水而危害汽缸冷卻時(shí)的隱患。

2 汽輪機(jī)汽缸快速冷卻裝置的投用

2.1 投用前的工況

望亭發(fā)電廠 300MW機(jī)組快速冷卻裝置投用均是在機(jī)組進(jìn)行成功的滑參數(shù)停機(jī)后進(jìn)行的,由于望亭發(fā)電廠 2臺(tái) 300MW機(jī)組都為首次投用快速冷卻裝置,為安全起見(jiàn)均在汽缸溫度比原允許的溫度低的狀態(tài)下投用(根據(jù)原設(shè)計(jì)和試驗(yàn),系統(tǒng)裝置允許汽缸金屬溫度在 350℃下投入汽缸快速冷卻裝置)。1臺(tái) 300MW機(jī)組投用時(shí)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)處內(nèi)缸內(nèi)壁溫為 326℃,中壓缸第 1級(jí)處內(nèi)壁溫度為 300℃;另一臺(tái) 300MW機(jī)組投用時(shí),高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度為 290℃(第 2次投用時(shí)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)及中壓持環(huán)溫度均為 310℃),各差脹、軸向位移相對(duì)穩(wěn)定。汽缸快速冷卻裝置正式投用以后,各工況點(diǎn)變化曲線(xiàn)如圖 1、圖 2所示。

2.2 裝置投用操作順序

(1)運(yùn)行操作人員按“快速冷卻系統(tǒng)投用前檢查卡”逐條檢查。

(2)快速冷卻裝置送電加熱,內(nèi)部系統(tǒng)排放暖管,提高空氣溫度。

(3)快速冷卻裝置與汽缸連接管道排放,排除進(jìn)氣管中凝結(jié)疏水和雜物。

(4)快速冷卻裝置與汽缸連接管道暖管,通過(guò)快速冷卻裝置集氣箱將高溫氣送至各分部進(jìn)氣門(mén)前排氣口,以減少加熱后的壓縮空氣送入汽缸前的管道散熱損耗。

(5)向汽缸送接近最高金屬溫度的高溫空氣,觀察各監(jiān)視點(diǎn)金屬溫度變化。

(6)待各監(jiān)視點(diǎn)金屬溫度變化平穩(wěn)后,調(diào)節(jié)空氣溫度設(shè)定值,規(guī)定溫度差以降低空氣溫度。觀察各監(jiān)視點(diǎn)金屬溫度,將其控制在允許溫降速率范圍內(nèi)。

(7)根據(jù)各金屬溫度下降程度,分階段改變溫度差和空氣量,保證各金屬溫降速率既平均又平穩(wěn)。

2.3 裝置停用操作順序

(1)當(dāng)各監(jiān)視點(diǎn)金屬溫度均在150℃以下時(shí),可停用快速冷卻裝置電加熱并繼續(xù)通氣 1～2h。

(2)停止快速冷卻系統(tǒng)通氣,隔絕相關(guān)電源,調(diào)停雜用氣泵。

(3)隔絕快速冷卻空氣系統(tǒng),裝置相應(yīng)隔絕堵板。

3 快速冷卻裝置系統(tǒng)使用調(diào)節(jié)依據(jù)

3.1 冷卻方式

望亭發(fā)電廠 300MW機(jī)組快速冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)均采用順流冷卻方式。順流冷卻方式的特點(diǎn)是冷卻空氣自高溫區(qū)引入,傳熱溫差大,與逆流冷卻相比有較大的熱沖擊風(fēng)險(xiǎn)。但由于是全周進(jìn)氣,對(duì)轉(zhuǎn)子、汽缸冷卻比較均勻;另外,空氣與蒸汽相比傳熱系統(tǒng)相差100倍,其熱沖擊應(yīng)力大大減小。進(jìn)氣區(qū)原來(lái)都有的金屬溫度監(jiān)視點(diǎn)可利用,便于監(jiān)視和控制冷卻速率。

3.2 初始冷卻空氣溫度

初始冷卻空氣溫度的設(shè)定,主要考慮管路散熱損失會(huì)造成開(kāi)始階段空氣引入時(shí)產(chǎn)生熱沖擊,故預(yù)先將冷卻空氣加熱到接近金屬溫度(即無(wú)溫差設(shè)定),使得冷卻空氣的初始溫度具備了可控條件。

3.3 初始冷卻空氣流量

初始冷卻空氣流量根據(jù)各部件金屬溫降率而定。同樣,為了減少熱沖擊和熱應(yīng)力,在高溫階段保持較小流量使空氣流量的調(diào)節(jié)易于控制,使汽輪機(jī)冷卻速率自始至終更易控制于最終值附近并較為均勻。

3.4 送氣時(shí)間

由于快速冷卻裝置的溫度控制只能調(diào)節(jié)總的出氣溫度,故無(wú)法兼顧各部件溫度高低的差值,所以,只能在初投階段將各部件送氣時(shí)間分開(kāi),盡可能保證各部件溫度在相同水平上均勻下降。

3.5 合理的進(jìn)氣量

由于各部件冷卻氣通道尺寸不可能十分精確地根據(jù)金屬熱容量不同而設(shè)計(jì),所以,在使用中為了使各部件金屬溫度均勻下降,采用各進(jìn)氣分門(mén)調(diào)節(jié)來(lái)保證合理的進(jìn)氣量。

3.6 空氣溫度和流量

快速冷卻過(guò)程中的空氣溫度和流量的設(shè)定以及分門(mén)調(diào)節(jié),同樣是為了保證各部件金屬溫降率和各部件溫降水平基本相一致,以達(dá)到保證各部件之間溫差在規(guī)程規(guī)定的合格范圍內(nèi)的目的。總的控制原則是“高溫時(shí)段小流量,低溫時(shí)段大流量”。

4 汽機(jī)快速冷卻裝置使用情況分析

4.1 金屬溫降率

汽缸快速冷卻裝置在整個(gè)使用過(guò)程中,嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)定控制各項(xiàng)指標(biāo)在合格范圍內(nèi)執(zhí)行,各點(diǎn)金屬溫降率#14機(jī)組最大未超過(guò) 7℃/h,#11機(jī)組最大未超過(guò) 5℃/h,平均溫降率均在 4℃/h左右,總耗時(shí)均在 42h左右(自然冷卻均在 100h以上)。

4.2 控制冷卻氣量

汽缸快速冷卻裝置投用過(guò)程中,控制各部件冷卻氣量是控制各金屬溫度下降速率的關(guān)鍵,但裝置的出氣量受雜用氣母管壓力影響較大。從使用情況看,由于白天和晚上檢修用氣量相差太大,要穩(wěn)定雜用氣母管壓力,維持快速冷卻裝置冷卻氣量在要求范圍內(nèi),給運(yùn)行調(diào)節(jié)帶來(lái)較大的困難。

4.3 中壓缸向空排氣量

望亭發(fā)電廠 2臺(tái) 300MW機(jī)組快速冷卻系統(tǒng)中中壓缸向空排氣量相差較多。使用中發(fā)現(xiàn),對(duì)排氣量小的機(jī)組,當(dāng)中壓缸快速冷卻進(jìn)氣投用后對(duì)低壓缸排氣溫度影響較大,排缸噴水不能停用,故凝結(jié)水小循環(huán)也不能停用;而排氣量較大的機(jī)組中壓缸冷卻空氣絕大部分從排氣人孔排出,對(duì)低壓缸無(wú)任何影響。

4.4 金屬溫度 180℃以下

當(dāng)汽輪機(jī)汽缸金屬溫度各點(diǎn)均低于 180℃以下時(shí),其冷卻速率將會(huì)明顯降低,此時(shí)快速冷卻裝置通氣量可用足,溫差控制可提高到最大值,汽輪機(jī)各點(diǎn)金屬溫降率也不會(huì)超過(guò) 4℃/h。

4.5 金屬溫度 150℃以下

通過(guò)快速冷卻裝置的使用過(guò)程中可看出,在汽缸金屬溫度最高點(diǎn)已低于 150℃,快速冷卻裝置系統(tǒng)加熱與通氣同時(shí)停用的情況下,機(jī)組汽缸各金屬溫度均未見(jiàn)反彈,因此,在以后的使用過(guò)程中,當(dāng)金屬溫度降低至 150℃以下時(shí)無(wú)需繼續(xù)保持通氣冷卻2h,這樣又可以節(jié)約檢修工期 2h。

5 存在的問(wèn)題

300MW機(jī)組的快速冷卻裝置系統(tǒng)在使用過(guò)程中還存在一些問(wèn)題。如有些機(jī)組中壓缸向空排氣量不夠、系統(tǒng)閥門(mén)操作位置不合理、裝置控制部件有時(shí)不穩(wěn)定以及備品零件不足、運(yùn)行人員熟練程度不夠等,均有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

6 經(jīng)濟(jì)效益

汽輪機(jī)快速冷卻裝置投用后汽缸金屬溫度從320℃下降至 150℃耗時(shí)均在 42h左右,如用自然冷卻方式以平均每小時(shí) 1～2℃的溫降速率計(jì)算,均需耗時(shí) 113h左右,可節(jié)約 70 h左右的檢修工期。如按每小時(shí)發(fā)電 300MW,電費(fèi) 0.35元/(kW·h)計(jì)算,可增加 735萬(wàn)元產(chǎn)值。