1000MW超超臨界機(jī)組滑停與快冷配合的實(shí)踐和應(yīng)用

吳建軍，茆 永

（神華國(guó)華浙江浙能發(fā)電有限公司B廠，浙江 寧海 315612）

0 引言

隨著汽輪機(jī)參數(shù)的提高和容量的增大，以及機(jī)組保溫材料性能的提高，汽輪機(jī)停機(jī)后自然冷卻的時(shí)間也大大延長(zhǎng)。神華國(guó)華浙江浙能發(fā)電有限公司1000MW機(jī)組的汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)有限公司和德國(guó)SIEMENS公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為N1000-26.25/600/600（TC4F），設(shè)計(jì)額定主汽壓力26.25 MPa、主汽溫度600℃，設(shè)計(jì)額定再熱汽壓力5.0 MPa、再熱蒸汽溫度600℃，規(guī)定停機(jī)后汽機(jī)高壓轉(zhuǎn)子溫度（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TAX）降至100℃以下方可停運(yùn)盤(pán)車(chē)裝置。汽缸外部具有絕熱性能良好的保溫層，這對(duì)加強(qiáng)汽缸保溫、減少散熱損失的效果十分顯著，但在檢修停機(jī)后的自然冷卻過(guò)程中，由于散熱條件較差、蓄熱量大、汽缸壁溫下降較慢，需要很長(zhǎng)的冷卻時(shí)間，一般停機(jī)后TAX自然冷卻到低于100℃需12天以上。目前有很多發(fā)電廠在大/小修前都采用滑參數(shù)停機(jī)甚至深度滑停來(lái)加快汽缸溫度的下降，使汽缸溫度降到最低，以便及時(shí)開(kāi)工檢修，縮短檢修工期。但是，在滑參數(shù)停機(jī)過(guò)程中，如果控制不當(dāng)或局部冷卻不均將對(duì)機(jī)組產(chǎn)生熱沖擊，對(duì)汽機(jī)壽命造成不利影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽缸金屬壁溫受到熱沖擊而產(chǎn)生裂紋。尤其是1000MW超超臨界機(jī)組，控制較為復(fù)雜，深度滑停風(fēng)險(xiǎn)更大。但采用自然冷卻方式的冷卻時(shí)間又過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致機(jī)組可用率降低，大大影響大機(jī)組優(yōu)越性的正常發(fā)揮。

針對(duì)上述情況，神華國(guó)華浙江浙能發(fā)電有限公司采用適度滑參數(shù)停機(jī)和汽機(jī)快冷相結(jié)合，快冷采用抽真空通氣冷卻方式，不需要增加任何設(shè)備，投資少，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員掌握。自2009年2臺(tái)1000MW機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，通過(guò)不斷的摸索和總結(jié)，對(duì)滑停和快冷配合總結(jié)出了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得良好的效果，大大縮短了機(jī)組的檢修時(shí)間，為機(jī)組的精細(xì)化檢修爭(zhēng)取了時(shí)間，取得了顯著的效果。

滑停和快冷配合的具體過(guò)程分為通過(guò)機(jī)組滑停將TAX降到400℃、自然冷卻到300℃、通過(guò)快冷降至停盤(pán)車(chē)溫度這3個(gè)階段。本文著重介紹滑停和快冷過(guò)程的操作步驟和注意事項(xiàng)。

1 滑?？刂?/h2>

1.1 滑停的目標(biāo)缸溫

滑停的最終缸溫（汽機(jī)高壓轉(zhuǎn)子溫度）目標(biāo)為400℃，但必須確保安全，如發(fā)現(xiàn)任何危及機(jī)組安全的因素而不能消除時(shí)，應(yīng)中斷運(yùn)行，緊急停機(jī)。

1.2 滑停注意事項(xiàng)

（1）滑參數(shù)停機(jī)時(shí)，應(yīng)遵守先降壓后降溫的原則，逐步降低主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)，鍋爐主蒸汽和再熱蒸汽的降壓速率應(yīng)小于0.1 MPa/min，降溫速率小于1.5℃/min。一旦出現(xiàn)汽溫下降過(guò)快的情況，即10 min內(nèi)降低50℃以上時(shí)應(yīng)立即打閘停機(jī)。

（2）滑停過(guò)程中，應(yīng)注意主蒸汽與再熱汽溫度的偏差小于28℃，并保證二者有80℃以上的過(guò)熱度。

（3）為保證汽溫平穩(wěn)下降，在滑停過(guò)程中不建議切除高壓加熱器。轉(zhuǎn)入濕態(tài)運(yùn)行后，鍋爐啟動(dòng)循環(huán)泵投入運(yùn)行時(shí)要防止汽溫出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

（4）注意監(jiān)視高壓主汽門(mén)、調(diào)門(mén)、轉(zhuǎn)子、缸體和中壓主汽門(mén)、轉(zhuǎn)子的溫度裕度（汽機(jī)各部件自身溫度應(yīng)力安全值）下限大于0℃。

（5）主蒸汽和再熱蒸汽溫度降至400℃后，保持1～2 h，使汽機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)外溫度趨于一致。

（6）密切監(jiān)視機(jī)組振動(dòng)、軸向位移、瓦溫、缸脹、振動(dòng)、上下缸溫差等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即打閘停機(jī)。

（7）在鍋爐減負(fù)荷過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)風(fēng)量、中間點(diǎn)焓值（溫度）及主蒸汽溫度的監(jiān)視。進(jìn)入濕態(tài)運(yùn)行后，加強(qiáng)分離器水位和大氣式擴(kuò)容器凝結(jié)水箱水位的監(jiān)視和控制。

（8）滑停過(guò)程中，各項(xiàng)重大操作如停磨、停給水泵、停風(fēng)機(jī)等應(yīng)分開(kāi)進(jìn)行。及時(shí)調(diào)整軸封汽壓力和溫度，將軸封汽溫度與轉(zhuǎn)子金屬溫度偏差控制在許可范圍內(nèi)。

（9）高負(fù)荷階段的蒸汽流量大，冷卻效果好。因此建議在高負(fù)荷階段就開(kāi)始降參數(shù)，先將汽壓降至對(duì)應(yīng)負(fù)荷下的最低值，再開(kāi)始降汽溫，并維持一定的時(shí)間。

（10）保持高壓缸排汽溫度有20℃以上的過(guò)熱度。

（11）滑參數(shù)停機(jī)過(guò)程中，減溫水的調(diào)節(jié)必須謹(jǐn)慎。為防止引起水塞，過(guò)熱器減溫器后的溫度應(yīng)確保有10℃以上過(guò)熱度。投用再熱器事故減溫水時(shí)，應(yīng)防止低溫再熱器內(nèi)積水，減溫后的過(guò)熱度亦應(yīng)大于20℃。

1.3 滑停過(guò)程及其分析

機(jī)組滑停前先正常減負(fù)荷至600MW，并完成鍋爐和汽機(jī)各項(xiàng)試驗(yàn)和滑停準(zhǔn)備工作。負(fù)荷降至600MW后開(kāi)始降主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)，汽機(jī)各部分的溫度下降按以下4個(gè)階段進(jìn)行控制，各部分溫度變化曲線如圖1所示。

圖1 滑停階段的主汽溫和再熱汽溫及高、中壓轉(zhuǎn)子溫降曲線

1.3.1 第一階段

在600MW高負(fù)荷階段，保持主汽壓力為設(shè)定值，機(jī)組投用CCS（機(jī)爐協(xié)調(diào)控制）方式，主汽溫和再熱汽溫分別降到550℃和530℃，此階段主要使用減溫水來(lái)降低主汽溫度，用下調(diào)燃燒器擺角及停運(yùn)最上層制粉系統(tǒng)等燃燒調(diào)整方式來(lái)降低再熱汽溫度，降溫時(shí)間約60 min，主汽溫和再熱汽溫降溫速率分別為0.8℃/min和1.17℃/min，相應(yīng)的高壓轉(zhuǎn)子溫度由527℃降到480℃，降溫速率0.783℃/min；中壓轉(zhuǎn)子由516℃降到490℃，降溫速率為0.325℃/min。此階段由于蒸汽流量大，若減溫水調(diào)整得當(dāng)，降溫速率幾乎可以保持不變，第一級(jí)汽溫與高壓缸內(nèi)上壁溫度同步線性下降，這是最理想的滑停工況。中壓缸溫相對(duì)再熱汽溫而言下降較慢。

1.3.2 第二階段

在負(fù)荷為600MW時(shí)，撤出CCS，汽機(jī)轉(zhuǎn)為T(mén)F（汽機(jī)跟隨控制）方式，緩慢設(shè)置壓力負(fù)偏置，使高壓調(diào)門(mén)全開(kāi)；開(kāi)始保持4臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，目標(biāo)汽溫500℃。此過(guò)程將給水切至旁路調(diào)節(jié)門(mén)控制，提高減溫水的壓力，逐漸燒空E倉(cāng)（上面第二層制粉系統(tǒng)），鍋爐總煤量保持在190～200 t/h（約500MW負(fù)荷），主汽溫度和再熱汽溫度滑到500℃以下，主汽溫度、再熱汽溫度和高、中壓轉(zhuǎn)子的降溫速率分別為 0.65℃/min，0.56℃/min，0.5℃/min和0.53℃/min。此階段冷卻效果較好，由于蒸汽流量大，汽溫與缸溫下降曲線的線性度也較好。

1.3.3 第三階段

該階段降溫降壓同時(shí)進(jìn)行，汽機(jī)高壓調(diào)門(mén)全開(kāi)，汽機(jī)為T(mén)F方式，汽溫500℃時(shí)穩(wěn)定一定時(shí)間，使高、中壓缸得到充分冷卻。此時(shí)要注意及時(shí)投入等離子穩(wěn)燃，保持鍋爐燃燒穩(wěn)定，煤量減至170～180 t/h，汽溫逐步滑到450℃并維持一定的時(shí)間，煤量不得低于160 t/h（負(fù)荷約400MW），鍋爐保持干態(tài)運(yùn)行，燒空D倉(cāng)（從上往下第三層制粉系統(tǒng)）。

1.3.4 第四階段

此階段與第三階段類(lèi)似，降溫降壓同時(shí)進(jìn)行，汽機(jī)高壓調(diào)門(mén)全開(kāi)，汽機(jī)為T(mén)F方式，不同的是隨著燃料的減少，鍋爐要逐漸轉(zhuǎn)濕態(tài)運(yùn)行，要特別注意防止轉(zhuǎn)態(tài)過(guò)程中的汽溫反彈。在這個(gè)過(guò)程中，應(yīng)逐漸減小鍋爐一級(jí)減溫水量，盡量用二級(jí)減溫水控制主汽溫度，保持噴水減溫器后的蒸汽過(guò)熱度不低于20℃，保證汽溫不發(fā)生波動(dòng)。D倉(cāng)燒空后，煤量減至140～150 t/h，汽溫滑至430℃并穩(wěn)定一段時(shí)間。鍋爐由干態(tài)轉(zhuǎn)為濕態(tài)運(yùn)行后，應(yīng)注意給水流量調(diào)節(jié)方式的變化，省煤器入口給水流量控制在約1050～1100 t/h（嚴(yán)禁給水流量過(guò)大，避免鍋爐提早進(jìn)入濕態(tài)），并避免在轉(zhuǎn)換區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間停留（因此時(shí)汽溫容易波動(dòng)，不易控制）。鍋爐轉(zhuǎn)濕態(tài)后，汽溫控制主要依靠減溫水，應(yīng)注意各減溫器后的蒸汽過(guò)熱度，嚴(yán)禁蒸汽帶水；若減溫水調(diào)門(mén)開(kāi)度過(guò)大無(wú)調(diào)節(jié)能力時(shí)，可采用降低最上層磨煤機(jī)煤量的辦法降低負(fù)荷，并繼續(xù)降低汽溫，分疏箱見(jiàn)水且分疏箱液控閥有一定開(kāi)度后，啟動(dòng)鍋爐啟動(dòng)循環(huán)泵，維持再循環(huán)。隨著燃料量的減少，鍋爐疏水增多，再逐步將鍋爐啟動(dòng)循環(huán)泵并入，在并入過(guò)程中應(yīng)注意給水流量的穩(wěn)定，逐步減少給水泵的上水量，并注意省煤器出口的給水溫度變化，確保有20℃以上的過(guò)冷度，必要時(shí)減少鍋爐疏水的回收，增大擴(kuò)容器的排放，保證汽機(jī)缸溫和轉(zhuǎn)子溫度下降不反彈。主汽溫和再熱汽溫降至400℃后維持1 h，檢查各缸和轉(zhuǎn)子內(nèi)外溫差小于30℃。

1.4 對(duì)滑停過(guò)程的分析

1.4.1 滑停過(guò)程中汽溫與缸溫變化的關(guān)系

滑停過(guò)程中，中壓缸的工況變化較高壓缸緩和得多，由于再熱汽溫與中壓缸溫下降較平緩，再熱汽溫與中壓缸內(nèi)壁溫差隨著負(fù)荷和再熱汽壓力的逐漸減小而出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，主要是滑停后期蒸汽對(duì)缸壁的放熱系數(shù)不斷下降的結(jié)果。所以，要取得滿意的中壓缸溫降效果，應(yīng)在滑停前期盡早將再熱汽溫降下來(lái)。再熱汽溫平均下降速率為0.48℃/min，中壓內(nèi)缸上壁平均降溫速率為0.4℃/min。

高壓缸降溫與此類(lèi)似，應(yīng)盡量以在高負(fù)荷時(shí)降低主汽溫來(lái)有效冷卻高壓缸。此時(shí)減溫水調(diào)節(jié)均勻，易于控制汽溫，比較安全，且此時(shí)蒸汽流量較大，對(duì)汽缸及轉(zhuǎn)子的冷卻效果更好。

1.4.2 滑停過(guò)程中汽機(jī)各部件熱應(yīng)力變化和控制

滑停過(guò)程中，要高度重視汽機(jī)各部件的熱應(yīng)力，特別是高壓主汽門(mén)和調(diào)門(mén)溫度裕度下限。在以往的多次啟停過(guò)程中，高壓主汽門(mén)和調(diào)門(mén)的溫度裕度曾到過(guò)-6℃，此時(shí)就必須控制好汽溫下降速率，維持汽溫穩(wěn)定，待汽機(jī)充分冷卻后再進(jìn)一步降低蒸汽參數(shù)。

1.4.3 滑停過(guò)程中的鍋爐控制

雖然滑停的主要目的是安全地降低汽輪機(jī)缸溫，但整個(gè)滑停過(guò)程的要求主要是通過(guò)鍋爐的一系列復(fù)雜操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)鍋爐的準(zhǔn)備工作和設(shè)備狀況，特別是給水調(diào)整門(mén)和減溫水調(diào)整門(mén)的要求較高。同時(shí)，煤倉(cāng)的料位指示必須準(zhǔn)確，并及時(shí)觀察、測(cè)量，保證煤倉(cāng)燒空與降溫同步。對(duì)于鍋爐采用帶爐水循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，在滑停過(guò)程中要特別關(guān)注干/濕態(tài)轉(zhuǎn)換，干態(tài)時(shí)要特別注意中間點(diǎn)焓值控制，鍋爐轉(zhuǎn)濕態(tài)后要控制給水，盡量讓啟動(dòng)疏水箱至大氣擴(kuò)容器的調(diào)節(jié)閥晚開(kāi)或少開(kāi)，將有助于汽溫的快速下降。

2 自然冷卻階段

神華國(guó)華浙江浙能發(fā)電有限公司的汽輪機(jī)軸瓦間隙較小，全國(guó)同類(lèi)型機(jī)組曾有多臺(tái)發(fā)生過(guò)轉(zhuǎn)子抱死的情況。為了保證機(jī)組安全，要求快冷前汽機(jī)部件的金屬溫度不能太高，因此在汽機(jī)高壓轉(zhuǎn)子溫度處于400～300℃時(shí)采用自然冷卻方式。根據(jù)鍋爐的防爆防磨要求，鍋爐停爐后要保持壓力，控制降壓速率，一般約需2天，短期內(nèi)也不能滿足快冷要求，因此這一階段大約需3天時(shí)間，降溫速率大約為1℃/h。

3 快冷投入階段

汽輪機(jī)在高、中壓主汽門(mén)與調(diào)門(mén)之間設(shè)有快冷接口（機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)可用堵頭封堵）。為了避免有顆粒進(jìn)入汽輪機(jī)，快冷時(shí)要取下堵頭，在快冷接口處安裝濾網(wǎng)裝置，機(jī)組建立一定真空后，空氣通過(guò)快冷接口和高、中壓調(diào)門(mén)進(jìn)入凝汽器，起到冷卻汽缸和轉(zhuǎn)子的作用，可通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)組真空及高、中壓調(diào)門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入快冷接口的空氣量，達(dá)到控制快冷速率的目的。

3.1 快冷投用條件

（1）主蒸汽、再熱蒸汽壓力小于0.15 MPa。

（2）高壓缸轉(zhuǎn)子溫度低于300℃。

（3）循環(huán)水系統(tǒng)、閉冷水系統(tǒng)、主機(jī)油系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)及盤(pán)車(chē)運(yùn)行。

（4）停用主機(jī)真空系統(tǒng)、主機(jī)軸封汽系統(tǒng)。

（5）高、中壓缸冷卻空氣進(jìn)氣門(mén)濾網(wǎng)已安裝完畢。

（6）汽機(jī)、鍋爐無(wú)跳閘信號(hào)。

3.2 投用快冷系統(tǒng)的相關(guān)操作

（1）關(guān)閉左/右側(cè)高壓調(diào)門(mén)前疏水門(mén)、左/右側(cè)中壓調(diào)門(mén)前疏水門(mén)、中壓調(diào)門(mén)后疏水門(mén)、高壓缸夾層疏水門(mén)和軸封母管疏水門(mén)。

（2）開(kāi)啟3—6段抽汽管道疏水門(mén)和高排逆止門(mén)前疏水門(mén)。

（3）手動(dòng)關(guān)閉軸封供汽調(diào)門(mén)和溢流調(diào)門(mén)。

（4）開(kāi)足所有高、中壓缸冷卻空氣進(jìn)氣門(mén)。

（5）啟動(dòng)快冷程控模塊。

（6）在高、中壓調(diào)門(mén)操作畫(huà)面中將所有高、中壓調(diào)門(mén)開(kāi)度設(shè)為3%，再根據(jù)溫降速率調(diào)節(jié)高、中壓調(diào)門(mén)開(kāi)度。

（7）啟動(dòng)1臺(tái)真空泵。如果背壓小于50 kPa，則開(kāi)大高、中壓調(diào)門(mén)，使背壓不小于50 kPa。

（8）在高壓缸進(jìn)汽側(cè)溫度及中壓缸進(jìn)汽側(cè)溫度均低于200℃后，增開(kāi)1臺(tái)真空泵。

（9）當(dāng)中壓缸所有溫度均低于100℃時(shí)，關(guān)小中壓調(diào)門(mén)開(kāi)度至5%。

3.3 投用快冷系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

（1）控制高壓缸進(jìn)汽側(cè)的溫度下降速率小于7℃/h；中壓缸進(jìn)汽側(cè)溫度下降速率小于10℃/h。

（2）所有溫度裕量應(yīng)大于0℃，即轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算正常。高、中壓上下缸溫差小于±55℃。

（3）如果高壓轉(zhuǎn)子溫度與高壓外缸50%溫度的差值大于80℃，則暫?？炖湎到y(tǒng)運(yùn)行（即停用真空泵）。

（4）開(kāi)足所有高、中壓缸冷卻空氣進(jìn)氣門(mén)。

（5）2個(gè)高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度必須保持一致，2個(gè)中壓調(diào)門(mén)開(kāi)度也必須保持一致。

3.4 快冷過(guò)程中的主要問(wèn)題

（1）中壓缸和高壓缸的冷卻速率不一致。

快冷系統(tǒng)投用至今，運(yùn)行情況一直良好，但在冷卻后期會(huì)出現(xiàn)高壓缸冷卻速度比中壓缸慢很多的情況，往往中壓轉(zhuǎn)子溫度早已降至100℃以下，而高壓缸由于熱容量太大，高壓轉(zhuǎn)子溫度仍有150℃，所以冷卻后期要通過(guò)關(guān)閉中壓調(diào)門(mén)、全開(kāi)高壓調(diào)門(mén)來(lái)加快高壓缸的冷卻。

（2）加強(qiáng)汽機(jī)盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速監(jiān)視。

汽機(jī)快冷時(shí)只要嚴(yán)格控制高壓缸進(jìn)汽側(cè)溫度下降率小于7℃/h、中壓缸進(jìn)汽側(cè)溫度下降率小于10℃/h，汽機(jī)高、中壓上下缸和內(nèi)外缸溫差及汽機(jī)各部件的應(yīng)力裕度等汽機(jī)參數(shù)都能保持在正常范圍內(nèi)，但是如果控制不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速下降情況，說(shuō)明有動(dòng)靜摩擦。因此要嚴(yán)密監(jiān)視汽機(jī)盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速，出現(xiàn)盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速下降時(shí)要及時(shí)減緩冷卻速度或暫?？炖洹?/p>

（3）快冷時(shí)要防止雜物進(jìn)入軸封。

由于快冷時(shí)汽機(jī)軸封停止供汽，缸內(nèi)為微負(fù)壓狀態(tài)，所以會(huì)有少量空氣從汽機(jī)軸封處進(jìn)入汽缸。此時(shí)要防止雜物進(jìn)入軸封，即要求快冷投入時(shí)汽機(jī)附近的環(huán)境必須良好。

3.5 快冷效果分析

圖2是神華國(guó)華浙江浙能發(fā)電有限公司5號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)自然冷卻和使用快冷的溫度變化曲線比較。從圖中可以看出：自然冷卻時(shí)溫度由300℃降至100℃共計(jì)需要約252 h，而投用快冷裝置則只需要72 h，可節(jié)省等待時(shí)間180 h。

圖2 自然冷卻與投用快冷時(shí)的高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子溫度變化曲線

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)不斷的實(shí)踐和摸索，神華國(guó)華浙江浙能發(fā)電有限公司總結(jié)出了將機(jī)組滑停與快冷相結(jié)合的操作流程，大大縮短了汽機(jī)金屬冷卻時(shí)間，也充分保證了汽輪機(jī)組的安全，使機(jī)組檢修的等待時(shí)間大為縮短，有助于機(jī)組的精細(xì)化檢修，取得了顯著的效果。

[1]陳庚.單元機(jī)組集控運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[2]李建剛.汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.