汽輪機(jī)快冷新方式在實(shí)踐中的成功應(yīng)用

姚國(guó)杰 姚金成

摘要：我廠(chǎng)4號(hào)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)提供的NZK660-24.2-566/566型汽輪機(jī)，配套哈鍋生產(chǎn)的HG-2110/25.4-HM15型鍋爐。機(jī)組設(shè)計(jì)中未配備停機(jī)快冷系統(tǒng)。為了停機(jī)后盡快達(dá)到檢修條件，決定在打閘停機(jī)后利用排汽裝置中的負(fù)壓將空氣經(jīng)鍋爐頂棚管入口放空氣閥、低溫再熱器入口集箱疏水閥吸入鍋爐，利用鍋爐余熱將空氣升溫后再經(jīng)主蒸汽管道、再熱蒸汽管道吸入汽輪機(jī)高中壓缸，對(duì)汽輪機(jī)缸體進(jìn)行冷卻。通過(guò)科學(xué)計(jì)算并控制各設(shè)備溫降速率，達(dá)到了優(yōu)于快冷裝置的效果。

關(guān)鍵詞：快冷;溫降;冷卻速率;缸溫;壁溫

1安全性分析

利用鍋爐余熱冷卻汽輪機(jī)缸體的方法在實(shí)施中主要以控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻速率為基準(zhǔn)，在保證轉(zhuǎn)子絕對(duì)安全的前提下實(shí)施。經(jīng)國(guó)內(nèi)電科院等科研單位對(duì)600MW級(jí)超臨界汽輪機(jī)、1000MW級(jí)超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻速率研究，基于A(yíng)NSYS有限元方法計(jì)算高壓內(nèi)缸及高壓轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力場(chǎng)研究結(jié)果表明，在7℃/h的冷卻速率下，高壓內(nèi)缸及高壓轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力峰值遠(yuǎn)小于材料的屈服極限，對(duì)轉(zhuǎn)子壽命的影響微乎其微。鑒于電科院的研究成果，我廠(chǎng)決定在4號(hào)機(jī)組停機(jī)過(guò)程中利用鍋爐余熱對(duì)汽輪機(jī)缸體進(jìn)行冷卻。

為確保絕對(duì)安全，在4號(hào)機(jī)組停機(jī)快冷中以鍋爐受熱面壁溫溫降速率不超過(guò)1℃/min，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫降不高于3.5℃/h為基準(zhǔn)控制。

2新快冷方式實(shí)施方式

本次停機(jī)快冷以鍋爐外空氣為氣源，通過(guò)排汽裝置中建立起的負(fù)壓將空氣通過(guò)鍋爐頂棚管入口放空氣閥、低溫再熱器入口集箱疏水閥吸入鍋爐，經(jīng)鍋爐余熱加熱后通過(guò)主汽閥、調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)。高壓缸冷卻空氣經(jīng)高排通風(fēng)閥、缸體疏水閥至排汽裝置，中壓缸冷卻空氣經(jīng)三段抽汽逆止閥前疏水閥、四段抽汽逆止閥前疏水閥、聯(lián)通管、低壓缸至排汽裝置。溫度變化由調(diào)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行控制。

3冷卻流程

4 新快冷方式實(shí)施過(guò)程

⑴ 自然冷卻階段

利用滑參數(shù)停機(jī)時(shí)應(yīng)盡量將調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度降低（本次滑參數(shù)至316.4℃），打閘后盤(pán)車(chē)投入，在停機(jī)后24小時(shí)內(nèi)（鍋爐受熱面烘干），保持軸封蒸汽投入，保持真空泵運(yùn)行，維持排汽裝置背壓在50～60KPa 。

監(jiān)視調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度下降速率≤3.5℃/h。

⑵ 快速冷卻階段

鍋爐受熱面烘干結(jié)束后，即開(kāi)始用熱空氣對(duì)汽輪機(jī)高中壓部分進(jìn)行冷卻。

高壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)利用左右側(cè)高壓主汽閥進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，中壓主汽閥全開(kāi)，左右側(cè)四臺(tái)中壓調(diào)節(jié)閥手動(dòng)調(diào)節(jié)，注意高壓和中壓的左右側(cè)閥門(mén)開(kāi)度必須一致，以確保進(jìn)入汽缸的氣流均勻，調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓缸和中壓缸的空氣流量，保證汽缸調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度下降速率≤3.5℃/h。

高壓缸冷卻：開(kāi)啟爐側(cè)頂棚管入口放空氣閥，緩開(kāi)高壓主汽閥，緩開(kāi)高排通風(fēng)閥，打開(kāi)缸體疏水閥，監(jiān)視高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度變化速率≤3.5℃/h ，上下缸溫差≤35℃。監(jiān)視鍋爐側(cè)低溫過(guò)熱器入口、出口、屏式過(guò)熱器出口、高溫過(guò)熱器入口、出口及各管壁溫的下降速率≤1℃/min。

中壓缸冷卻：在高壓缸冷卻同時(shí)進(jìn)行中壓缸冷卻。開(kāi)啟爐側(cè)低溫再熱器入口集箱疏水閥，打開(kāi)三段抽汽、四段抽汽逆止門(mén)前疏水閥，同時(shí)緩開(kāi)四臺(tái)中壓調(diào)節(jié)閥，以高中壓外缸上下半金屬溫度（中排處）和中壓排汽溫度做為中壓轉(zhuǎn)子的溫度監(jiān)視點(diǎn)，保持溫降速率≤3.5℃/h 。監(jiān)視爐側(cè)低溫再熱器出口、末級(jí)再熱器入口、出口溫度及低溫再熱器、末級(jí)再熱器壁溫的下降速率≤1℃/min 。

⑶ 快冷結(jié)束階段

當(dāng)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度<150℃時(shí)（本次檢查盤(pán)車(chē)），快冷工作結(jié)束，破壞真空，恢復(fù)各閥門(mén)原始狀態(tài)。快冷結(jié)束后應(yīng)對(duì)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度觀(guān)察四小時(shí)，無(wú)異常后汽輪機(jī)盤(pán)車(chē)裝置停運(yùn)轉(zhuǎn)入檢修階段。

5新式快冷方式中的參數(shù)控制

⑴ 軸封蒸汽溫度控制

自然冷卻階段和快速冷卻初期，高中壓軸封供汽溫度低于高中壓缸外壁金屬溫度（高壓側(cè)）60～80℃。

快速冷卻后期可以停止軸封系統(tǒng)運(yùn)行，在停運(yùn)軸封系統(tǒng)前將排汽裝置背壓維持在60KPa，各部位溫降無(wú)異常后，排汽裝置背壓可以正常調(diào)節(jié)。

⑵排汽裝置背壓控制

排汽裝置背壓是控制進(jìn)入汽缸的空氣流量的手段，可以根據(jù)溫降速率進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍：35～60KPa。

⑶進(jìn)入汽輪機(jī)的冷卻空氣溫度控制

空氣經(jīng)鍋爐余熱加熱后進(jìn)入汽輪機(jī)高中壓缸，高壓缸進(jìn)氣溫度控制以調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽溫度與調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度差為監(jiān)視點(diǎn)，兩點(diǎn)溫度差≤56℃。

⑷轉(zhuǎn)子冷卻速率監(jiān)視

轉(zhuǎn)子冷卻速率監(jiān)視點(diǎn)以高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度、高中壓外缸上下半金屬溫度（中排處）和中壓排汽溫度做為溫度下降速率的監(jiān)視點(diǎn)，下降速率≤3.5℃/h 。

⑸上下汽缸溫差監(jiān)視

上下汽缸溫差≤35℃。

⑹其他監(jiān)視參數(shù)

停機(jī)冷卻階段還需對(duì)轉(zhuǎn)子偏心、高低壓脹差、主汽閥內(nèi)外壁溫差、盤(pán)車(chē)電流等項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)視，如其中某項(xiàng)參數(shù)超過(guò)規(guī)定值，則立即停止快冷工作。

6實(shí)施效果

汽機(jī)滑參數(shù)打閘，調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度316.4℃，24小時(shí)后（鍋爐受熱面烘干后）投入利用鍋爐余熱進(jìn)行汽缸缸體的快冷方式，至調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度<150℃（本次檢查盤(pán)車(chē)），快冷結(jié)束。自機(jī)組打閘至具備盤(pán)車(chē)停運(yùn)條件僅歷時(shí)4天16小時(shí)27分鐘，與3號(hào)機(jī)組A修從機(jī)組打閘至盤(pán)車(chē)具備停運(yùn)條件相比（7天21小時(shí)40分鐘）節(jié)約時(shí)間3天5小時(shí)13分鐘。由于各監(jiān)視部位參數(shù)安全裕量充裕，機(jī)組快冷期間各項(xiàng)參數(shù)均未出現(xiàn)異常情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]李帥，陳連舉.超超臨界1000MW汽輪機(jī)快冷方法應(yīng)用及研究[J].電力科技與環(huán)保，2018，034（002）：47-48.

[2]吳昕，李磊，王爭(zhēng)明，等.1000MW汽輪機(jī)快速冷卻的應(yīng)用與分析[J].中國(guó)電力，2019，52（02）：163-169+176.

[3]張磊，樊希林，劉書(shū)元，等.國(guó)產(chǎn)660MW機(jī)組汽輪機(jī)強(qiáng)制快速冷卻技術(shù)的應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備，2019，33（4）：289-292.

[4]何偉男，王兆彪，吳曉東，等.核電站1000MW汽輪機(jī)快速冷卻方案探究[J].熱力透平，2019（4）：254-259.

[5]畢治功.汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程優(yōu)化分析[J].輕松學(xué)電腦，2019，000（003）：1-1.