國(guó)產(chǎn)660MW汽輪機(jī)快速冷卻系統(tǒng)應(yīng)用與分析

劉瑞 鄢曉忠 徐慧芳 樊希林

摘? 要：介紹一種利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，快速冷卻汽輪機(jī)的技術(shù)。該技術(shù)在國(guó)電寶慶電廠國(guó)產(chǎn)660MW超臨界汽輪機(jī)上得到成功應(yīng)用，實(shí)踐證明，鍋爐余熱加熱壓縮空氣可以滿足汽輪機(jī)快冷的需求，對(duì)轉(zhuǎn)子和汽缸的熱沖擊較小，不增加汽輪機(jī)壽命損耗;與利用電加熱器加熱壓縮空氣相比，該系統(tǒng)不需要專門的空氣加熱器，更加安全可靠，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：余熱加熱;快速冷卻;汽輪機(jī)

中圖分類號(hào)：TK17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）10-0183-03

Abstract： This paper introduces a technology of using boiler waste heat to heat compressed air and quickly cool steam turbine. This technology has been successfully applied to domestic 660MW supercritical steam turbine in Baoqing Power Plant of Guodian. The practice has proved that the compressed air heated by boiler waste heat can meet the demand of rapid cooling of steam turbine， and the thermal impact on rotor and cylinder is small. Compared with using electric heater to heat compressed air， the system does not need special air heater， so it is more safe and reliable， and has good economic benefit， energy saving and environmental protection effect.

Keywords： waste heat heating; rapid cooling; steam turbine

引言

現(xiàn)代大型汽輪機(jī)的參數(shù)高、總熱容量大、保溫良好，機(jī)組停機(jī)后自然冷卻速度很慢。正?；瑓?shù)停機(jī)時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度可達(dá)380-420℃，自然冷卻到150℃（停盤車溫度）需要7天左右的時(shí)間，冷卻過程中汽輪機(jī)不能發(fā)電或維修，直接影響機(jī)組的投運(yùn)率。為縮短汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻時(shí)間，縮短檢修工期，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行快速冷卻勢(shì)在必行。

常見的汽輪機(jī)快冷技術(shù)蒸汽冷卻法、真空法[1]和加熱壓縮空氣法。其中，加熱壓縮空氣法控制方式靈活，對(duì)轉(zhuǎn)子的疲勞損壞較小，最為安全可靠，得到國(guó)內(nèi)外的廣泛應(yīng)用[2]。但加熱壓縮空氣法須設(shè)置專門的加熱裝置，加熱裝置一般采用電加熱，需要消耗能源，且加熱裝置的可靠性會(huì)影響冷卻效果甚至汽輪機(jī)的安全[3]。因此，本文提出一種利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，快速冷卻汽輪機(jī)的技術(shù)。與常規(guī)電加熱壓縮空氣法相比，利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣具有節(jié)約能源、節(jié)省投資和安全可靠等特點(diǎn)。

1 汽輪機(jī)快冷系統(tǒng)

國(guó)電寶慶電廠采用哈汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造的CLN660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。為縮短轉(zhuǎn)子的冷卻時(shí)間，采用余熱加熱壓縮空氣法快速冷卻汽輪機(jī)，如圖1所示，向水冷壁通入壓縮空氣，壓縮空氣通過鍋爐各受熱面加熱，并通過減溫水調(diào)節(jié)壓縮空氣溫度，利用高壓及中壓調(diào)節(jié)門的開度控制進(jìn)入汽輪機(jī)的空氣量，使汽輪機(jī)內(nèi)部各部件金屬溫度下降到允許范圍內(nèi)。

2 快冷系統(tǒng)實(shí)施方案

2.1 快冷初始參數(shù)及操作步驟

機(jī)組滑參數(shù)停機(jī)后，開啟給水泵出口母管放水、放空氣門，泄壓放水，開啟抽氣系統(tǒng)，待水冷壁內(nèi)殘余水分抽空后，聯(lián)系熱工滿足旁路投入條件（汽輪機(jī)快冷開始時(shí)的主要運(yùn)行參數(shù)如表1所示），開啟壓縮空氣系統(tǒng)，向水冷壁內(nèi)通入壓縮空氣，利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，調(diào)節(jié)鍋爐一、二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門開度控制鍋爐出口的壓縮空氣溫度，控制高壓缸進(jìn)氣控制閥和中壓缸進(jìn)氣控制閥的開度，調(diào)整加熱后壓縮空氣的進(jìn)氣量，保證汽輪機(jī)穩(wěn)定冷卻，直至汽輪機(jī)完全冷卻。

2.2 快冷注意事項(xiàng)

（1）加強(qiáng)盤車電流、轉(zhuǎn)子偏心的監(jiān)視，應(yīng)保持盤車連續(xù)運(yùn)行。

（2）監(jiān)視爐膛各受熱面的溫度，溫降率不得大于165℃/h。

（3）控制汽輪機(jī)各部金屬溫度下降速率不大于6℃/h，盡量保證高、中壓缸壁溫下降速度相同。

（4）嚴(yán)格控制壓縮空氣進(jìn)氣溫度與汽缸最高金屬溫度之差：缸溫在300℃以上時(shí)，缸溫與氣溫差為50℃;缸溫在250℃以上時(shí)，缸溫與氣溫差為80℃;缸溫在250℃以下時(shí)，缸溫與壓縮氣溫差為100℃。

（5）監(jiān)視汽輪機(jī)高、中壓缸的各項(xiàng)參數(shù)，如表2所示。

3 快冷系統(tǒng)投運(yùn)結(jié)果

3.1 快冷過程

圖2為國(guó)電寶慶電廠#2機(jī)組停運(yùn)正常冷卻和壓縮空氣強(qiáng)制冷卻的調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度下降趨勢(shì)圖。由圖2可知，從機(jī)組滑參數(shù)停機(jī)開始，調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度從504℃正常冷卻到150℃需要9天左右的時(shí)間，其中，從350℃冷卻到150℃需要160小時(shí)，平均降溫速率只有1.25℃/h;而采用壓縮空氣強(qiáng)制冷卻，調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度從350℃冷卻到150℃只需要不到40小時(shí)，減少冷卻時(shí)間4-5天，具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

圖3所示為采用壓縮空氣強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)時(shí)，汽輪機(jī)局部金屬和壓縮空氣溫度的變化過程。與自然冷卻不同，汽輪機(jī)快冷開始后，汽輪機(jī)從內(nèi)部開始冷卻，高、中壓外缸法蘭金屬溫度下降得比較慢，溫度最高，而調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度下降最快，從圖3中可以看出，調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬的溫降速率均勻可控，平均降溫速率可達(dá)4.95℃/h，最大降溫速率為5.65℃/h，滿足汽輪機(jī)快冷需求，且符合汽輪機(jī)各部金屬溫度下降速率不大于6℃/h的技術(shù)要求。壓縮空氣經(jīng)過鍋爐各受熱面逐步加熱，進(jìn)入汽輪機(jī)高、中壓缸時(shí)，壓縮空氣溫度與調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度接近，對(duì)轉(zhuǎn)子、汽缸產(chǎn)生的熱沖擊較小，避免局部過大的熱應(yīng)力，不增加汽輪機(jī)壽命損耗。由此可見，采用鍋爐余熱加熱壓縮空氣可以滿足汽輪機(jī)快冷的需求。

汽輪機(jī)快冷系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，調(diào)節(jié)級(jí)出口壓縮空氣溫度的下降速度比調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度的下降速度快，如圖3所示，快冷過程中需要時(shí)刻注意壓縮空氣溫度和流量，保證壓縮空氣進(jìn)氣溫度與汽缸最高金屬溫度之差和汽輪機(jī)的降溫速率在技術(shù)要求的范圍之內(nèi)。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

機(jī)組采用壓縮空氣快冷裝置后，可減少檢修時(shí)間4-5天，按80%平均負(fù)荷計(jì)算，每次停機(jī)檢修提前可多發(fā)電量5.1～6.3萬MW·h，若按10.5元/（MW·h）的發(fā)電利潤(rùn)計(jì)算，每次快冷效益約為51萬元～63萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

與采用電加熱器加熱壓縮空氣的方法相比，利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣不需要增加專門的電加熱器。按600MW機(jī)組采用電加熱器加熱壓縮空氣需要240～320kW電加熱器計(jì)算[4，5]，若快冷時(shí)間為40h，則節(jié)約電量9600～12800kW·h，同時(shí)減少了設(shè)備投資，系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，避免加熱裝置的可靠性對(duì)快冷效果甚至汽輪機(jī)的安全的影響。

4 結(jié)束語

采用加熱壓縮空氣強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)，可以加快機(jī)組的冷卻速度，大幅減少檢修的等待時(shí)間，加快檢修進(jìn)度、縮短檢修工期，提高機(jī)組的可用率。充分利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，不需要額外增加專門的電加熱器，汽輪機(jī)各部位金屬的溫降速率均勻、可控，壓縮空氣進(jìn)氣溫度與金屬溫度接近，對(duì)轉(zhuǎn)子、汽缸的熱沖擊較小，避免局部過大的熱應(yīng)力，不增加汽輪機(jī)壽命損耗，同時(shí)避免了電加熱裝置的可靠性對(duì)汽輪機(jī)快冷效果甚至機(jī)組安全的影響，減少設(shè)備投資，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)快速、安全冷卻，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效應(yīng)，應(yīng)用前景廣闊，可為同類型機(jī)組實(shí)現(xiàn)快速冷卻提供參考。

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