國產(chǎn)660 MW機(jī)組汽輪機(jī)強(qiáng)制快速冷卻技術(shù)的應(yīng)用

張 磊，樊希林，劉書元，陳紹龍

(1.國電湖南寶慶煤電有限公司，湖南邵陽 422000；2.中南大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

優(yōu)質(zhì)保溫材料在大容量機(jī)組中的應(yīng)用使得機(jī)組保溫性能有很大改善，同時(shí)也提高了機(jī)組的運(yùn)行效率和安全性，但卻使檢修停機(jī)的冷卻等待時(shí)間大大增加[1]。大型汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)較高，正?；瑓?shù)停機(jī)時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度高達(dá)380～420 ℃，若按常規(guī)自然冷卻，汽缸溫度在停機(jī)的第一天內(nèi)溫降速度可達(dá)到4 K/h，而后期平均溫降速度不足1 K/h，按照溫度低于150 ℃及以下方可停止盤車及潤(rùn)滑油泵的要求，需要6～8 d，如果是緊急停運(yùn)，調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度則更高，等待冷卻的時(shí)間也更長(zhǎng)，往往需要9～10 d。大容量汽輪發(fā)電機(jī)組自然冷卻停機(jī)到允許開缸的時(shí)間明顯偏長(zhǎng)，大大制約了大容量火電機(jī)組的可用系數(shù)，嚴(yán)重制約了機(jī)組上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力[2]?？s短汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻時(shí)間，尤其是在事故搶修時(shí)，盡早開展機(jī)組檢修工作、縮短檢修工期，使汽輪機(jī)有效地進(jìn)行快速冷卻是非常必要的。

筆者綜合分析了某660 MW機(jī)組快速冷卻系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)汽輪機(jī)強(qiáng)制快速冷卻技術(shù)的創(chuàng)新研究并分析了其應(yīng)用效果。

1 強(qiáng)制快速冷卻方案

1.1 強(qiáng)制快速冷卻步驟

1.1.1 壓縮空氣的接入

某電廠一期有2臺(tái)660 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)為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，一般采用冷卻空氣對(duì)汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行快速冷卻[3]。該電廠汽輪機(jī)沒有快速冷卻接口，沒有配置快速冷卻裝置及閥門，通過從給水系統(tǒng)、再熱冷段接入電廠自用雜用壓縮空氣(0.6 MPa)，依次通過鍋爐受熱面加熱，并通過調(diào)節(jié)鍋爐減溫水來調(diào)節(jié)壓縮空氣溫度，然后分別經(jīng)過汽輪機(jī)高、中壓缸的主汽閥、調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)，調(diào)整高壓及中壓調(diào)節(jié)閥的開度來控制進(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)。過熱器系統(tǒng)壓縮空氣從汽輪機(jī)房13.7 m層2號(hào)、3號(hào)高壓加熱器(簡(jiǎn)稱高加)化學(xué)清洗管道入口處接入(見圖1)，再熱器系統(tǒng)壓縮空氣從再熱冷段供軸封管道上接入(見圖2)。

圖1 壓縮空氣接入過熱器系統(tǒng)示意圖

圖2 壓縮空氣接入再熱器系統(tǒng)示意圖

1.1.2 快速冷卻的準(zhǔn)備

(1)機(jī)組滑參數(shù)停機(jī)后，開啟除氧器放水至鍋爐疏水?dāng)U容器，開啟給水泵出口母管放水閥、排空氣門，泄壓放水，高加系統(tǒng)水側(cè)保持主路運(yùn)行。維持循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)運(yùn)行，開啟機(jī)組高壓、低壓旁路系統(tǒng)，對(duì)主、再熱蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行降壓，控制壓降速度小于0.3 MPa/min。待機(jī)組主蒸汽壓力降至0.8～1.0 MPa后，鍋爐帶壓放水，主蒸汽壓力到0時(shí)開啟鍋爐各部分排空氣閥，對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行余熱烘干，余熱烘干進(jìn)行2 h后，關(guān)閉爐側(cè)放水閥及排空氣閥。

(2)鍋爐泄壓完成后，破壞凝汽器真空，停真空泵，真空度到0后停止軸封系統(tǒng)運(yùn)行，并開啟各低壓缸人孔門。依次開啟主給水電動(dòng)旁路閥及其前、后電動(dòng)閥，關(guān)閉高加給水系統(tǒng)放水閥、排空氣閥，緩慢開啟壓縮空氣至過熱器、再熱器系統(tǒng)進(jìn)氣手動(dòng)閥，向鍋爐省煤器及低溫再熱器通入壓縮空氣，并開啟鍋爐一、二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)鍋爐出口壓縮空氣溫度，開啟主蒸汽管道及再熱蒸汽管道疏水閥，監(jiān)視主蒸汽、再熱蒸汽的升溫情況。

1.1.3 快速冷卻的控制

待高壓主汽閥前疏水門后的溫度達(dá)到比調(diào)節(jié)級(jí)溫度低30～50 K且不再下降時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)制邏輯(真空低、主燃料跳閘、發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作停機(jī))，汽輪機(jī)掛閘，檢查高壓調(diào)節(jié)閥及中壓主汽閥全開，打開高壓缸通風(fēng)排放閥，手動(dòng)稍開啟高壓主汽閥(1%開度)及中壓調(diào)節(jié)閥(1%開度)通入高溫壓縮空氣對(duì)高、中壓缸強(qiáng)制快速冷卻。壓縮空氣進(jìn)入汽輪機(jī)后通過低壓缸及凝汽器，從大氣釋放閥及人孔門排出。滿足旁路投入條件后，投入低壓旁路，開啟再熱冷段壓縮空氣進(jìn)氣閥。緩慢進(jìn)行進(jìn)氣調(diào)整，控制再熱器壓力不超過0.2 MPa，注意監(jiān)視爐膛再熱器各受熱面的溫降速度不得大于165 K/h，否則應(yīng)適當(dāng)降低壓縮空氣流量。加強(qiáng)對(duì)機(jī)組汽缸溫度的監(jiān)視，嚴(yán)格控制缸體、法蘭金屬溫降速度不大于6 K/h，低壓缸脹差曲線平滑無突變，并嚴(yán)格控制汽輪機(jī)各主要參數(shù)(見表1)。

表1 汽輪機(jī)快速冷卻各主要參數(shù)控制

當(dāng)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度、中壓缸進(jìn)氣區(qū)金屬溫度達(dá)到100 ℃以下且無明顯回升時(shí)，機(jī)組打閘，停止快速冷卻。為保證汽缸和轉(zhuǎn)子均勻冷卻，至少應(yīng)再連續(xù)盤車2 h以上至汽缸溫度穩(wěn)定，方可停止盤車運(yùn)行。

1.2 強(qiáng)制快速冷卻的效果

汽輪機(jī)快速冷卻的效果主要看金屬熱應(yīng)力大小及各部分膨脹或收縮是否均勻，在冷卻過程中，只要控制得當(dāng)，機(jī)組的膨脹和脹差不會(huì)有太大的變化，對(duì)機(jī)組安全不構(gòu)成威脅。該機(jī)組采用高溫空氣強(qiáng)制快速冷卻，冷空氣進(jìn)入鍋爐各受熱面逐步加熱，在進(jìn)入汽輪機(jī)高、中壓缸時(shí)，空氣溫度與汽缸溫度接近，將汽輪機(jī)受到的熱沖擊控制到最小，同時(shí)通過高壓主汽閥和中壓調(diào)節(jié)閥開度控制進(jìn)入汽輪機(jī)的空氣量，汽輪機(jī)汽缸溫度的溫降速度平均可以達(dá)到4.7 K/h，大大縮短了機(jī)組的冷卻時(shí)間，達(dá)到了快速冷卻的效果。該電廠660 MW機(jī)組汽輪機(jī)投入強(qiáng)制快速冷卻時(shí)，壓縮空氣溫度與汽缸溫度基本匹配，汽缸溫度均勻、穩(wěn)定下降且無突變，各部分溫度動(dòng)態(tài)曲線見圖3。

圖3 強(qiáng)制快速冷卻各部分溫度動(dòng)態(tài)曲線

2 強(qiáng)制快速冷卻的注意事項(xiàng)

(1)汽輪機(jī)停機(jī)后的強(qiáng)制快速冷卻應(yīng)特別注意防止大軸彎曲，同時(shí)不應(yīng)增加汽輪機(jī)壽命損耗。當(dāng)用空氣對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制快速冷卻時(shí)，應(yīng)防止熱應(yīng)力局部過大和熱應(yīng)力集中，防止運(yùn)行中積水或零部件脫落進(jìn)入管道設(shè)備中[4]。

(2)加強(qiáng)對(duì)盤車裝置電流、轉(zhuǎn)子偏心的監(jiān)視，汽輪機(jī)快速冷卻過程中，應(yīng)保持盤車連續(xù)運(yùn)行，嚴(yán)禁在轉(zhuǎn)子靜止的時(shí)候進(jìn)行強(qiáng)制快速冷卻。

(3)加強(qiáng)對(duì)軸向位移、汽輪機(jī)膨脹、高低壓缸脹差等重要參數(shù)的監(jiān)視與控制，按照有關(guān)規(guī)定按時(shí)記錄相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常或者超限應(yīng)立即打閘，停止快速冷卻。

(4)汽輪機(jī)進(jìn)行快速冷卻期間，嚴(yán)格控制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度與壓縮空氣進(jìn)氣溫度之差不超過100 K，調(diào)節(jié)級(jí)出口金屬溫度在300 ℃以上時(shí)，金屬溫度與進(jìn)氣溫度差應(yīng)小于50 K。

(5)汽缸溫度下降過程中，嚴(yán)密監(jiān)視調(diào)節(jié)級(jí)出口、高中壓外缸螺栓、高中壓外缸法蘭等各部金屬的溫降速度不大于6 K/h，控制高壓缸及中壓缸的上下部位金屬溫差不超過42 K、內(nèi)外壁溫差不超過28 K，發(fā)現(xiàn)異?；虺迲?yīng)立即打閘，停止快速冷卻。

(6)調(diào)節(jié)鍋爐減溫水，調(diào)節(jié)高壓缸進(jìn)氣溫度，若中壓缸進(jìn)氣溫度達(dá)不到要求，可以手動(dòng)稍開高壓旁路調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)溫度正常，并調(diào)節(jié)高壓主汽閥和中壓調(diào)節(jié)閥開度，盡量保證高壓缸和中壓缸壁溫降低速度相同。

(7)汽輪機(jī)快速冷卻過程中，嚴(yán)密監(jiān)視低壓缸排汽溫度，若低壓缸排汽溫度大于121 ℃且無法控制時(shí)，應(yīng)立即打閘，停止快速冷卻。

3 結(jié)語

快速冷卻技術(shù)在火力發(fā)電廠汽輪機(jī)上的合理應(yīng)用，可以加快機(jī)組的冷卻速度，大幅減少機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修或者故障消除的等待時(shí)間，加快檢修進(jìn)度、縮短檢修工期，提高機(jī)組的可用率。采用高溫空氣強(qiáng)制快速冷卻，不須要增加空氣快冷裝置，并且不須要修改汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)及高、低壓旁路原控制內(nèi)核程序，溫降速度全程可控；同時(shí)利用高溫壓縮空氣進(jìn)行汽輪機(jī)強(qiáng)制快速冷卻，保證進(jìn)氣溫度與金屬溫度相匹配，避免對(duì)轉(zhuǎn)子、汽缸產(chǎn)生較大的熱沖擊，避免局部熱應(yīng)力過大和應(yīng)力集中，不增加汽輪機(jī)壽命損耗，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)快速、安全冷卻，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，應(yīng)用前景較為廣闊。