汽輪機(jī)快冷技術(shù)方案對(duì)比

摘 要：汽輪機(jī)作為火力發(fā)電的核心設(shè)備，其工作的可靠性和穩(wěn)定性應(yīng)該得到足夠重視，汽輪機(jī)停機(jī)快速冷卻技術(shù)一直是汽輪機(jī)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，本文首先分析了汽輪機(jī)冷卻需要控制的技術(shù)指標(biāo)以及注意事項(xiàng)，其次對(duì)比了兩類(lèi)相似快冷技術(shù)的工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)際快冷工作提供理論性參考材料。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);控制指標(biāo);技術(shù)對(duì)比

1引言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，普通居民對(duì)于用電量的需求也越來(lái)越大，雖然現(xiàn)在在大力發(fā)展綠色能源代替不可再生能源，但是受到區(qū)域環(huán)境和安全性的限制，風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電等形式只能供給少數(shù)地區(qū)的居民用電，火力發(fā)電依舊是中國(guó)供電的最主要形式，為了提升煤炭的能源轉(zhuǎn)換率，現(xiàn)在的火力發(fā)電廠會(huì)采用功率范圍在600-1000MW的汽輪器，汽輪機(jī)輸出的機(jī)械功增加，相應(yīng)地內(nèi)能也會(huì)增加，如何停機(jī)快速冷卻汽輪機(jī)縮短檢修時(shí)間是一個(gè)重要研究課題，大功率汽輪機(jī)為了提升設(shè)備的熱容量會(huì)采用保溫材料處理，如果采用自然冷卻的方式大約需要5-6天的時(shí)間才能夠停盤(pán)車(chē)揭缸，而采用快冷技術(shù)可以將時(shí)間縮短1-2天，所以快冷技術(shù)對(duì)于汽輪機(jī)設(shè)備的檢修和保養(yǎng)具有極大地促進(jìn)作用。

2汽輪機(jī)冷卻參數(shù)控制指標(biāo)

汽輪機(jī)的冷卻過(guò)程本質(zhì)上是冷卻介質(zhì)與設(shè)備進(jìn)行熱量交換的過(guò)程，雖然工作原理是較為簡(jiǎn)單的，但是需要控制的設(shè)備參數(shù)較多，其目的在于防止汽輪機(jī)的各個(gè)部件溫度變化差異過(guò)大導(dǎo)致部件之間的連接位置損壞，需要控制的參數(shù)主要有上下缸、內(nèi)外缸、左右法蘭、法蘭與螺栓之間的溫差，高、中壓缸金屬溫度，軸承的油溫、振幅，冷卻介質(zhì)的流量、壓力和溫度等等，而且需要根據(jù)實(shí)際冷卻工作要求適當(dāng)增加控制參數(shù)。

2.1控制指標(biāo)

脹差是指轉(zhuǎn)子與氣缸相對(duì)膨脹的差值，脹差的變化是影響汽輪機(jī)冷卻的最重要因素，所以對(duì)于如何有效控制汽輪器冷卻時(shí)各個(gè)參數(shù)的變化首要的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)脹差的變化控制，為了使汽輪機(jī)不出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的正脹差或負(fù)脹差，在冷卻過(guò)程中需要控制金屬平均冷卻速率在15-20℃/h之間，在短時(shí)間內(nèi)允許的最大冷卻溫度在30-45℃/h之間，除此之外還需要嚴(yán)格控制設(shè)備之間的最大溫差，一般來(lái)講設(shè)備之間的最大溫差不得超過(guò)20℃。

現(xiàn)在大多數(shù)汽輪機(jī)冷卻工作采用的冷卻介質(zhì)一般為蒸汽或者空氣，對(duì)于采用蒸汽作為冷卻介質(zhì)，需要嚴(yán)格控制蒸汽的壓力和溫度，根據(jù)實(shí)際工作要求，要保證冷卻用蒸汽溫度和汽輪機(jī)溫度差值在60-100℃之間，凝汽機(jī)真空壓力初始值控制在35-45KPa之間，在使用過(guò)程中逐漸將壓力提升至80-90KPa，汽輪機(jī)的平均冷卻速率為20℃/h左右。對(duì)于采用空氣作為冷卻介質(zhì)，需要嚴(yán)格控制空氣的流量和溫度，過(guò)快的空氣流量會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度變化不均勻出現(xiàn)脹差，過(guò)慢的空氣流量會(huì)導(dǎo)致冷卻速率達(dá)不到要求，只有選擇適宜的空氣流量才能得到較為均勻的設(shè)備冷卻曲線，空氣的換熱速率遠(yuǎn)小于蒸汽并且空氣與金屬之間的溫差較大，所以在實(shí)際冷卻工作過(guò)程中不會(huì)刻意去控制空氣的溫度，將空氣流量作為主要監(jiān)測(cè)目標(biāo)，對(duì)于600MW以上的大型汽輪機(jī)空氣流量需要控制在100-120m2/min，汽輪機(jī)冷卻速率為12-15℃之間。

2.2注意事項(xiàng)

這里主要介紹蒸汽冷卻和空氣冷卻過(guò)程中汽輪機(jī)設(shè)備需要注意的事項(xiàng)，對(duì)于蒸汽冷卻過(guò)程，最重要的是防止冷卻用蒸汽進(jìn)入氣缸內(nèi)，所以在關(guān)閉各級(jí)抽汽隔絕門(mén)之后還需要手動(dòng)檢查保證關(guān)閉嚴(yán)密，其次在冷卻工作中需要保持聯(lián)箱疏水系統(tǒng)有一定開(kāi)度，在冷卻完成之后再關(guān)閉系統(tǒng)。在進(jìn)行蒸汽冷卻時(shí)要逐步降低蒸汽溫度，溫度調(diào)節(jié)范圍在20-25℃。對(duì)于空氣冷卻過(guò)程首先需要對(duì)連通其他系統(tǒng)的壓縮空氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離處理，并且將汽缸疏水系統(tǒng)存在的殘留物排放干凈，對(duì)于進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部的冷卻空氣要進(jìn)行凈化處理保證不含有灰塵和油質(zhì)，在空氣冷卻過(guò)程中要時(shí)刻檢查進(jìn)氣口和出氣口，在初始冷卻過(guò)程中進(jìn)氣口開(kāi)度不宜過(guò)大，等待進(jìn)氣管道溫度下降時(shí)再加大進(jìn)氣口開(kāi)度，出氣口的U形管內(nèi)容易產(chǎn)生積水阻礙空氣的快速流動(dòng)，所以需要U形管管壁時(shí)刻保持干燥。采用兩種冷卻介質(zhì)均需要注意冷卻過(guò)程的均勻性，維持關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的溫差在可控范圍內(nèi)。

3具體快冷技術(shù)對(duì)比

快冷技術(shù)可以有多種分類(lèi)方式，但是最為主流的分類(lèi)方法有兩種：按冷卻介質(zhì)分類(lèi)和按冷卻方向分類(lèi)，冷卻介質(zhì)分類(lèi)主要有蒸汽冷卻和空氣冷卻這兩種，現(xiàn)在還有采用極低比熱容介質(zhì)冷卻的方式，但是成本過(guò)高沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。冷卻方向分類(lèi)主要有順流冷卻和逆流冷卻這兩種，本節(jié)主要對(duì)比了采用蒸汽冷卻的兩種技術(shù)和采用空氣冷卻的兩種技術(shù)，分析它們的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1鍋爐余汽冷卻法和鄰機(jī)抽汽冷卻法對(duì)比

鍋爐余汽冷卻法[1]的工作原理是在汽輪機(jī)停機(jī)后，借助鍋爐余熱產(chǎn)生的低溫度蒸汽即鍋爐余汽按照主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)的各個(gè)部分，利用余汽帶走汽輪機(jī)產(chǎn)生的熱量，主要工作過(guò)程如下：降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，使鍋爐余汽通過(guò)主汽閥和調(diào)速汽閥進(jìn)入汽輪機(jī)，余汽從汽缸夾層加熱聯(lián)箱到汽缸夾層最終到達(dá)凝汽器，隨著鍋爐產(chǎn)生余汽量的減少需要逐漸加大主匣閥的旁路閥開(kāi)度，之后再開(kāi)啟主匣閥。采用鍋爐余汽冷卻法的優(yōu)點(diǎn)在于冷卻效果好并且初始冷卻速度快，不需要額外增加任何輔助設(shè)備，對(duì)金屬表面沒(méi)有熱沖擊。缺點(diǎn)在于無(wú)法很好地控制設(shè)備之間的溫差，鍋爐余熱產(chǎn)生的蒸汽量無(wú)法得到很好地保證。

鄰機(jī)抽汽冷卻法[2]的工作原理和鍋爐余汽冷卻法相似，但是蒸汽的來(lái)源是法蘭調(diào)溫裝置的備用汽源，主要工作過(guò)程如下：備用蒸汽進(jìn)入調(diào)溫聯(lián)箱既可以按照正常的蒸汽流向進(jìn)入汽輪機(jī)的各個(gè)部分，也可以分流進(jìn)入高、中壓缸。采用這種冷卻方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效解決無(wú)法很好地控制設(shè)備溫差的問(wèn)題，并且冷卻汽源得到可靠供給。缺點(diǎn)在于在使用備用蒸汽時(shí)需要聯(lián)箱疏水管道保持一定開(kāi)度，可能會(huì)導(dǎo)致疏水進(jìn)入汽缸，其次需要人工監(jiān)控和操作各種閥門(mén)浪費(fèi)人力。

3.2壓縮空氣冷卻法和真空抽吸空氣冷卻法對(duì)比

壓縮空氣冷卻法[3]的工作過(guò)程有兩種第一種是壓縮空氣按照順流流向依次通過(guò)高、中、低壓汽缸最終進(jìn)入真空凝汽器;第二種是兩路同時(shí)進(jìn)行冷卻，一路空氣逆流流向高壓汽缸，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)汽門(mén)、主汽門(mén)最終由排汽門(mén)排出;另一路順流流向中、低壓汽缸依舊是進(jìn)入凝汽器。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過(guò)空氣冷卻調(diào)節(jié)設(shè)備精確控制空氣的溫度和流量，采用第一種工作過(guò)程壓縮空氣首先接觸高壓汽缸，吸收了足夠的熱量再進(jìn)入中、低壓汽缸減少了對(duì)汽缸的熱沖擊。缺點(diǎn)在于額外鋪設(shè)壓縮空氣管道和相關(guān)設(shè)備，增加了運(yùn)行成本，并且需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的隔離處理防止冷汽倒流。

真空抽吸空氣冷卻法[4]的工作原理是借助抽氣機(jī)抽吸空氣在汽缸內(nèi)部流動(dòng)強(qiáng)制各個(gè)部件冷卻的過(guò)程，主要工作過(guò)程如下：抽氣機(jī)安裝在過(guò)熱器集箱上部，冷卻空氣經(jīng)過(guò)主汽閥和調(diào)速汽閥流向高壓汽缸，中壓汽缸的冷卻空氣由再熱器集箱排汽管吸入，經(jīng)過(guò)主汽閥和調(diào)節(jié)閥流向中壓汽缸，之后再流向低壓汽缸，最終進(jìn)入真空凝汽器。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要增加過(guò)多的設(shè)備，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)在于冷卻效果很大程度取決于抽氣機(jī)的輸出功率，在冷卻過(guò)程末端效果較差，入口處的溫度變化較大，使得金屬產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。

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作者簡(jiǎn)介：

李正寬，男，河北萬(wàn)全，1990.03.19，本科，助理工程師，河北大唐國(guó)際張家口熱電有限責(zé)任，集控運(yùn)行。