梁永忠

（漳澤電力有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

快冷裝置在某300 MW機(jī)組的首次應(yīng)用

梁永忠

（漳澤電力有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

指出河津發(fā)電分公司（河電）3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)在某次A級(jí)大修中首次采用國產(chǎn)快冷裝置進(jìn)行冷卻，從使用的情況來看效果較好，有效地縮短了機(jī)組冷卻時(shí)間，為機(jī)組快速消缺或大修贏得寶貴時(shí)間。通過對(duì)汽輪機(jī)快速冷卻裝置的使用原理及使用情況的分析，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)和不足之處，提出合理使用快冷的方法以及改進(jìn)的建議。

快冷裝置；溫度；流量；溫差控制

0 引言

漳澤電力河津發(fā)電分公司（以下簡(jiǎn)稱“河電”）3號(hào)、4號(hào)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的NZK-300-16.7/537/537型亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、反動(dòng)式、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。與主機(jī)一同設(shè)計(jì)、安裝了一套由江蘇省揚(yáng)中市華能電力設(shè)備修造廠生產(chǎn)的YQL-II150汽輪機(jī)快冷裝置，為2臺(tái)機(jī)組公用，有關(guān)參數(shù)為：加熱功率，150 kW；氣源壓力，0.6 MPa；最高加熱溫度，400℃；最大空氣流量，60 m3／min。

按規(guī)程要求：當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度達(dá)150℃時(shí)方可停盤車進(jìn)行機(jī)組的檢修工作。從投產(chǎn)后的多次停機(jī)看，如機(jī)組正?；瑓?shù)停機(jī)，第一級(jí)金屬溫度由300～350℃自然冷卻到150℃時(shí)需160 h左右；如機(jī)組事故停機(jī)，高壓缸第一級(jí)金屬溫度在480℃以上，則需要冷卻的時(shí)間更長(zhǎng)。由于機(jī)組停機(jī)后自然冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，使得機(jī)組檢修工期延長(zhǎng)，因此縮短大型汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻時(shí)間是非常必要的。

2009年5月份3號(hào)機(jī)組A級(jí)大修時(shí)，為了摸清這套汽機(jī)快冷裝置的特性及積累快冷經(jīng)驗(yàn)，切實(shí)發(fā)揮強(qiáng)冷裝置的作用以縮短檢修工期，汽機(jī)專業(yè)運(yùn)行檢修有關(guān)人員查閱相關(guān)資料，對(duì)快冷裝置投運(yùn)的可行性進(jìn)行了全面的論證，制定了較為嚴(yán)密的投運(yùn)措施，以確保停運(yùn)機(jī)組達(dá)到安全快冷的效果。就這樣，河電300 MW機(jī)組的快冷裝置第一次投入試運(yùn)行。

1 快冷裝置的原理及投運(yùn)必需的條件

1.1 快冷裝置的原理

汽輪機(jī)快速冷卻裝置是利用電加熱裝置將加熱到一定溫度的壓縮空氣分別送入汽輪機(jī)高中壓缸，利用空氣與汽缸壁間的對(duì)流換熱，達(dá)到快速降低汽缸溫度的目的。汽輪機(jī)高壓缸采用逆流冷卻方式，中壓缸采用順流冷卻方式。高壓缸冷卻空氣由高壓缸排汽管逆止門前管道引入，經(jīng)高壓調(diào)汽門后疏水管排出；中壓缸冷卻空氣由中壓調(diào)汽門后疏水管引入，經(jīng)中低壓缸間導(dǎo)汽管上的閥門排出；由于空氣的換熱系數(shù)較小，空氣流量大，冷卻均勻，且在溫度變化過程中不會(huì)發(fā)生相變過程，因此采用這種方式降低汽缸溫度具有可控性好、安全性高的特點(diǎn)[1]。

1.2 投運(yùn)必需的條件

a）為防止過大的熱沖擊，開始冷卻時(shí)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度及中壓缸第一級(jí)持環(huán)溫度≤400℃。盡量采用滑參數(shù)停機(jī)，降低金屬溫度，最好在調(diào)節(jié)級(jí)溫度降到350℃方可投入快冷[2]。

b）由于汽缸溫度處在快速冷卻狀態(tài)，且汽缸溫度很高，盤車必須在快冷期間及快冷退出后3 h內(nèi)保持運(yùn)行，并保證汽輪機(jī)高中壓缸上、下缸溫差小于42℃，偏心小于0.076 2 mm，脹差、汽缸膨脹、軸向位移在允許值內(nèi)。

c）由于中壓缸冷卻空氣由中壓調(diào)汽門后疏水管引入，經(jīng)中低壓缸間導(dǎo)汽管上的閥門排出，還有部分空氣直接排入低壓缸或凝汽器（排汽裝置）。因此，快冷裝置必須是在凝結(jié)水泵運(yùn)行正常的狀況下投運(yùn)，并且排汽缸噴水維持運(yùn)行。

d）開啟凝汽器真空破壞門，停止高低壓軸封供汽，聯(lián)系檢修打開低壓缸人孔門，及時(shí)排走進(jìn)入凝汽器的熱空氣，防止低壓缸防爆門破裂。

e）為了保證機(jī)組整體冷卻均勻及冷卻效果，快冷裝置充分暖管疏水后，還須確定汽輪機(jī)本體及抽汽管道疏水放盡，然后關(guān)閉汽機(jī)本體及抽汽管道所有疏水門[3]。

f）保持三臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常（以防儀用氣壓力過低影響到運(yùn)行機(jī)組的安全），確認(rèn)供氣管道排污門、加熱聯(lián)箱疏水門、供氣管導(dǎo)疏水全部開啟，汽缸供氣各分門關(guān)閉，然后向快冷裝置通壓縮空氣，以保證空氣清潔；電加熱器溫度自動(dòng)控制精確，儀表指示準(zhǔn)確，電加熱電源正常。

2 投運(yùn)的主要措施及冷卻效果

2.1 進(jìn)氣溫度的控制

為保證快冷開始投入時(shí)，對(duì)汽缸及管道金屬產(chǎn)生較小的應(yīng)力沖擊，應(yīng)盡量減小空氣加熱器出口空氣溫度與汽缸壁溫差，一般應(yīng)控制溫差在50～80℃。加熱器出口空氣溫度加熱到比調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度低60℃左右后，方可送入汽缸，并隨汽缸溫度下降，相應(yīng)調(diào)整進(jìn)氣溫度。在進(jìn)行氣量調(diào)整時(shí)，注意監(jiān)視盤車因氣量變化大造成盤車脫開，特別是調(diào)整中壓缸進(jìn)氣量時(shí)，應(yīng)緩慢控制閥門開度。

快冷空氣溫度與金屬溫度之差可按表1控制。

表1 快冷空氣溫度與金屬溫度之差

當(dāng)缸溫降至200℃以下，根據(jù)高排溫度和中壓缸進(jìn)汽溫度，及時(shí)調(diào)整供汽溫度。由于壓縮空氣進(jìn)入汽缸過程要吸收管道和閥門的蓄熱，空氣溫度有所升高，并已降壓擴(kuò)容，流速降低，故可適當(dāng)加大壓縮空氣溫度與汽缸溫差，一般控制在120～150℃范圍，缸溫低于180℃，可將快冷裝置停止加熱，直接供壓縮空氣，調(diào)整空氣流量來控制汽缸溫降速度。

2.2 缸溫下降速度及高中壓缸進(jìn)氣量的配匹

快冷裝置投運(yùn)時(shí)，汽缸內(nèi)壁溫度下降速率控制在3～5℃/h左右（冷卻初期應(yīng)慢些，后期可快些），防止汽缸因?yàn)槔鋮s過快發(fā)生汽缸內(nèi)外壁溫差大導(dǎo)致汽缸變形。

由于300 MW機(jī)組中壓缸的熱容量比高壓缸的大，所需的冷卻空氣也多，根據(jù)調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度和中壓持環(huán)金屬溫度的下降情況，調(diào)整高中壓進(jìn)氣二次門進(jìn)行調(diào)節(jié)分配，以保證高中壓缸及轉(zhuǎn)子均勻冷卻。

2.3 發(fā)生下列任一情況，應(yīng)立即關(guān)閉高中壓缸強(qiáng)

冷進(jìn)氣一、二次門

a）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分有異音且盤車電流上升。

b）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子偏心指示有明顯增大趨勢(shì)。

c）汽輪機(jī)差脹大于16.39 mm，或出現(xiàn)負(fù)差脹。

d）汽輪機(jī)盤車故障停運(yùn)。

e）強(qiáng)制冷卻裝置電源失去或溫度不能自動(dòng)控制使進(jìn)氣溫度突降50℃以上。

f）高、中壓缸上、下缸溫差大于42℃。

g）低壓缸排汽溫度大于121℃無法降低。

h）高、中壓缸任一點(diǎn)金屬溫度突降5℃。

i）廠用氣系統(tǒng)故障，無法維持穩(wěn)定的氣壓時(shí)。

2.4 強(qiáng)冷投運(yùn)效果

表2是滑參數(shù)停機(jī)、不同冷卻方式下（調(diào)節(jié)級(jí)溫度從350℃至150℃）的時(shí)間對(duì)比表，從中可以看出：在整個(gè)強(qiáng)冷卻過程中，缸溫是較平穩(wěn)的下降，其余各指標(biāo)均正常。自然冷卻時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度從350℃降到150℃盤車具備停運(yùn)條件需160 h左右，而投入強(qiáng)冷裝置后，調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度從350℃降到150℃盤車具備停運(yùn)條件僅需55 h左右，這樣利用強(qiáng)冷裝置，從汽機(jī)打閘停機(jī)到停盤車就比自然冷卻縮短到了105 h，使檢修工期縮短近5天，由此而帶來的效益是非?？捎^的。

投運(yùn)強(qiáng)冷裝置后，使檢修工期縮短5天，每天按80%的負(fù)荷率計(jì)算，每kW·h按0.05元凈利潤(rùn)計(jì)算，如果機(jī)組提前5天并網(wǎng)發(fā)電，帶來的經(jīng)濟(jì)效益就是：30×0.8×5×240.05=144萬元。

由于此強(qiáng)冷裝置是第一次使用，存在經(jīng)驗(yàn)不足，金屬缸溫控制的下降速率比較保守。在以后的使用中，會(huì)得到進(jìn)一步的有效利用，爭(zhēng)取在停機(jī)后2天內(nèi)使盤車具備停運(yùn)條件，那樣經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加可觀。

3 快冷系統(tǒng)有待完善之處

表2 滑參數(shù)停機(jī)、不同冷卻方式下（調(diào)節(jié)級(jí)溫度從350℃至150℃）的時(shí)間(h)對(duì)比表

a）該系統(tǒng)目前最大的隱患就是加熱系統(tǒng)電器回路跳閘或者故障時(shí)，沒有動(dòng)切斷進(jìn)冷氣，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)機(jī)組安全的功能。當(dāng)強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)的空氣壓力低至0.1 MPa，保護(hù)切斷控制柜電源，停電加熱器，防止干燒著火。

b）系統(tǒng)缺少一套根據(jù)進(jìn)氣溫度與汽缸壁溫差自動(dòng)調(diào)整進(jìn)氣溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因而需人工不斷進(jìn)行修正。如能采用閉環(huán)控制，就可以最佳的溫度、速度控制缸溫下降，又避免了進(jìn)氣溫度不均造成對(duì)機(jī)組的不安全因素。

c）當(dāng)強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)的熱空氣實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定的上限溫度時(shí)，發(fā)報(bào)警，并且自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)氣門，防止不合要求的空氣進(jìn)入汽缸。

d）為了減少快冷裝置的空氣用量，減少電加熱器的臺(tái)數(shù)與功率，可考慮是否對(duì)逆流冷卻作些改進(jìn)，即將高壓缸逆流冷卻的溫度較高的排氣再送入集氣聯(lián)箱來調(diào)節(jié)加熱器溫度。

e）加強(qiáng)對(duì)下缸保溫的檢查處理。因其位置和構(gòu)造特點(diǎn)，容易出現(xiàn)保溫狀況不良等問題，每次大、小修均應(yīng)徹底檢查、更換，以防止投快冷時(shí)上下缸溫差超限不易控制。

f）可以從理論上探究快冷技術(shù)逆向應(yīng)用的可能性，即在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，利用快冷裝置的原理和設(shè)備，對(duì)汽輪機(jī)部件進(jìn)行加熱，加快金屬溫度場(chǎng)和應(yīng)力的均勻變化速度，實(shí)現(xiàn)其“快熱”的功能，以期達(dá)到盡快安全暖機(jī)的目的。

4 結(jié)論

機(jī)組停機(jī)時(shí)合理利用滑參數(shù)停機(jī)再配以強(qiáng)制通風(fēng)快冷，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)利用倒暖或利用快冷裝置加熱汽機(jī)本體，在保證機(jī)組安全的前提下，能使檢修開工時(shí)間大大提前，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間明顯縮短，有效縮短檢修工期，提高設(shè)備的可用系數(shù)，減少機(jī)組消耗，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 楊補(bǔ)運(yùn).300 MW機(jī)組停機(jī)后的空氣強(qiáng)制冷卻［J］.華北電力技術(shù)，2005（2）:48-50．

［2］ 山西省電力工業(yè)局.發(fā)電廠集控運(yùn)行［M］.北京:中國電力出版社，1997．

［3］ 山西省電力工業(yè)局.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行［M］.北京：中國電力出版社，1997.161-170．

The First Application of Fast-cooling Device in 300 MW Unit

LIANG Yong-zhong
（Hejin Power Generation Company，Hejin，Shanxi 043300，China)

The turbine of No.3 unit in Hejin Power Generation Company was cooled by the fast cooling device made in China for the first time in class A maintenance.The application of the device shows that it could effectively shorten the cooling time,which plays a key role for the crew to eliminate defects quickly or repair the unit timely.Based on the analysis of the principle and application of turbine,suggestions are put forward to use the fast cooling device appropriately.

fast-cooling device；temperature；flow；temperature control

TK262

B

1671-0320（2011）04-0050-03

2011-04-11，

2011-05-23

梁永忠（1969-），男，山西稷山人，1992年畢業(yè)于北京電力?？茖W(xué)校發(fā)電廠集控運(yùn)行專業(yè)，電力技術(shù)工程師，從事集控運(yùn)行工作。