摘要：針對(duì)600MW機(jī)組采用滑參數(shù)停機(jī)時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)溫度下降速度慢的問(wèn)題，提出了上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的600
MW汽輪機(jī)配置快冷系統(tǒng)的必要性，分析利用壓縮空氣進(jìn)行快冷的安全性，并提出具體實(shí)施方案、投用快冷系統(tǒng)的操作及注意事項(xiàng)，最后對(duì)使用這一方法的效益進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵字：快冷速度 600MW機(jī)組 滑參數(shù)停運(yùn) 熱傳輸介質(zhì) 運(yùn)行安全
隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的增大和優(yōu)質(zhì)保溫材料的采用，使機(jī)組的保溫性能得到很大的改善，也提高了機(jī)組的運(yùn)行熱效率和安全性，但是對(duì)檢修停機(jī)的等待冷卻時(shí)間卻大大增加。機(jī)組停機(jī)后，高壓缸第1級(jí)金屬壁溫度為300-400℃，要冷卻到檢修所需溫度150℃以下，一般需要7―8d，直接影響檢修工期的充分利用和機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)。600
MW機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)大修A級(jí)檢修工期為58―60d，B級(jí)檢修工期為30―45d，C級(jí)檢修工期為20―26d。為了在很短的時(shí)間內(nèi)消除主機(jī)存在的缺陷，汽輪機(jī)組采用快速冷卻停機(jī)方式非常必要。下面以廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司1號(hào)汽輪機(jī)快速冷卻方案為例，介紹600MW汽輪機(jī)停機(jī)冷卻方法。
1600MW汽輪機(jī)概況
廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司1號(hào)汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司(按照美國(guó)西屋技術(shù))生產(chǎn)的N600-16.7/537/537型亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組具有較好的熱負(fù)荷和變負(fù)荷適應(yīng)性，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)（DEH-ⅢA）。機(jī)組能夠在冷態(tài)、熱態(tài)等不同工況下啟動(dòng)，可采用定壓和定―滑―定壓運(yùn)行方式運(yùn)行。一號(hào)機(jī)組通過(guò)啟動(dòng)試運(yùn)，機(jī)組從600
MW負(fù)荷采用滑參數(shù)停機(jī)，調(diào)節(jié)級(jí)溫度可以滑至280―340℃，需要7d時(shí)間，調(diào)節(jié)級(jí)溫度才能降低到150℃，這時(shí)可以停止盤車及油泵。高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)溫度降低很慢，尤其低溫區(qū)域自然冷卻溫度降低更慢，自然冷卻初期汽缸溫度還會(huì)出現(xiàn)反彈，這種自然冷卻方式不利于機(jī)組快速進(jìn)入檢修狀態(tài)，冷卻時(shí)間長(zhǎng)，給機(jī)組檢修帶來(lái)了不便，延長(zhǎng)了檢修工期，減少了機(jī)組的等效利用時(shí)間。
2快冷方式的選擇
快冷介質(zhì)主要有蒸汽和空氣兩種。使用低壓低溫蒸汽冷卻時(shí)，必須保證蒸汽具有50℃以上的過(guò)熱溫度。但要將汽缸金屬溫度降至150℃以下很難做到。首先，600
MW機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)的參數(shù)為：汽壓5MPa，汽溫340℃。另外，蒸汽比熱容大，放熱系數(shù)大，在不同冷卻階段很難調(diào)整，調(diào)整不當(dāng)極易造成局部溫降大和局部過(guò)冷，而產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，對(duì)機(jī)組壽命產(chǎn)生不利影響。而空氣比熱容小，放熱系數(shù)比蒸汽小很多，無(wú)上述問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整，可較好地控制汽輪機(jī)的冷卻速度。為了縮短汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻速度，在汽輪機(jī)停機(jī)后的高溫階段，利用輸送300-350℃的干燥潔凈的熱空氣進(jìn)入汽輪機(jī)，并保持與汽缸內(nèi)壁一定的溫差，在規(guī)定范圍內(nèi)按比例降低汽缸溫度，可以達(dá)到快速冷卻的目的。
3 機(jī)組采用壓縮空氣快冷安全性分析
上海汽輪機(jī)有限公司曾經(jīng)委托上海交通大學(xué)進(jìn)行汽缸冷卻速度及溫度變化做有限的應(yīng)力分析計(jì)算。根據(jù)上海交通大學(xué)研究報(bào)告：即使汽輪機(jī)處于高溫狀態(tài)，空氣與金屬的溫差為100℃時(shí)，汽缸和轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力峰值也不超過(guò)材料強(qiáng)度允許值，上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子材料為30Cr1Mo1V，
經(jīng)計(jì)算安全系數(shù)為3.75倍。在實(shí)際操作控制中，為了確保汽輪機(jī)的安全可靠性，可以人為地縮小加熱后的壓縮空氣與汽缸金屬溫度的溫差，使轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力更小，高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)處的金屬溫度高于300℃、200℃、150℃時(shí)加熱后的壓縮空氣與金屬溫差一般控制在小于等于50℃、80℃、100℃。上海交通大學(xué)博士論文研究結(jié)果認(rèn)為：適當(dāng)?shù)乜刂茻峥諝夂透妆诮饘俚臏夭?，采用壓縮空氣強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)，對(duì)汽輪機(jī)的壽命幾乎沒(méi)有影響。
4機(jī)組采用壓縮空氣強(qiáng)制快速冷卻方案
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，600MW機(jī)組強(qiáng)制冷卻裝置選用氣量60-70m3/min、加熱功率200kW比較合適。
1號(hào)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)蒸汽的流向：對(duì)于鍋爐來(lái)的新蒸汽，經(jīng)過(guò)置于汽輪機(jī)兩側(cè)的2個(gè)固定支承的高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥，由兩側(cè)的2個(gè)調(diào)節(jié)閥流出，通過(guò)4根高壓導(dǎo)汽管進(jìn)入高壓缸噴嘴室，蒸汽通過(guò)4組噴嘴組進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)及11級(jí)壓力級(jí)后由高壓缸下部?jī)蓚?cè)排出進(jìn)入鍋爐再熱器。再熱后的蒸汽從機(jī)組兩側(cè)的2個(gè)固定支承的中壓再熱主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥及4根中壓導(dǎo)汽管從中部進(jìn)入分流布置的中壓缸，經(jīng)過(guò)正反各9級(jí)壓力級(jí)后，從中壓缸上部4個(gè)排汽口排出，合并成2根連通管，分別進(jìn)入1號(hào)和2號(hào)低壓缸。低壓缸為分流結(jié)構(gòu)，蒸汽從中部流入，經(jīng)過(guò)正反向各7級(jí)壓力級(jí)后，從4個(gè)排汽口向下排入2個(gè)凝汽器。
空氣快冷管道的接口及快冷空氣的流向：對(duì)于高壓缸，壓縮空氣接在高壓導(dǎo)汽管疏水管道上，管道為：Φ60×11，4根，管道材質(zhì)為12Cr1MoV，分四路經(jīng)過(guò)4組噴嘴組進(jìn)入高壓缸，在高壓外缸疏水管道上接Φ48×5的接口，
管道材質(zhì)為12Cr1MoV；對(duì)于中壓缸，壓縮空氣接在中壓導(dǎo)汽管疏水上，管道為Φ48×5，管道材質(zhì)為12Cr1MoV，分4路進(jìn)入中壓缸。高壓缸進(jìn)入的冷卻空氣經(jīng)過(guò)吸熱后，經(jīng)過(guò)高壓缸排汽通風(fēng)閥進(jìn)入凝汽器；中壓缸進(jìn)入的冷卻空氣經(jīng)過(guò)冷卻吸熱后，經(jīng)過(guò)低壓缸進(jìn)入凝汽器，凝汽器汽側(cè)人孔門打開，排向大氣。
快冷裝置的氣源可以選定來(lái)自空氣壓縮機(jī)的氣源，總供氣量60-70m3/min。熱空氣最高溫度為350℃比較合適，工作壓力0.6
MPa，功率200kW。整套快冷系統(tǒng)固定于汽機(jī)6.4
m層。壓縮空氣經(jīng)2個(gè)氣液分離器被充分疏水然后進(jìn)入2個(gè)串或并聯(lián)使用的加熱器，最后到達(dá)集氣箱內(nèi)，分別接到高壓及低壓導(dǎo)汽管疏水接口，進(jìn)入高壓缸及中壓缸。
采用二級(jí)水汽分離、二級(jí)電加熱，可以方便地調(diào)整為采用串、并聯(lián)運(yùn)行。在快冷開始階段，可采用串聯(lián)方式運(yùn)行，這樣可以形成小流量、高溫度模式，溫度可達(dá)350
℃以上。在快冷后期，可采用并聯(lián)方式運(yùn)行，在壓縮空氣源滿足的前提下，可達(dá)到較大的流量。
5機(jī)組采用壓縮空氣強(qiáng)制快速冷卻裝置的投用及注意事項(xiàng)
若機(jī)組停機(jī)后準(zhǔn)備投用快冷裝置，應(yīng)盡量采用滑參數(shù)停機(jī)，并盡量降低停機(jī)后的溫度。高壓缸第1級(jí)金屬溫度及中壓缸進(jìn)口葉片環(huán)溫度降至400℃以下，方可投用快冷裝置。
在強(qiáng)制通風(fēng)冷卻前，汽機(jī)高、中壓缸應(yīng)充分排盡疏水，并全面隔離。防止因疏水排放不盡或系統(tǒng)隔離不嚴(yán)，使冷汽、冷水進(jìn)入高、中壓缸出現(xiàn)局部溫差過(guò)大，溫降速率過(guò)大現(xiàn)象。在強(qiáng)制通風(fēng)冷卻過(guò)程中，主機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、頂軸油系統(tǒng)及盤車裝置、低壓缸噴水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)始終保持正常運(yùn)行，以上任一系統(tǒng)退出運(yùn)行，應(yīng)馬上停止強(qiáng)迫冷卻，直到恢復(fù)正常后方可進(jìn)行。在第1次強(qiáng)制通風(fēng)冷卻前，快冷系統(tǒng)應(yīng)吹掃干凈，質(zhì)量合格，暖管工作充分?？焖倮鋮s過(guò)程中，應(yīng)定期進(jìn)行汽水分離器，分汽箱、空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐的放水工作與過(guò)濾器的清理工作，防止油、水雜質(zhì)進(jìn)入
汽缸。只有壓縮空氣正常、流量正常，方可投用空氣加熱裝置，在空氣加熱器溫度合符指標(biāo)時(shí)才能向汽輪機(jī)送氣。一旦發(fā)生空壓機(jī)停運(yùn)或壓縮空氣中斷，立即停用空氣加熱裝置。若發(fā)現(xiàn)空氣加熱器失電不能控溫時(shí)應(yīng)關(guān)閉氣源，防止向汽輪機(jī)送冷空氣。注意事項(xiàng)及參數(shù)要求：
a.高壓缸第1級(jí)金屬溫度300-400℃時(shí)，溫降率應(yīng)小于5℃/h，熱空氣與金屬溫差小于50℃。
b.高壓缸第1級(jí)金屬溫度200-300℃時(shí)，溫降率應(yīng)小于6-8℃/h，熱空氣與金屬溫差小于80℃。
c.高壓缸第1級(jí)金屬溫度150-200℃時(shí)，溫降率應(yīng)小于8-10℃/h，熱空氣與金屬溫差小于100℃。
d.快冷停用后，連續(xù)盤車30min，視各點(diǎn)溫度上升情況停用盤車及各系統(tǒng)。
e.根據(jù)冷卻風(fēng)量需要串、并聯(lián)切換使用。
6監(jiān)視和控制的指標(biāo)
整個(gè)強(qiáng)制通風(fēng)冷卻過(guò)程要監(jiān)視機(jī)組的絕對(duì)膨脹量、脹差、轉(zhuǎn)子偏心、軸向位移等。投入汽輪機(jī)快冷后，剛開始送氣，盡量采用小溫差、小流量方式，然后逐步加大流量。嚴(yán)格控制汽缸進(jìn)氣溫度與通風(fēng)量。原則上每調(diào)整1次，穩(wěn)定30
min，無(wú)變化或變化不大時(shí)，進(jìn)行再次調(diào)正?？諝饧訜崞鞒隹跍囟葢?yīng)平穩(wěn)降低無(wú)突跳現(xiàn)象。當(dāng)高、中壓缸進(jìn)氣導(dǎo)流管壁溫度在100
℃左右，高壓缸第1級(jí)金屬溫度降200℃以下時(shí)可增大通風(fēng)量，改電加熱器串聯(lián)運(yùn)行為并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)高壓缸第1級(jí)金屬壁溫度，中壓缸1號(hào)靜葉持環(huán)溫度達(dá)到150
℃以下且無(wú)明顯回升，結(jié)束強(qiáng)制通風(fēng)冷卻。關(guān)閉進(jìn)氣閥門，再繼續(xù)盤車30min，視各點(diǎn)溫度是否回升，如無(wú)回升則可停盤車，開始檢修工作。
7效益
a.使用快冷裝置可以比正常的冷卻縮短停盤車時(shí)間約4d，為檢修機(jī)組贏得時(shí)間，提高了機(jī)組的等效利用時(shí)間。
b.整個(gè)冷卻過(guò)程中，人為控制汽機(jī)金屬溫度的下降率，保證了上、下缸溫差及主要參數(shù)符合要求，機(jī)組可以安全快速進(jìn)入檢修狀態(tài)。
c.廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司5臺(tái)機(jī)組，每年按照2次檢修（A或B級(jí)）計(jì)算，采用壓縮空氣快速冷卻系統(tǒng)后，機(jī)組每年可以多發(fā)電量115×106
kW·h電量，電價(jià)按照0.20元/（kW·h）計(jì)算，可以增加電量收入2300萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
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