快冷裝置在某300 MW機組的首次應用

梁永忠

（漳澤電力有限公司河津發電分公司，山西 河津 043300）

快冷裝置在某300 MW機組的首次應用

梁永忠

（漳澤電力有限公司河津發電分公司，山西 河津 043300）

指出河津發電分公司（河電）3號機組汽輪機在某次A級大修中首次采用國產快冷裝置進行冷卻，從使用的情況來看效果較好，有效地縮短了機組冷卻時間，為機組快速消缺或大修贏得寶貴時間。通過對汽輪機快速冷卻裝置的使用原理及使用情況的分析，總結了經驗和不足之處，提出合理使用快冷的方法以及改進的建議。

快冷裝置；溫度；流量；溫差控制

0 引言

漳澤電力河津發電分公司（以下簡稱“河電”）3號、4號機組為哈爾濱汽輪機廠制造的NZK-300-16.7/537/537型亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、反動式、直接空冷凝汽式汽輪機。與主機一同設計、安裝了一套由江蘇省揚中市華能電力設備修造廠生產的YQL-II150汽輪機快冷裝置，為2臺機組公用，有關參數為：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。

按規程要求：當汽輪機調節級金屬溫度達150℃時方可停盤車進行機組的檢修工作。從投產后的多次停機看，如機組正常滑參數停機，第一級金屬溫度由300～350℃自然冷卻到150℃時需160 h左右；如機組事故停機，高壓缸第一級金屬溫度在480℃以上，則需要冷卻的時間更長。由于機組停機后自然冷卻時間較長，使得機組檢修工期延長，因此縮短大型汽輪機停機后的冷卻時間是非常必要的。

2009年5月份3號機組A級大修時，為了摸清這套汽機快冷裝置的特性及積累快冷經驗，切實發揮強冷裝置的作用以縮短檢修工期，汽機專業運行檢修有關人員查閱相關資料，對快冷裝置投運的可行性進行了全面的論證，制定了較為嚴密的投運措施，以確保停運機組達到安全快冷的效果。就這樣，河電300 MW機組的快冷裝置第一次投入試運行。

1 快冷裝置的原理及投運必需的條件

1.1 快冷裝置的原理

汽輪機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高中壓缸，利用空氣與汽缸壁間的對流換熱，達到快速降低汽缸溫度的目的。汽輪機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，經高壓調汽門后疏水管排出；中壓缸冷卻空氣由中壓調汽門后疏水管引入，經中低壓缸間導汽管上的閥門排出；由于空氣的換熱系數較小，空氣流量大，冷卻均勻，且在溫度變化過程中不會發生相變過程，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[1]。

1.2 投運必需的條件

a）為防止過大的熱沖擊，開始冷卻時高壓缸調節級金屬溫度及中壓缸第一級持環溫度≤400℃。盡量采用滑參數停機，降低金屬溫度，最好在調節級溫度降到350℃方可投入快冷[2]。

b）由于汽缸溫度處在快速冷卻狀態，且汽缸溫度很高，盤車必須在快冷期間及快冷退出后3 h內保持運行，并保證汽輪機高中壓缸上、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。

c）由于中壓缸冷卻空氣由中壓調汽門后疏水管引入，經中低壓缸間導汽管上的閥門排出，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水泵運行正常的狀況下投運，并且排汽缸噴水維持運行。

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

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

f）保持三臺空壓機運轉正常（以防儀用氣壓力過低影響到運行機組的安全），確認供氣管道排污門、加熱聯箱疏水門、供氣管導疏水全部開啟，汽缸供氣各分門關閉，然后向快冷裝置通壓縮空氣，以保證空氣清潔；電加熱器溫度自動控制精確，儀表指示準確，電加熱電源正常。

2 投運的主要措施及冷卻效果

2.1 進氣溫度的控制

為保證快冷開始投入時，對汽缸及管道金屬產生較小的應力沖擊，應盡量減小空氣加熱器出口空氣溫度與汽缸壁溫差，一般應控制溫差在50～80℃。加熱器出口空氣溫度加熱到比調節級金屬溫度低60℃左右后，方可送入汽缸，并隨汽缸溫度下降，相應調整進氣溫度。在進行氣量調整時，注意監視盤車因氣量變化大造成盤車脫開，特別是調整中壓缸進氣量時，應緩慢控制閥門開度。

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

當缸溫降至200℃以下，根據高排溫度和中壓缸進汽溫度，及時調整供汽溫度。由于壓縮空氣進入汽缸過程要吸收管道和閥門的蓄熱，空氣溫度有所升高，并已降壓擴容，流速降低，故可適當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氣量的配匹

快冷裝置投運時，汽缸內壁溫度下降速率控制在3～5℃/h左右（冷卻初期應慢些，后期可快些），防止汽缸因為冷卻過快發生汽缸內外壁溫差大導致汽缸變形。

由于300 MW機組中壓缸的熱容量比高壓缸的大，所需的冷卻空氣也多，根據調節級金屬溫度和中壓持環金屬溫度的下降情況，調整高中壓進氣二次門進行調節分配，以保證高中壓缸及轉子均勻冷卻。

2.3 發生下列任一情況，應立即關閉高中壓缸強

冷進氣一、二次門

a）汽輪機轉動部分有異音且盤車電流上升。

b）汽輪機轉子偏心指示有明顯增大趨勢。

c）汽輪機差脹大于16.39 mm，或出現負差脹。

d）汽輪機盤車故障停運。

e）強制冷卻裝置電源失去或溫度不能自動控制使進氣溫度突降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、中壓缸任一點金屬溫度突降5℃。

i）廠用氣系統故障，無法維持穩定的氣壓時。

2.4 強冷投運效果

表2是滑參數停機、不同冷卻方式下（調節級溫度從350℃至150℃）的時間對比表，從中可以看出：在整個強冷卻過程中，缸溫是較平穩的下降，其余各指標均正常。自然冷卻時，調節級金屬溫度從350℃降到150℃盤車具備停運條件需160 h左右，而投入強冷裝置后，調節級金屬溫度從350℃降到150℃盤車具備停運條件僅需55 h左右，這樣利用強冷裝置，從汽機打閘停機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常可觀的。

投運強冷裝置后，使檢修工期縮短5天，每天按80%的負荷率計算，每kW·h按0.05元凈利潤計算，如果機組提前5天并網發電，帶來的經濟效益就是：30×0.8×5×240.05=144萬元。

由于此強冷裝置是第一次使用，存在經驗不足，金屬缸溫控制的下降速率比較保守。在以后的使用中，會得到進一步的有效利用，爭取在停機后2天內使盤車具備停運條件，那樣經濟效益會更加可觀。

3 快冷系統有待完善之處

表2 滑參數停機、不同冷卻方式下（調節級溫度從350℃至150℃）的時間(h)對比表

a）該系統目前最大的隱患就是加熱系統電器回路跳閘或者故障時，沒有動切斷進冷氣，實現自動保護機組安全的功能。當強制冷卻系統的空氣壓力低至0.1 MPa，保護切斷控制柜電源，停電加熱器，防止干燒著火。

b）系統缺少一套根據進氣溫度與汽缸壁溫差自動調整進氣溫度的調節系統，因而需人工不斷進行修正。如能采用閉環控制，就可以最佳的溫度、速度控制缸溫下降，又避免了進氣溫度不均造成對機組的不安全因素。

c）當強制冷卻系統的熱空氣實際溫度達到設定的上限溫度時，發報警，并且自動關閉進氣門，防止不合要求的空氣進入汽缸。

d）為了減少快冷裝置的空氣用量，減少電加熱器的臺數與功率，可考慮是否對逆流冷卻作些改進，即將高壓缸逆流冷卻的溫度較高的排氣再送入集氣聯箱來調節加熱器溫度。

e）加強對下缸保溫的檢查處理。因其位置和構造特點，容易出現保溫狀況不良等問題，每次大、小修均應徹底檢查、更換，以防止投快冷時上下缸溫差超限不易控制。

f）可以從理論上探究快冷技術逆向應用的可能性，即在機組冷態啟動時，利用快冷裝置的原理和設備，對汽輪機部件進行加熱，加快金屬溫度場和應力的均勻變化速度，實現其“快熱”的功能，以期達到盡快安全暖機的目的。

4 結論

機組停機時合理利用滑參數停機再配以強制通風快冷，機組啟動時利用倒暖或利用快冷裝置加熱汽機本體，在保證機組安全的前提下，能使檢修開工時間大大提前，機組啟動時間明顯縮短，有效縮短檢修工期，提高設備的可用系數，減少機組消耗，創造較好的經濟效益。

［1］ 楊補運.300 MW機組停機后的空氣強制冷卻［J］.華北電力技術，2005（2）:48-50．

［2］ 山西省電力工業局.發電廠集控運行［M］.北京:中國電力出版社，1997．

［3］ 山西省電力工業局.汽輪機設備運行［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年畢業于北京電力專科學校發電廠集控運行專業，電力技術工程師，從事集控運行工作。