1000MW超超臨界機組滑停與快冷配合的實踐和應用

吳建軍，茆 永

（神華國華浙江浙能發電有限公司B廠，浙江 寧海 315612）

0 引言

隨著汽輪機參數的提高和容量的增大，以及機組保溫材料性能的提高，汽輪機停機后自然冷卻的時間也大大延長。神華國華浙江浙能發電有限公司1000MW機組的汽輪機由上海汽輪機有限公司和德國SIEMENS公司聯合設計制造，型號為N1000-26.25/600/600（TC4F），設計額定主汽壓力26.25 MPa、主汽溫度600℃，設計額定再熱汽壓力5.0 MPa、再熱蒸汽溫度600℃，規定停機后汽機高壓轉子溫度（以下簡稱TAX）降至100℃以下方可停運盤車裝置。汽缸外部具有絕熱性能良好的保溫層，這對加強汽缸保溫、減少散熱損失的效果十分顯著，但在檢修停機后的自然冷卻過程中，由于散熱條件較差、蓄熱量大、汽缸壁溫下降較慢，需要很長的冷卻時間，一般停機后TAX自然冷卻到低于100℃需12天以上。目前有很多發電廠在大/小修前都采用滑參數停機甚至深度滑停來加快汽缸溫度的下降，使汽缸溫度降到最低，以便及時開工檢修，縮短檢修工期。但是，在滑參數停機過程中，如果控制不當或局部冷卻不均將對機組產生熱沖擊，對汽機壽命造成不利影響，嚴重時會使汽缸金屬壁溫受到熱沖擊而產生裂紋。尤其是1000MW超超臨界機組，控制較為復雜，深度滑停風險更大。但采用自然冷卻方式的冷卻時間又過長，導致機組可用率降低，大大影響大機組優越性的正常發揮。

針對上述情況，神華國華浙江浙能發電有限公司采用適度滑參數停機和汽機快冷相結合，快冷采用抽真空通氣冷卻方式，不需要增加任何設備，投資少，系統操作簡單，便于運行人員掌握。自2009年2臺1000MW機組投運以來，通過不斷的摸索和總結，對滑停和快冷配合總結出了實踐經驗，取得良好的效果，大大縮短了機組的檢修時間，為機組的精細化檢修爭取了時間，取得了顯著的效果。

滑停和快冷配合的具體過程分為通過機組滑停將TAX降到400℃、自然冷卻到300℃、通過快冷降至停盤車溫度這3個階段。本文著重介紹滑停和快冷過程的操作步驟和注意事項。

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1.1 滑停的目標缸溫

滑停的最終缸溫（汽機高壓轉子溫度）目標為400℃，但必須確保安全，如發現任何危及機組安全的因素而不能消除時，應中斷運行，緊急停機。

1.2 滑停注意事項

（1）滑參數停機時，應遵守先降壓后降溫的原則，逐步降低主蒸汽和再熱蒸汽參數，鍋爐主蒸汽和再熱蒸汽的降壓速率應小于0.1 MPa/min，降溫速率小于1.5℃/min。一旦出現汽溫下降過快的情況，即10 min內降低50℃以上時應立即打閘停機。

（2）滑停過程中，應注意主蒸汽與再熱汽溫度的偏差小于28℃，并保證二者有80℃以上的過熱度。

（3）為保證汽溫平穩下降，在滑停過程中不建議切除高壓加熱器。轉入濕態運行后，鍋爐啟動循環泵投入運行時要防止汽溫出現大幅波動。

（4）注意監視高壓主汽門、調門、轉子、缸體和中壓主汽門、轉子的溫度裕度（汽機各部件自身溫度應力安全值）下限大于0℃。

（5）主蒸汽和再熱蒸汽溫度降至400℃后，保持1～2 h，使汽機轉子內外溫度趨于一致。

（6）密切監視機組振動、軸向位移、瓦溫、缸脹、振動、上下缸溫差等參數，發現異常應立即打閘停機。

（7）在鍋爐減負荷過程中，應加強對風量、中間點焓值（溫度）及主蒸汽溫度的監視。進入濕態運行后，加強分離器水位和大氣式擴容器凝結水箱水位的監視和控制。

（8）滑停過程中，各項重大操作如停磨、停給水泵、停風機等應分開進行。及時調整軸封汽壓力和溫度，將軸封汽溫度與轉子金屬溫度偏差控制在許可范圍內。

（9）高負荷階段的蒸汽流量大，冷卻效果好。因此建議在高負荷階段就開始降參數，先將汽壓降至對應負荷下的最低值，再開始降汽溫，并維持一定的時間。

（10）保持高壓缸排汽溫度有20℃以上的過熱度。

（11）滑參數停機過程中，減溫水的調節必須謹慎。為防止引起水塞，過熱器減溫器后的溫度應確保有10℃以上過熱度。投用再熱器事故減溫水時，應防止低溫再熱器內積水，減溫后的過熱度亦應大于20℃。

1.3 滑停過程及其分析

機組滑停前先正常減負荷至600MW，并完成鍋爐和汽機各項試驗和滑停準備工作。負荷降至600MW后開始降主蒸汽和再熱蒸汽參數，汽機各部分的溫度下降按以下4個階段進行控制，各部分溫度變化曲線如圖1所示。

圖1 滑停階段的主汽溫和再熱汽溫及高、中壓轉子溫降曲線

1.3.1 第一階段

在600MW高負荷階段，保持主汽壓力為設定值，機組投用CCS（機爐協調控制）方式，主汽溫和再熱汽溫分別降到550℃和530℃，此階段主要使用減溫水來降低主汽溫度，用下調燃燒器擺角及停運最上層制粉系統等燃燒調整方式來降低再熱汽溫度，降溫時間約60 min，主汽溫和再熱汽溫降溫速率分別為0.8℃/min和1.17℃/min，相應的高壓轉子溫度由527℃降到480℃，降溫速率0.783℃/min；中壓轉子由516℃降到490℃，降溫速率為0.325℃/min。此階段由于蒸汽流量大，若減溫水調整得當，降溫速率幾乎可以保持不變，第一級汽溫與高壓缸內上壁溫度同步線性下降，這是最理想的滑停工況。中壓缸溫相對再熱汽溫而言下降較慢。

1.3.2 第二階段

在負荷為600MW時，撤出CCS，汽機轉為TF（汽機跟隨控制）方式，緩慢設置壓力負偏置，使高壓調門全開；開始保持4臺制粉系統運行，目標汽溫500℃。此過程將給水切至旁路調節門控制，提高減溫水的壓力，逐漸燒空E倉（上面第二層制粉系統），鍋爐總煤量保持在190～200 t/h（約500MW負荷），主汽溫度和再熱汽溫度滑到500℃以下，主汽溫度、再熱汽溫度和高、中壓轉子的降溫速率分別為 0.65℃/min，0.56℃/min，0.5℃/min和0.53℃/min。此階段冷卻效果較好，由于蒸汽流量大，汽溫與缸溫下降曲線的線性度也較好。

1.3.3 第三階段

該階段降溫降壓同時進行，汽機高壓調門全開，汽機為TF方式，汽溫500℃時穩定一定時間，使高、中壓缸得到充分冷卻。此時要注意及時投入等離子穩燃，保持鍋爐燃燒穩定，煤量減至170～180 t/h，汽溫逐步滑到450℃并維持一定的時間，煤量不得低于160 t/h（負荷約400MW），鍋爐保持干態運行，燒空D倉（從上往下第三層制粉系統）。

1.3.4 第四階段

此階段與第三階段類似，降溫降壓同時進行，汽機高壓調門全開，汽機為TF方式，不同的是隨著燃料的減少，鍋爐要逐漸轉濕態運行，要特別注意防止轉態過程中的汽溫反彈。在這個過程中，應逐漸減小鍋爐一級減溫水量，盡量用二級減溫水控制主汽溫度，保持噴水減溫器后的蒸汽過熱度不低于20℃，保證汽溫不發生波動。D倉燒空后，煤量減至140～150 t/h，汽溫滑至430℃并穩定一段時間。鍋爐由干態轉為濕態運行后，應注意給水流量調節方式的變化，省煤器入口給水流量控制在約1050～1100 t/h（嚴禁給水流量過大，避免鍋爐提早進入濕態），并避免在轉換區域長時間停留（因此時汽溫容易波動，不易控制）。鍋爐轉濕態后，汽溫控制主要依靠減溫水，應注意各減溫器后的蒸汽過熱度，嚴禁蒸汽帶水；若減溫水調門開度過大無調節能力時，可采用降低最上層磨煤機煤量的辦法降低負荷，并繼續降低汽溫，分疏箱見水且分疏箱液控閥有一定開度后，啟動鍋爐啟動循環泵，維持再循環。隨著燃料量的減少，鍋爐疏水增多，再逐步將鍋爐啟動循環泵并入，在并入過程中應注意給水流量的穩定，逐步減少給水泵的上水量，并注意省煤器出口的給水溫度變化，確保有20℃以上的過冷度，必要時減少鍋爐疏水的回收，增大擴容器的排放，保證汽機缸溫和轉子溫度下降不反彈。主汽溫和再熱汽溫降至400℃后維持1 h，檢查各缸和轉子內外溫差小于30℃。

1.4 對滑停過程的分析

1.4.1 滑停過程中汽溫與缸溫變化的關系

滑停過程中，中壓缸的工況變化較高壓缸緩和得多，由于再熱汽溫與中壓缸溫下降較平緩，再熱汽溫與中壓缸內壁溫差隨著負荷和再熱汽壓力的逐漸減小而出現增大的趨勢，主要是滑停后期蒸汽對缸壁的放熱系數不斷下降的結果。所以，要取得滿意的中壓缸溫降效果，應在滑停前期盡早將再熱汽溫降下來。再熱汽溫平均下降速率為0.48℃/min，中壓內缸上壁平均降溫速率為0.4℃/min。

高壓缸降溫與此類似，應盡量以在高負荷時降低主汽溫來有效冷卻高壓缸。此時減溫水調節均勻，易于控制汽溫，比較安全，且此時蒸汽流量較大，對汽缸及轉子的冷卻效果更好。

1.4.2 滑停過程中汽機各部件熱應力變化和控制

滑停過程中，要高度重視汽機各部件的熱應力，特別是高壓主汽門和調門溫度裕度下限。在以往的多次啟停過程中，高壓主汽門和調門的溫度裕度曾到過-6℃，此時就必須控制好汽溫下降速率，維持汽溫穩定，待汽機充分冷卻后再進一步降低蒸汽參數。

1.4.3 滑停過程中的鍋爐控制

雖然滑停的主要目的是安全地降低汽輪機缸溫，但整個滑停過程的要求主要是通過鍋爐的一系列復雜操作來實現的，對鍋爐的準備工作和設備狀況，特別是給水調整門和減溫水調整門的要求較高。同時，煤倉的料位指示必須準確，并及時觀察、測量，保證煤倉燒空與降溫同步。對于鍋爐采用帶爐水循環泵的啟動系統，在滑停過程中要特別關注干/濕態轉換，干態時要特別注意中間點焓值控制，鍋爐轉濕態后要控制給水，盡量讓啟動疏水箱至大氣擴容器的調節閥晚開或少開，將有助于汽溫的快速下降。

2 自然冷卻階段

神華國華浙江浙能發電有限公司的汽輪機軸瓦間隙較小，全國同類型機組曾有多臺發生過轉子抱死的情況。為了保證機組安全，要求快冷前汽機部件的金屬溫度不能太高，因此在汽機高壓轉子溫度處于400～300℃時采用自然冷卻方式。根據鍋爐的防爆防磨要求，鍋爐停爐后要保持壓力，控制降壓速率，一般約需2天，短期內也不能滿足快冷要求，因此這一階段大約需3天時間，降溫速率大約為1℃/h。

3 快冷投入階段

汽輪機在高、中壓主汽門與調門之間設有快冷接口（機組正常運行時可用堵頭封堵）。為了避免有顆粒進入汽輪機，快冷時要取下堵頭，在快冷接口處安裝濾網裝置，機組建立一定真空后，空氣通過快冷接口和高、中壓調門進入凝汽器，起到冷卻汽缸和轉子的作用，可通過調節機組真空及高、中壓調門的開度來調節進入快冷接口的空氣量，達到控制快冷速率的目的。

3.1 快冷投用條件

（1）主蒸汽、再熱蒸汽壓力小于0.15 MPa。

（2）高壓缸轉子溫度低于300℃。

（3）循環水系統、閉冷水系統、主機油系統、密封油系統及盤車運行。

（4）停用主機真空系統、主機軸封汽系統。

（5）高、中壓缸冷卻空氣進氣門濾網已安裝完畢。

（6）汽機、鍋爐無跳閘信號。

3.2 投用快冷系統的相關操作

（1）關閉左/右側高壓調門前疏水門、左/右側中壓調門前疏水門、中壓調門后疏水門、高壓缸夾層疏水門和軸封母管疏水門。

（2）開啟3—6段抽汽管道疏水門和高排逆止門前疏水門。

（3）手動關閉軸封供汽調門和溢流調門。

（4）開足所有高、中壓缸冷卻空氣進氣門。

（5）啟動快冷程控模塊。

（6）在高、中壓調門操作畫面中將所有高、中壓調門開度設為3%，再根據溫降速率調節高、中壓調門開度。

（7）啟動1臺真空泵。如果背壓小于50 kPa，則開大高、中壓調門，使背壓不小于50 kPa。

（8）在高壓缸進汽側溫度及中壓缸進汽側溫度均低于200℃后，增開1臺真空泵。

（9）當中壓缸所有溫度均低于100℃時，關小中壓調門開度至5%。

3.3 投用快冷系統的注意事項

（1）控制高壓缸進汽側的溫度下降速率小于7℃/h；中壓缸進汽側溫度下降速率小于10℃/h。

（2）所有溫度裕量應大于0℃，即轉子應力計算正常。高、中壓上下缸溫差小于±55℃。

（3）如果高壓轉子溫度與高壓外缸50%溫度的差值大于80℃，則暫?？炖湎到y運行（即停用真空泵）。

（4）開足所有高、中壓缸冷卻空氣進氣門。

（5）2個高壓調門開度必須保持一致，2個中壓調門開度也必須保持一致。

3.4 快冷過程中的主要問題

（1）中壓缸和高壓缸的冷卻速率不一致。

快冷系統投用至今，運行情況一直良好，但在冷卻后期會出現高壓缸冷卻速度比中壓缸慢很多的情況，往往中壓轉子溫度早已降至100℃以下，而高壓缸由于熱容量太大，高壓轉子溫度仍有150℃，所以冷卻后期要通過關閉中壓調門、全開高壓調門來加快高壓缸的冷卻。

（2）加強汽機盤車轉速監視。

汽機快冷時只要嚴格控制高壓缸進汽側溫度下降率小于7℃/h、中壓缸進汽側溫度下降率小于10℃/h，汽機高、中壓上下缸和內外缸溫差及汽機各部件的應力裕度等汽機參數都能保持在正常范圍內，但是如果控制不當，會出現盤車轉速下降情況，說明有動靜摩擦。因此要嚴密監視汽機盤車轉速，出現盤車轉速下降時要及時減緩冷卻速度或暫停快冷。

（3）快冷時要防止雜物進入軸封。

由于快冷時汽機軸封停止供汽，缸內為微負壓狀態，所以會有少量空氣從汽機軸封處進入汽缸。此時要防止雜物進入軸封，即要求快冷投入時汽機附近的環境必須良好。

3.5 快冷效果分析

圖2是神華國華浙江浙能發電有限公司5號機組汽輪機自然冷卻和使用快冷的溫度變化曲線比較。從圖中可以看出：自然冷卻時溫度由300℃降至100℃共計需要約252 h，而投用快冷裝置則只需要72 h，可節省等待時間180 h。

圖2 自然冷卻與投用快冷時的高壓轉子和中壓轉子溫度變化曲線

4 結語

通過不斷的實踐和摸索，神華國華浙江浙能發電有限公司總結出了將機組滑停與快冷相結合的操作流程，大大縮短了汽機金屬冷卻時間，也充分保證了汽輪機組的安全，使機組檢修的等待時間大為縮短，有助于機組的精細化檢修，取得了顯著的效果。

[1]陳庚.單元機組集控運行[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]李建剛.汽輪機設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2010.