汽輪機快冷技術方案對比

摘 要：汽輪機作為火力發電的核心設備，其工作的可靠性和穩定性應該得到足夠重視，汽輪機停機快速冷卻技術一直是汽輪機研究領域的重點，本文首先分析了汽輪機冷卻需要控制的技術指標以及注意事項，其次對比了兩類相似快冷技術的工作原理以及優缺點，為實際快冷工作提供理論性參考材料。

關鍵詞：汽輪機;控制指標;技術對比

1引言

隨著中國城市化進程的不斷推進，普通居民對于用電量的需求也越來越大，雖然現在在大力發展綠色能源代替不可再生能源，但是受到區域環境和安全性的限制，風力發電、核能發電等形式只能供給少數地區的居民用電，火力發電依舊是中國供電的最主要形式，為了提升煤炭的能源轉換率，現在的火力發電廠會采用功率范圍在600-1000MW的汽輪器，汽輪機輸出的機械功增加，相應地內能也會增加，如何停機快速冷卻汽輪機縮短檢修時間是一個重要研究課題，大功率汽輪機為了提升設備的熱容量會采用保溫材料處理，如果采用自然冷卻的方式大約需要5-6天的時間才能夠停盤車揭缸，而采用快冷技術可以將時間縮短1-2天，所以快冷技術對于汽輪機設備的檢修和保養具有極大地促進作用。

2汽輪機冷卻參數控制指標

汽輪機的冷卻過程本質上是冷卻介質與設備進行熱量交換的過程，雖然工作原理是較為簡單的，但是需要控制的設備參數較多，其目的在于防止汽輪機的各個部件溫度變化差異過大導致部件之間的連接位置損壞，需要控制的參數主要有上下缸、內外缸、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，冷卻介質的流量、壓力和溫度等等，而且需要根據實際冷卻工作要求適當增加控制參數。

2.1控制指標

脹差是指轉子與氣缸相對膨脹的差值，脹差的變化是影響汽輪機冷卻的最重要因素，所以對于如何有效控制汽輪器冷卻時各個參數的變化首要的是要實現對脹差的變化控制，為了使汽輪機不出現長時間的正脹差或負脹差，在冷卻過程中需要控制金屬平均冷卻速率在15-20℃/h之間，在短時間內允許的最大冷卻溫度在30-45℃/h之間，除此之外還需要嚴格控制設備之間的最大溫差，一般來講設備之間的最大溫差不得超過20℃。

現在大多數汽輪機冷卻工作采用的冷卻介質一般為蒸汽或者空氣，對于采用蒸汽作為冷卻介質，需要嚴格控制蒸汽的壓力和溫度，根據實際工作要求，要保證冷卻用蒸汽溫度和汽輪機溫度差值在60-100℃之間，凝汽機真空壓力初始值控制在35-45KPa之間，在使用過程中逐漸將壓力提升至80-90KPa，汽輪機的平均冷卻速率為20℃/h左右。對于采用空氣作為冷卻介質，需要嚴格控制空氣的流量和溫度，過快的空氣流量會導致設備溫度變化不均勻出現脹差，過慢的空氣流量會導致冷卻速率達不到要求，只有選擇適宜的空氣流量才能得到較為均勻的設備冷卻曲線，空氣的換熱速率遠小于蒸汽并且空氣與金屬之間的溫差較大，所以在實際冷卻工作過程中不會刻意去控制空氣的溫度，將空氣流量作為主要監測目標，對于600MW以上的大型汽輪機空氣流量需要控制在100-120m2/min，汽輪機冷卻速率為12-15℃之間。

2.2注意事項

這里主要介紹蒸汽冷卻和空氣冷卻過程中汽輪機設備需要注意的事項，對于蒸汽冷卻過程，最重要的是防止冷卻用蒸汽進入氣缸內，所以在關閉各級抽汽隔絕門之后還需要手動檢查保證關閉嚴密，其次在冷卻工作中需要保持聯箱疏水系統有一定開度，在冷卻完成之后再關閉系統。在進行蒸汽冷卻時要逐步降低蒸汽溫度，溫度調節范圍在20-25℃。對于空氣冷卻過程首先需要對連通其他系統的壓縮空氣結構進行隔離處理，并且將汽缸疏水系統存在的殘留物排放干凈，對于進入汽輪機內部的冷卻空氣要進行凈化處理保證不含有灰塵和油質，在空氣冷卻過程中要時刻檢查進氣口和出氣口，在初始冷卻過程中進氣口開度不宜過大，等待進氣管道溫度下降時再加大進氣口開度，出氣口的U形管內容易產生積水阻礙空氣的快速流動，所以需要U形管管壁時刻保持干燥。采用兩種冷卻介質均需要注意冷卻過程的均勻性，維持關聯結構的溫差在可控范圍內。

3具體快冷技術對比

快冷技術可以有多種分類方式，但是最為主流的分類方法有兩種：按冷卻介質分類和按冷卻方向分類，冷卻介質分類主要有蒸汽冷卻和空氣冷卻這兩種，現在還有采用極低比熱容介質冷卻的方式，但是成本過高沒有得到廣泛應用。冷卻方向分類主要有順流冷卻和逆流冷卻這兩種，本節主要對比了采用蒸汽冷卻的兩種技術和采用空氣冷卻的兩種技術，分析它們的工作原理和優缺點。

3.1鍋爐余汽冷卻法和鄰機抽汽冷卻法對比

鍋爐余汽冷卻法[1]的工作原理是在汽輪機停機后，借助鍋爐余熱產生的低溫度蒸汽即鍋爐余汽按照主蒸汽管道進入汽輪機的各個部分，利用余汽帶走汽輪機產生的熱量，主要工作過程如下：降低汽輪機轉速，使鍋爐余汽通過主汽閥和調速汽閥進入汽輪機，余汽從汽缸夾層加熱聯箱到汽缸夾層最終到達凝汽器，隨著鍋爐產生余汽量的減少需要逐漸加大主匣閥的旁路閥開度，之后再開啟主匣閥。采用鍋爐余汽冷卻法的優點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備，對金屬表面沒有熱沖擊。缺點在于無法很好地控制設備之間的溫差，鍋爐余熱產生的蒸汽量無法得到很好地保證。

鄰機抽汽冷卻法[2]的工作原理和鍋爐余汽冷卻法相似，但是蒸汽的來源是法蘭調溫裝置的備用汽源，主要工作過程如下：備用蒸汽進入調溫聯箱既可以按照正常的蒸汽流向進入汽輪機的各個部分，也可以分流進入高、中壓缸。采用這種冷卻方法的優點在于可以有效解決無法很好地控制設備溫差的問題，并且冷卻汽源得到可靠供給。缺點在于在使用備用蒸汽時需要聯箱疏水管道保持一定開度，可能會導致疏水進入汽缸，其次需要人工監控和操作各種閥門浪費人力。

3.2壓縮空氣冷卻法和真空抽吸空氣冷卻法對比

壓縮空氣冷卻法[3]的工作過程有兩種第一種是壓縮空氣按照順流流向依次通過高、中、低壓汽缸最終進入真空凝汽器;第二種是兩路同時進行冷卻，一路空氣逆流流向高壓汽缸，經過調節汽門、主汽門最終由排汽門排出;另一路順流流向中、低壓汽缸依舊是進入凝汽器。采用這種方法的優點在于可以通過空氣冷卻調節設備精確控制空氣的溫度和流量，采用第一種工作過程壓縮空氣首先接觸高壓汽缸，吸收了足夠的熱量再進入中、低壓汽缸減少了對汽缸的熱沖擊。缺點在于額外鋪設壓縮空氣管道和相關設備，增加了運行成本，并且需要對系統進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抽吸空氣在汽缸內部流動強制各個部件冷卻的過程，主要工作過程如下：抽氣機安裝在過熱器集箱上部，冷卻空氣經過主汽閥和調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，經過主汽閥和調節閥流向中壓汽缸，之后再流向低壓汽缸，最終進入真空凝汽器。采用這種方法的優點在于不需要增加過多的設備，操作過程簡單，缺點在于冷卻效果很大程度取決于抽氣機的輸出功率，在冷卻過程末端效果較差，入口處的溫度變化較大，使得金屬產生較大的熱應力。

參考文獻：

[1]符東.淺談火電廠490T/h鍋爐連定排余汽回收裝置的應用[J].石河子科技，2012（01）：43-44.

[2]夏靜.600 MW超臨界機組鄰機加熱啟動技術[J].電力安全技術，2014，16（07）：15-16.

[3]胡克.某電廠壓縮空氣含水量高原因分析與對策[J].酒鋼科技，2020（02）：35-38.

[4]郭鐘華，李小寧，香川利春.考慮熱傳遞的真空容腔壓力響應研究[J].真空科學與技術學報，2015，35（01）：74-78.

作者簡介：

李正寬，男，河北萬全，1990.03.19，本科，助理工程師，河北大唐國際張家口熱電有限責任，集控運行。