停機(jī)后汽輪機(jī)快速冷卻的幾種方式比擬楊忠彪〔遼寧華電鐵嶺發(fā)電〕摘要：針對(duì)汽輪機(jī)在滑參數(shù)停機(jī)時(shí)需冷卻汽缸及法蘭的問(wèn)題，提出有效、快捷的冷卻方法，以縮短檢修工期和提高機(jī)組利用率．在機(jī)組滑停時(shí)，介紹了幾種常見(jiàn)的冷卻汽缸的汽源，并提出了新的冷卻汽源及使用方法。關(guān)鍵詞：電力工業(yè)；汽輪機(jī)；自然冷卻；強(qiáng)迫冷卻；蒸汽冷卻；壓縮空氣冷卻；通汽冷卻現(xiàn)代高參數(shù)大容量機(jī)組汽缸外部都具有絕熱性能良好的保溫層，這對(duì)加強(qiáng)汽缸保溫減少散熱損失效果十分顯著，但在檢修停機(jī)后自然冷卻過(guò)程中，由于汽缸散熱條件較差、蓄熱量大、汽缸壁溫下降較慢，需要很長(zhǎng)的冷卻時(shí)間．隨著電力技術(shù)的開(kāi)展，自動(dòng)化水平的提高，我國(guó)大型機(jī)組大都配置了功能強(qiáng)大的分散控制系統(tǒng)〔DCS〕和數(shù)字電液控制系統(tǒng)〔DEH〕，并且使用狀況都非常好，在DEH給定值〔即負(fù)荷、汽溫、汽壓〕指令下都能均勻地調(diào)節(jié)汽溫、汽壓及機(jī)組出力．因此，現(xiàn)在很多電廠在大小修前都采用滑參數(shù)停機(jī)來(lái)降低汽缸溫度水平，使汽缸溫度降到最低，以便及時(shí)開(kāi)工檢修，縮短檢修工期．但是，在滑參數(shù)停機(jī)過(guò)程中，汽缸夾層冷卻汽源如果選擇不當(dāng)，就達(dá)不到理想效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽缸金屬壁溫受到熱沖擊產(chǎn)生裂紋．現(xiàn)在滑參數(shù)停機(jī)，已經(jīng)普遍應(yīng)用于大容量汽輪機(jī)組．由于機(jī)組容量大、參數(shù)高、尺寸大，且普遍采用硅酸鈣、硅酸鋁等優(yōu)質(zhì)保溫材料，由此帶來(lái)了機(jī)組停機(jī)后，自然冷卻速度減慢，延長(zhǎng)了機(jī)組檢修開(kāi)缸時(shí)間等問(wèn)題。表1列出了不同容量的汽輪機(jī)在正常停機(jī)后自然冷卻到缸150℃所需時(shí)間.以國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組為例，由表中可以看出，汽輪機(jī)停機(jī)后要使缸溫自然冷卻到揭缸溫度150針對(duì)上述情況，為實(shí)現(xiàn)停機(jī)后的快速冷卻，提前全面鋪開(kāi)機(jī)組大、小修或故障搶修，縮短檢修工期，讓機(jī)組提前并網(wǎng)、爭(zhēng)效益、多發(fā)電，國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)汽輪機(jī)停機(jī)后的強(qiáng)迫冷卻工作進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，取得了顯著的效果.本文就目前采用的不同強(qiáng)迫冷卻方式的特點(diǎn)進(jìn)行比擬分析。表1汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻時(shí)間功率(MW)100125200300冷卻時(shí)間(h)60---8080---100110---130130--1501抽真空通氣冷卻法1.1抽真空通氣冷卻的系統(tǒng)例如圖1抽真空通氣冷卻法冷卻空氣流程圖1是某200MW機(jī)組抽真空通氣冷卻法的空氣流程，高壓缸冷卻空氣由過(guò)熱器集箱上的排汽管吸入，經(jīng)主汽管、主汽閥、調(diào)速汽閥后進(jìn)入高壓缸，熱空氣由高壓缸排汽逆止閥前的疏水管經(jīng)疏水?dāng)U容器后進(jìn)入凝汽器。中壓缸冷空氣由再熱器出口集箱排汽管吸人，經(jīng)再熱汽熱段管道、中壓主汽閥、中壓調(diào)節(jié)閥后進(jìn)人中壓缸，再通過(guò)低壓缸排人凝汽器。高缸夾層及潑蘭冷卻空氣通過(guò)各自混溫聯(lián)箱上平安閥引入，然后排至凝汽，排入凝汽器的空氣經(jīng)射水抽氣器抽出.應(yīng)該指出的足，汽輪機(jī)停機(jī)后進(jìn)行抽真空冷卻，除必須要保持正常盤車外，還需投用抽封汽.1.2抽真空通氣冷卻法的特點(diǎn)從分析中可以看出，抽真空通氣冷卻法的特點(diǎn)是：不需要增加任何新的設(shè)備，投資少，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員掌握。但也存在以下缺點(diǎn)：首先受抽氣器容量限制，空氣流量小，冷卻后期效果差。另外，軸封供汽參數(shù)偏低，有時(shí)蒸汽帶水進(jìn)軸封，使轉(zhuǎn)子軸封彈性槽受到很大的熱應(yīng)力沖擊，造成大的壽命損耗。再者，空氣人口處金屬和空氣溫差大，易發(fā)生急劇冷卻，也會(huì)造成較大的熱應(yīng)力.2壓縮空氣強(qiáng)迫冷卻法2.1壓縮空氣強(qiáng)迫冷卻的冷卻系統(tǒng)采用壓縮空氣作為冷卻介質(zhì)的快速冷卻法，被認(rèn)為是一種較為平安方便的冷卻法，根據(jù)壓縮空氣進(jìn)氣點(diǎn)的不同，可分為以下二方式：(1)壓縮空氣順流冷卻高壓缸、中壓缸和低壓缸；(2)縮空氣逆流冷卻高壓缸，順流冷卻中壓缸和低壓缸；圖2為某200MW機(jī)組采用順流冷卻方式的壓縮空氣冷卻系統(tǒng)。壓縮空氣從甲、乙自動(dòng)主汽閥后的疏水閥進(jìn)入高壓缸，排氣由搖板逆止閥前的排氣管排出；中壓缸冷卻氣源從中壓缸導(dǎo)汽管四并一疏水閥進(jìn)入；大局部空氣進(jìn)入低壓缸，經(jīng)真空破壞閥放空氣，必要時(shí)可開(kāi)抽氣器抽出，少局部空氣經(jīng)5、6級(jí)抽汽逆止閥的排汽管排人大氣，法蘭冷卻氣源從法5、6級(jí)抽汽逆止閥的排汽管排人大氣，法蘭冷卻氣源從法蘭混溫箱進(jìn)入，經(jīng)左、右法蘭排人法蘭集汽箱，最后進(jìn)入凝汽器：汽缸夾層冷卻氣源從汽缸加熱混溫箱進(jìn)入，經(jīng)高壓汽缸上、下進(jìn)汽短管進(jìn)入汽缸夾層，局部氣流通過(guò)汽缸疏水管排人凝汽器，局部氣流，通過(guò)隔熱環(huán)至高壓缸排汽管排人大氣.圖2壓縮空氣冷卻系統(tǒng)(順流)圖3為某200MW機(jī)組采用高壓缸逆流，中、低壓缸順流冷卻方式的壓縮空氣流程圖.由第一級(jí)集氣箱引出的壓縮空氣從高壓缸排汽逆止閥后疏水管導(dǎo)人再熱蒸汽冷段管，經(jīng)再熱器并吸收其余熱，進(jìn)入再熱蒸汽熱段管：再經(jīng)中壓主汽閥，中壓調(diào)速汽閥進(jìn)人中壓缸，對(duì)中壓缸進(jìn)行冷卻，最后由六段抽汽疏水管排出。少量中壓缸排汽進(jìn)入低壓缸從兩端的軸封間隙排出，以起到防腐枯燥作用。由第二級(jí)集氣箱引出的壓縮空氣從高壓缸排汽逆止閥前疏水管這導(dǎo)人高壓缸排汽管，從高壓缸后部進(jìn)入高壓缸，分兩路對(duì)高壓缸進(jìn)行冷卻.一路通過(guò)內(nèi)缸和轉(zhuǎn)子，最后由速度級(jí)進(jìn)入噴嘴室，經(jīng)過(guò)高壓缸進(jìn)汽管，高壓主汽閥，從電動(dòng)主閘閥后防腐閥排出；另一路通過(guò)內(nèi)外缸夾層，由上下兩個(gè)汽缸加熱管進(jìn)入汽缸加熱聯(lián)箱，從汽缸加熱聯(lián)箱的疏水管排出.冷卻高壓外缸法蘭螺栓的壓縮空氣也由二級(jí)集氣箱引出，從法蘭螺栓排汽聯(lián)箱的疏水管導(dǎo)人法蘭螺栓排汽聯(lián)箱，進(jìn)入法蘭螺栓汽道，最后經(jīng)法蘭螺栓加熱聯(lián)箱并由其疏水管排出.比擬上述三種方案，順流冷卻時(shí)，傳熱溫差大，有較大的但由于是全周進(jìn)汽，對(duì)轉(zhuǎn)子、汽缸冷卻比擬均勻，進(jìn)氣區(qū)原來(lái)都有金屬溫度監(jiān)視點(diǎn)可加利用，便于監(jiān)視和控制冷卻速率.逆流冷卻雖然進(jìn)口傳熱溫差小，在汽輪機(jī)處于高溫階段冷卻時(shí)受熱沖擊的風(fēng)險(xiǎn)較小，其冷卻效果比順流冷卻好，但不具有順流冷卻的均勻性優(yōu)點(diǎn)及進(jìn)汽區(qū)無(wú)現(xiàn)成的金屬溫度監(jiān)視測(cè)點(diǎn)，因此不便于及時(shí)監(jiān)視及調(diào)節(jié).采用前述方案(2)時(shí)，因壓縮空氣首先接觸高壓缸溫度較低的局部，待其到達(dá)高溫局部時(shí)由于壓縮空氣吸收了汽缸的熱量，溫度已有所升高，而冷卻中壓缸的壓縮空氣如果先經(jīng)過(guò)再熱器.便能多吸收爐膛的余熱而得到進(jìn)一步加強(qiáng)，這樣高中壓缸均不會(huì)造成大的熱沖擊.另外，使用的壓縮空氣如果先經(jīng)過(guò)再熱器，便能夠吸收爐膛的余熱而得到進(jìn)一步的加溫，這樣壓縮空氣進(jìn)行快冷，同時(shí)也是對(duì)汽缸內(nèi)部進(jìn)行枯燥處理的過(guò)程.有利于機(jī)體內(nèi)部的防腐，相對(duì)延長(zhǎng)了機(jī)件的使用壽命，降低了機(jī)件損壞的可能性。根據(jù)上述分析，筆者認(rèn)為，采用前述方案(2)較為合理，其次是方案(1).2.2壓縮空氣強(qiáng)迫冷卻的特點(diǎn)采用壓縮空氣強(qiáng)迫冷卻時(shí)，由于空氣較小，對(duì)流換熱系數(shù)小且無(wú)相變換熱.因而冷卻過(guò)程和緩、平安且易于控制。但現(xiàn)場(chǎng)需備有一定的壓縮空氣管道,增加壓縮空氣用量,同時(shí)為使冷卻空氣和汽缸金屬溫度相匹配,增加一套壓縮空氣加熱系統(tǒng),故需增加一定的投資.此外，在冷卻過(guò)程中，還應(yīng)設(shè)法防止冷汽倒入，做好系統(tǒng)隔離工作.圖3壓縮空氣冷卻系統(tǒng)(高壓缸逆流．中、低壓缸順流)3蒸汽冷卻法該方法利用輔助汽源或鍋爐余熱產(chǎn)生低溫低壓蒸汽通入汽輪機(jī)，使轉(zhuǎn)速保持在300～100r/mim，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行冷卻。3.1利用輔助汽源進(jìn)行冷卻的冷卻系統(tǒng)圖4為某廠一臺(tái)300MW機(jī)組利用原調(diào)溫裝置冷卻示意圖。具體的汽缸冷卻方式是停機(jī)后電動(dòng)主閘閥關(guān)閉，高、中壓主汽閥，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所有抽逆止閥隔絕閥關(guān)閉，凝汽器循環(huán)水保持通水.凝汽器維持40～80KPa真空，除調(diào)節(jié)閥導(dǎo)汽管、短管及汽缸本體疏水開(kāi)足外，其它各有關(guān)疏水閥均關(guān)閉，汽輪機(jī)軸封照常通氣.在盤車裝置連續(xù)運(yùn)行的條件下，利用原來(lái)夾層及法蘭調(diào)溫裝置的備用汽源，將冷卻蒸汽通入汽缸夾層及法蘭，夾層冷卻汽在通入高壓缸第六級(jí)(或中壓缸第四級(jí))后通過(guò)調(diào)節(jié)閥(或聯(lián)合汽閥)導(dǎo)汽管及短疏水管(中壓缸還通過(guò)排汽管)排出到凝汽器，這樣夾層冷卻汽在汽缸內(nèi)有一局部倒流.這局部汽與漏進(jìn)的軸封汽對(duì)汽缸內(nèi)部及轉(zhuǎn)子進(jìn)行一定的冷卻.采用上述蒸汽冷卻法的優(yōu)點(diǎn)是，根本不需要改動(dòng)及增加設(shè)備和系統(tǒng)，且有可能克服冷卻中高、中壓缸負(fù)脹差大的缺點(diǎn).但應(yīng)注意以下問(wèn)題：(1)投入汽缸冷卻蒸汽前，夾層及法蘭調(diào)溫聯(lián)箱的暖箱必須充分，投入汽缸冷卻蒸汽后聯(lián)箱疏水仍可保持一定開(kāi)度，以防疏水帶入汽缸.(2)冷卻中汽源溫度的調(diào)節(jié)應(yīng)逐步降低，注意保持汽缸溫度的下降均勻穩(wěn)定.(3)汽輪機(jī)各級(jí)抽汽隔絕閥電動(dòng)關(guān)閉后，還應(yīng)手操關(guān)閉，保證嚴(yán)密可靠。(4)冷卻過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)汽缸各局部溫度溫差的檢測(cè)及記錄，據(jù)此及時(shí)調(diào)整操作，以保證汽缸冷卻平安可靠.圖4300MW汽輪機(jī)利用原調(diào)溫裝置冷卻示意圖3.2鍋爐余汽冷卻法的冷卻系統(tǒng)圖5為某200MW汽輪機(jī)所采用的鍋爐余汽冷卻系統(tǒng)示意圖，具體做法是當(dāng)機(jī)組解列停機(jī)、轉(zhuǎn)速降低到500rim時(shí)，全開(kāi)主汽閥，調(diào)速汽閥、中聯(lián)閥；全關(guān)主閘閥，僅控制主閘閥的旁路閥，維持機(jī)組處于較低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行冷卻，機(jī)組上除調(diào)速級(jí)的疏水閥開(kāi)啟外，其余疏水閥全關(guān)，并維持機(jī)組真空在400～500mmHg。隨著鍋爐壓力的逐漸降低，應(yīng)逐漸開(kāi)大旁路閥直到全開(kāi)，繼而再開(kāi)啟主閘閥直到開(kāi)足為止，以保證汽缸金屬一定的冷卻速度和機(jī)組必要的轉(zhuǎn)速.采用鍋爐余汽冷卻法的特點(diǎn)是，不需要增加新的系統(tǒng)和設(shè)備，在鍋爐保持一定余壓的情況下起始冷卻速度比擬快，冷卻效果好，對(duì)汽輪機(jī)金屬無(wú)熱沖擊.但運(yùn)行人員操作頻繁，鍋爐汽包，汽缸等上、下溫差和汽機(jī)脹差等難以控制，須承當(dāng)一定的風(fēng)險(xiǎn).圖5鍋爐余汽冷卻系統(tǒng)示意圖4結(jié)論根據(jù)以上幾種方案的比擬分析及國(guó)內(nèi)多個(gè)電廠的試驗(yàn)研究可得出以下結(jié)論：(1)從冷卻效果來(lái)看，壓縮空氣冷卻法和蒸汽冷卻法優(yōu)于抽真空通氣冷卻法：蒸汽冷卻法和抽真空通氣冷卻法較之壓縮空氣冷卻法滑停時(shí)間長(zhǎng)，但壓縮空氣冷卻法電廠需備有空壓機(jī)房和增鋪一定的壓縮空氣管道，增加一定的系統(tǒng)投資.(2)壓縮空氣冷卻法和抽真空通氣冷卻法較蒸汽冷卻法操作簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員掌握。壓縮空氣冷卻法防止了抽真空通氣冷卻法的軸封供汽參數(shù)偏低和蒸汽冷卻法的溫差、脹差不受控制及其冷卻后期冷卻速率受限制等一系列缺乏．并具有便于控制冷卻速率，可以做到全程均勻冷卻等優(yōu)點(diǎn)。因此，壓縮空氣冷卻方式是大機(jī)組停機(jī)后強(qiáng)迫冷卻的較佳方案.在機(jī)組大小修前采用滑參數(shù)停機(jī)，能有效、快捷地冷卻汽缸，這對(duì)縮短檢修工期、提高機(jī)組利用率具有顯著效果，因此這幾種方法被廣泛應(yīng)用．參考文獻(xiàn)：[1]徐貞禧．大型汽輪機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)逆流快速冷卻技術(shù)的應(yīng)用中國(guó)電力，1994，(4)．[2]許慎，等．125MW汽輪機(jī)