国产660 MW机组汽轮机强制快速冷却技术的应用

张 磊，樊希林，刘书元，陈绍龙

(1.国电湖南宝庆煤电有限公司，湖南邵阳 422000；2.中南大学 能源科学与工程学院，长沙 410083)

优质保温材料在大容量机组中的应用使得机组保温性能有很大改善，同时也提高了机组的运行效率和安全性，但却使检修停机的冷却等待时间大大增加[1]。大型汽轮机蒸汽参数较高，正常滑参数停机时，汽轮机调节级金属温度高达380～420 ℃，若按常规自然冷却，汽缸温度在停机的第一天内温降速度可达到4 K/h，而后期平均温降速度不足1 K/h，按照温度低于150 ℃及以下方可停止盘车及润滑油泵的要求，需要6～8 d，如果是紧急停运，调节级金属温度则更高，等待冷却的时间也更长，往往需要9～10 d。大容量汽轮发电机组自然冷却停机到允许开缸的时间明显偏长，大大制约了大容量火电机组的可用系数，严重制约了机组上网的竞争能力[2]。缩短汽轮机停机后的冷却时间，尤其是在事故抢修时，尽早开展机组检修工作、缩短检修工期，使汽轮机有效地进行快速冷却是非常必要的。

笔者综合分析了某660 MW机组快速冷却系统，进行相应汽轮机强制快速冷却技术的创新研究并分析了其应用效果。

1 强制快速冷却方案

1.1 强制快速冷却步骤

1.1.1 压缩空气的接入

某电厂一期有2台660 MW燃煤发电机组，汽轮机为CLN660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。为缩短转子的冷却时间，一般采用冷却空气对汽轮机通流部分进行快速冷却[3]。该电厂汽轮机没有快速冷却接口，没有配置快速冷却装置及阀门，通过从给水系统、再热冷段接入电厂自用杂用压缩空气(0.6 MPa)，依次通过锅炉受热面加热，并通过调节锅炉减温水来调节压缩空气温度，然后分别经过汽轮机高、中压缸的主汽阀、调节阀进入汽轮机，调整高压及中压调节阀的开度来控制进入汽轮机的空气量，使汽轮机内部各部件金属温度下降到允许范围内。过热器系统压缩空气从汽轮机房13.7 m层2号、3号高压加热器(简称高加)化学清洗管道入口处接入(见图1)，再热器系统压缩空气从再热冷段供轴封管道上接入(见图2)。

图1 压缩空气接入过热器系统示意图

图2 压缩空气接入再热器系统示意图

1.1.2 快速冷却的准备

(1)机组滑参数停机后，开启除氧器放水至锅炉疏水扩容器，开启给水泵出口母管放水阀、排空气门，泄压放水，高加系统水侧保持主路运行。维持循环水系统、凝结水系统、轴封系统以及真空系统运行，开启机组高压、低压旁路系统，对主、再热蒸汽系统进行降压，控制压降速度小于0.3 MPa/min。待机组主蒸汽压力降至0.8～1.0 MPa后，锅炉带压放水，主蒸汽压力到0时开启锅炉各部分排空气阀，对锅炉受热面进行余热烘干，余热烘干进行2 h后，关闭炉侧放水阀及排空气阀。

(2)锅炉泄压完成后，破坏凝汽器真空，停真空泵，真空度到0后停止轴封系统运行，并开启各低压缸人孔门。依次开启主给水电动旁路阀及其前、后电动阀，关闭高加给水系统放水阀、排空气阀，缓慢开启压缩空气至过热器、再热器系统进气手动阀，向锅炉省煤器及低温再热器通入压缩空气，并开启锅炉一、二级减温水调节阀开度调节锅炉出口压缩空气温度，开启主蒸汽管道及再热蒸汽管道疏水阀，监视主蒸汽、再热蒸汽的升温情况。

1.1.3 快速冷却的控制

待高压主汽阀前疏水门后的温度达到比调节级温度低30～50 K且不再下降时，进行强制逻辑(真空低、主燃料跳闸、发电机保护动作停机)，汽轮机挂闸，检查高压调节阀及中压主汽阀全开，打开高压缸通风排放阀，手动稍开启高压主汽阀(1%开度)及中压调节阀(1%开度)通入高温压缩空气对高、中压缸强制快速冷却。压缩空气进入汽轮机后通过低压缸及凝汽器，从大气释放阀及人孔门排出。满足旁路投入条件后，投入低压旁路，开启再热冷段压缩空气进气阀。缓慢进行进气调整，控制再热器压力不超过0.2 MPa，注意监视炉膛再热器各受热面的温降速度不得大于165 K/h，否则应适当降低压缩空气流量。加强对机组汽缸温度的监视，严格控制缸体、法兰金属温降速度不大于6 K/h，低压缸胀差曲线平滑无突变，并严格控制汽轮机各主要参数(见表1)。

表1 汽轮机快速冷却各主要参数控制

当高压缸调节级金属温度、中压缸进气区金属温度达到100 ℃以下且无明显回升时，机组打闸，停止快速冷却。为保证汽缸和转子均匀冷却，至少应再连续盘车2 h以上至汽缸温度稳定，方可停止盘车运行。

1.2 强制快速冷却的效果

汽轮机快速冷却的效果主要看金属热应力大小及各部分膨胀或收缩是否均匀，在冷却过程中，只要控制得当，机组的膨胀和胀差不会有太大的变化，对机组安全不构成威胁。该机组采用高温空气强制快速冷却，冷空气进入锅炉各受热面逐步加热，在进入汽轮机高、中压缸时，空气温度与汽缸温度接近，将汽轮机受到的热冲击控制到最小，同时通过高压主汽阀和中压调节阀开度控制进入汽轮机的空气量，汽轮机汽缸温度的温降速度平均可以达到4.7 K/h，大大缩短了机组的冷却时间，达到了快速冷却的效果。该电厂660 MW机组汽轮机投入强制快速冷却时，压缩空气温度与汽缸温度基本匹配，汽缸温度均匀、稳定下降且无突变，各部分温度动态曲线见图3。

图3 强制快速冷却各部分温度动态曲线

2 强制快速冷却的注意事项

(1)汽轮机停机后的强制快速冷却应特别注意防止大轴弯曲，同时不应增加汽轮机寿命损耗。当用空气对汽轮机进行强制快速冷却时，应防止热应力局部过大和热应力集中，防止运行中积水或零部件脱落进入管道设备中[4]。

(2)加强对盘车装置电流、转子偏心的监视，汽轮机快速冷却过程中，应保持盘车连续运行，严禁在转子静止的时候进行强制快速冷却。

(3)加强对轴向位移、汽轮机膨胀、高低压缸胀差等重要参数的监视与控制，按照有关规定按时记录相关参数，发现异常或者超限应立即打闸，停止快速冷却。

(4)汽轮机进行快速冷却期间，严格控制汽轮机调节级出口金属温度与压缩空气进气温度之差不超过100 K，调节级出口金属温度在300 ℃以上时，金属温度与进气温度差应小于50 K。

(5)汽缸温度下降过程中，严密监视调节级出口、高中压外缸螺栓、高中压外缸法兰等各部金属的温降速度不大于6 K/h，控制高压缸及中压缸的上下部位金属温差不超过42 K、内外壁温差不超过28 K，发现异常或超限应立即打闸，停止快速冷却。

(6)调节锅炉减温水，调节高压缸进气温度，若中压缸进气温度达不到要求，可以手动稍开高压旁路调节阀来调节温度正常，并调节高压主汽阀和中压调节阀开度，尽量保证高压缸和中压缸壁温降低速度相同。

(7)汽轮机快速冷却过程中，严密监视低压缸排汽温度，若低压缸排汽温度大于121 ℃且无法控制时，应立即打闸，停止快速冷却。

3 结语

快速冷却技术在火力发电厂汽轮机上的合理应用，可以加快机组的冷却速度，大幅减少机组计划检修或者故障消除的等待时间，加快检修进度、缩短检修工期，提高机组的可用率。采用高温空气强制快速冷却，不须要增加空气快冷装置，并且不须要修改汽轮机数字电液控制系统及高、低压旁路原控制内核程序，温降速度全程可控；同时利用高温压缩空气进行汽轮机强制快速冷却，保证进气温度与金属温度相匹配，避免对转子、汽缸产生较大的热冲击，避免局部热应力过大和应力集中，不增加汽轮机寿命损耗，实现汽轮机快速、安全冷却，具备良好的经济效益和社会效益，应用前景较为广阔。