快冷装置在河电300MW机组的首次应用.doc

快冷装置在河电300MW机组的首次应用

梁永忠

(漳泽电力有限公司河津发电分公司,山西,河津，043300)

摘要：河电#3机组汽轮机在本次3A修中首次采用国产快冷装置进行冷却，从使用的情况来看，效果较好，有效地缩短了机组冷却时间，为机组快速消缺或大修赢得宝贵时间。本文通过对汽轮机快速冷却装置的使用原理及使用情况的分析，总结了经验和不足之处，提出合理使用快冷的方法以及改进的建议。
关键词：快冷装置 机组冷却快 温度 流量 温差控制
fast-cooling device in the first application of 300MW unit of Hejin Power Plant
liang yongzhong
(Zhangze power plant Hejin power branch, Shanxi, Hejin, 043300)

【Abstract】：Hejin Power Plant # 3 Unit Steam Turbine 3A repair in this the first time made use of rapid cooling device for cooling,from the use of the situation, is better,and effectively reduce the unit cooling time for the crew quickly eliminating defects or repairs gain valuable time.Based on the turbine principle the use of rapid cooling and the use of the analysis,has summed up experience and defects ,has submitted the suggestion that approximately cold method of rational use improves as well as.

【Keywords】：Fast-cooling device , Fast cooling unit, Temperature，Flow，Temperature control
1引言
漳泽电力河津发电分公司（以下简称河电）#3、#4机组为哈尔滨汽轮机厂制造的NZK-300-16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、反动式、直接空冷凝汽式汽轮机。与主机一同设计、安装了一套由江苏省扬中市华能电力设备修造厂生产的YQL-II150汽轮机快冷装置，为2台机组公用，有关参数为：加热功率:150KW 气源压力:0.6MPa；最高加热温度:400℃；最大空气流量:60m3／min。
按规程要求：当汽轮机调节级金属温度达150℃时方可停盘车进行机组的检修工作。从投产后的多次停机看，如机组正常滑参数停机，第一级金属温度由350～300℃自然冷却到150℃时需160小时左右，如机组事故停机，高压缸第一级金属温度在480℃以上，则需要冷却的时间更长。由于机组停机后自然冷却时间较长，使得机组检修工期延长，因此缩短大型汽轮机停机后的冷却时间是非常必要的。
2009年5月份#3机组A级大修时，为了摸清这套汽机快冷装置的特性及积累快冷经验，切实发挥强冷装置的作用以缩短检修工期。汽机专业运行检修有关人员查阅相关资料，对快冷装置投运的可行性进行了全面的论证，制定了较为严密的投运措施，以确保停运机组达到安全快冷的效果。就这样，河电300MW机组的快冷装置第一次投入试运行。
2快冷装置的原理及投运必需的条件
2.1 快冷装置的原理
汽轮机快速冷却装置是利用电加热装置将加热到一定温度的压缩空气分别送入汽轮机高中压缸，利用空气与汽缸壁间的对流换热，达到快速降低汽缸温度目的。汽轮机高压缸采用逆流冷却方式，中压缸采用顺流冷却方式。高压缸冷却空气由高压缸排汽管逆止门前管道引入，经高压调汽门后疏水管排出；中压缸冷却空气由中压调汽门后疏水管引入，经中低压缸间导汽管上的阀门排出；由于空气的换热系数较小，空气流量大，冷却均匀，且在温度变化过程中不会发生相变过程，因此采用这种方式降低汽缸温度具有可控性好、安全性高的特点[1]。
2.2 投运必需的条件
2.2.1为防止过大的热冲击，开始冷却时高压缸调节级金属温度及中压缸第一级持环温度≤400℃。尽量采用滑参数停机，降低金属温度，最好在调节级温度降到350℃方可投入快冷[2]。
2.2.2由于汽缸温度处在快速冷却状态，且汽缸温度很高，盘车必须快冷期间及快冷退出后3小时内保持运行，并保证汽轮机高中压缸上、下缸温差小于42℃，偏心小于0.0762mm，胀差、汽缸膨胀、轴向位移在允许值内。
2.2.3由于中压缸冷却空气由中压调汽门后疏水管引入，经中低压缸间导汽管上的阀门排出，还有部分空气直接排入低压缸或凝汽器（排汽装置）。因此，快冷装置必须是在凝结水泵运行正常的状况下投运，并且排汽缸喷水维持运行。
2.2.4开启凝汽器真空破坏门，停止高低压轴封供汽，联系检修打开低压缸人孔门，及时排走进入凝汽器的热空气，防止低压缸防爆门破裂。
2.2.5为了保证机组整体冷却均匀及冷却效果，快冷装置充分暖管疏水后，还须确定汽轮机本体及抽汽管道疏水放尽，然后关闭汽机本体及抽汽管道所有疏水门[3]。
2.2.6保持三台空压机运转正常（以防仪用气压力过低影响到造成运行机组的安全），确认供气管道排污门、加热联箱疏水门、供气管导疏水全部开启，汽缸供气各分门关闭，然后向快冷装置通压缩空气，以保证空气清洁；电加热器温度自动控制精确，仪表指示准确，电加热电源正常。
3投运的主要措施及冷却效果
3.1进气温度的控制
为保证快冷开始投入时，对汽缸及管道金属产生较小的应力冲击，应尽量减小空气加热器出口空气温度与汽缸壁温差，一般应控制温差在50～80℃。加热器出口空气温度加热到比调节级金属温度低60℃左右后，方可送入汽缸，并随汽缸温度下降，相应调整进气温度。在进行气量调整时，注意监视盘车因气量变化大造成盘车脱开，特别是调整中压缸进气量时，应缓慢控制阀门开度。
快冷空气温度与金属温度之差可按下表控制：
调节级金属壁温度
进气温度与调节级金属壁温度差
＞300℃
≤50℃
＞200℃
＜80℃
＞150℃
＜130℃

当缸温降至200℃以下，根据高排温度和中压缸进汽温度，及时调整供气温度。由于压缩空气进入汽缸过程要吸收管道和阀门的蓄热，空气温度有所升高，并已降压扩容，流速降低，故可适当加大压缩空气温度与汽缸温差，一般控制在120～150℃范围，缸温低于180℃，可将快冷装置加热停止，直接供压缩空气，调整空气流量来控制汽缸温降速度。
3.2缸温下降速度及高中压缸进气量的配匹
快冷装置投运时，汽缸内壁温度下降速率控制在3℃-5℃/ h左右（冷却初期应慢些，后期可快些），防止汽缸因为冷却过快发生汽缸内外壁温差大导致汽缸变形。
由于300MW机组中压缸的热容量比高压缸的大，所需的冷却空气也多，根据调节级金属温度和中压持环金属温度的下降情况，调整高中压进气二次门进行调节分配，以保证高中压缸及转子均匀冷却。
3.3发生下列任一情况，应立即关闭高中压缸强冷进气一、二次门
3.3.1汽轮机转动部分有异音且盘车电流上升；
3.3.2汽轮机转子偏心指示有明显增大趋势；
3.3.3汽轮机差胀大于16.39 mm，或出现负差胀；
3.3.4汽轮机盘车故障停运；
3.3.5强制冷却装置电源失去或温度不能自动控制使进气温度突降50℃以上；
3.3.6高、中压缸上、下缸温差大于42℃；
3.3.7低压缸排汽温度大于121℃无法降低；
3.3.8高、中压缸任一点金属温度突降5℃；
3.3.9厂用气系统故障，无法维持稳定的气压时。
3.4强冷投运效果
以下是滑参数停机、不同冷却方式下（调节级温度从350℃至150℃）的时间对比曲线，从中可以看出：在整个强冷却过程中，缸温是较平稳的下降，其余各指标均正常。自然冷却时，调节级金属温度从350℃降到150℃盘车具备停运条件需160小时左右，而投入强冷装置后，调节级金属温度从350℃降到150℃盘车具备停运条件仅需55小时左右,这样利用强冷装置，从汽机打闸停机到停盘车就比自然冷却缩短到了105小时，使检修工期缩短近5天，由此而带来的效益是非常可观的。
投运强冷装置后，使检修工期缩短5天，每天按80%的负荷率计算，每度电按0.05元净利润计算，如果机组提前5天并网发电，带来的经济效益就是：30×0.8×5×24×0.05=144万元。
由于此强冷装置是第一次使用，存在经验不足，金属缸温控制的下降速率控制的比较保守。在以后的使用中，会得到进一步的有效利用，争取在停机后2天内使盘车具备停运条件，那样经济效益会更加可观。

4快冷系统有待完善之处
4.1该系统目前最大的隐患就是加热系统电器回路跳闸或者故障时，没有动切断进冷气，实现自动保护机组安全的功能。当强制冷却系统的空气压力低至0.1MPa，保护切断控制柜电源，停电加热器，防止干烧着火。
4.2系统缺少一套根据进气温度与汽缸壁温差自动调整进气温度的调节系统，因而需人工不断进行修正。如能采用闭环控制，就可以最佳的温度、速度控制缸温下降，又避免了进气温度不均造成对机组的不安全因素。
4.3当强制冷却系统的热空气实际温度达到设定的上限温度时，发报警，并且自动关闭进气门，防止不合要求的空气进入汽缸。
4.4为了减少快冷装置的空气用量，减少电加热器的台数与功率，是否可对逆流冷却作些改进，即将高压缸逆流冷却的温度较高的排气再送入集气联箱来调节加热器温度。
4.5加强对下缸保温的检查处理。因其位置和构造特点，容易出现保温状况不良等问题，每次大、小修均应彻底检查、更换，以防止投快冷时上下缸温差超限不易控制。
4.6可以从理论上探究快冷技术逆向应用的可能性，即在机组冷态启动时，利用快冷装置的原理和设备，对汽轮机部件进行加热，加快金属温度场和应力的均匀变化速度，实现其“快热”的功能，以期达到尽快安全暖机的目的。
5结论
机组停机时合理利用滑参数停机再配以强制通风快冷，机组启动时利用倒暖或利用快冷装置加热汽机本体，在保证机组安全的前提下，能使检修开工时间大大提前，机组启动时间明显缩短，有效缩短检修工期，提高设备的可用系数，减少机组消耗，创造较好的经济效益。

参考文献：
[1] 杨补运.300MW机组停机后的空气强制冷却[J].华北电力技术2005(2):48－50
[2] 山西省电力工业局.发电厂集控运行[M]. 北京:中国电力出版社出版,1997
[3] 山西省电力工业局．汽轮机设备运行［M］．北京：中国电力出版社，1997．161～170．

作者简介：（梁永忠，男，1969.11－，山西稷山人，电力技术工程师，集控单元长，毕业于北京电力专科学校发电厂集控运行专业，现在河津发电分公司从事集控运行工作。
本论文写于2009-07-18，愿意收录期刊。联系地址：漳泽电力河津发电分公司发电部；联系电话：[phone]；邮编：043300；Email地址：liangyz686@）