摘要：針對600MW機組采用滑參數(shù)停機時調(diào)節(jié)級溫度下降速度慢的問題，提出了上海汽輪機有限公司生產(chǎn)的600

MW汽輪機配置快冷系統(tǒng)的必要性，分析利用壓縮空氣進行快冷的安全性，并提出具體實施方案、投用快冷系統(tǒng)的操作及注意事項，最后對使用這一方法的效益進行了分析。

關(guān)鍵字：快冷速度　600MW機組　滑參數(shù)停運　熱傳輸介質(zhì)　運行安全

隨著發(fā)電機組單機容量的增大和優(yōu)質(zhì)保溫材料的采用，使機組的保溫性能得到很大的改善，也提高了機組的運行熱效率和安全性，但是對檢修停機的等待冷卻時間卻大大增加。機組停機后，高壓缸第1級金屬壁溫度為300-400℃，要冷卻到檢修所需溫度150℃以下，一般需要7―8d，直接影響檢修工期的充分利用和機組的運行小時。600
MW機組標準大修A級檢修工期為58―60d，B級檢修工期為30―45d，C級檢修工期為20―26d。為了在很短的時間內(nèi)消除主機存在的缺陷，汽輪機組采用快速冷卻停機方式非常必要。下面以廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司1號汽輪機快速冷卻方案為例，介紹600MW汽輪機停機冷卻方法。

1600MW汽輪機概況

廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司1號汽輪機為上海汽輪機有限公司(按照美國西屋技術(shù))生產(chǎn)的N600-16.7/537/537型亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機。該機組具有較好的熱負荷和變負荷適應(yīng)性，汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)（DEH-ⅢA）。機組能夠在冷態(tài)、熱態(tài)等不同工況下啟動，可采用定壓和定―滑―定壓運行方式運行。一號機組通過啟動試運，機組從600
MW負荷采用滑參數(shù)停機，調(diào)節(jié)級溫度可以滑至280―340℃，需要7d時間，調(diào)節(jié)級溫度才能降低到150℃，這時可以停止盤車及油泵。高壓缸調(diào)節(jié)級溫度降低很慢，尤其低溫區(qū)域自然冷卻溫度降低更慢，自然冷卻初期汽缸溫度還會出現(xiàn)反彈，這種自然冷卻方式不利于機組快速進入檢修狀態(tài)，冷卻時間長，給機組檢修帶來了不便，延長了檢修工期，減少了機組的等效利用時間。

2快冷方式的選擇

快冷介質(zhì)主要有蒸汽和空氣兩種。使用低壓低溫蒸汽冷卻時，必須保證蒸汽具有50℃以上的過熱溫度。但要將汽缸金屬溫度降至150℃以下很難做到。首先，600
MW機組冷態(tài)啟動的參數(shù)為：汽壓5MPa，汽溫340℃。另外，蒸汽比熱容大，放熱系數(shù)大，在不同冷卻階段很難調(diào)整，調(diào)整不當極易造成局部溫降大和局部過冷，而產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，對機組壽命產(chǎn)生不利影響。而空氣比熱容小，放熱系數(shù)比蒸汽小很多，無上述問題，通過調(diào)整，可較好地控制汽輪機的冷卻速度。為了縮短汽輪機停機后的冷卻速度，在汽輪機停機后的高溫階段，利用輸送300-350℃的干燥潔凈的熱空氣進入汽輪機，并保持與汽缸內(nèi)壁一定的溫差，在規(guī)定范圍內(nèi)按比例降低汽缸溫度，可以達到快速冷卻的目的。

3　機組采用壓縮空氣快冷安全性分析

上海汽輪機有限公司曾經(jīng)委托上海交通大學進行汽缸冷卻速度及溫度變化做有限的應(yīng)力分析計算。根據(jù)上海交通大學研究報告：即使汽輪機處于高溫狀態(tài)，空氣與金屬的溫差為100℃時，汽缸和轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力峰值也不超過材料強度允許值，上海汽輪機有限公司生產(chǎn)的汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子材料為30Cr1Mo1V，
經(jīng)計算安全系數(shù)為3.75倍。在實際操作控制中，為了確保汽輪機的安全可靠性，可以人為地縮小加熱后的壓縮空氣與汽缸金屬溫度的溫差，使轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力更小，高壓缸調(diào)節(jié)級處的金屬溫度高于300℃、200℃、150℃時加熱后的壓縮空氣與金屬溫差一般控制在小于等于50℃、80℃、100℃。上海交通大學博士論文研究結(jié)果認為：適當?shù)乜刂茻峥諝夂透妆诮饘俚臏夭睿捎脡嚎s空氣強制冷卻汽輪機，對汽輪機的壽命幾乎沒有影響。

4機組采用壓縮空氣強制快速冷卻方案
根據(jù)經(jīng)驗，600MW機組強制冷卻裝置選用氣量60-70m3/min、加熱功率200kW比較合適。

1號機正常運行時蒸汽的流向：對于鍋爐來的新蒸汽，經(jīng)過置于汽輪機兩側(cè)的2個固定支承的高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥，由兩側(cè)的2個調(diào)節(jié)閥流出，通過4根高壓導汽管進入高壓缸噴嘴室，蒸汽通過4組噴嘴組進入調(diào)節(jié)級及11級壓力級后由高壓缸下部兩側(cè)排出進入鍋爐再熱器。再熱后的蒸汽從機組兩側(cè)的2個固定支承的中壓再熱主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥及4根中壓導汽管從中部進入分流布置的中壓缸，經(jīng)過正反各9級壓力級后，從中壓缸上部4個排汽口排出，合并成2根連通管，分別進入1號和2號低壓缸。低壓缸為分流結(jié)構(gòu)，蒸汽從中部流入，經(jīng)過正反向各7級壓力級后，從4個排汽口向下排入2個凝汽器。

空氣快冷管道的接口及快冷空氣的流向：對于高壓缸，壓縮空氣接在高壓導汽管疏水管道上，管道為：Φ60×11，4根，管道材質(zhì)為12Cr1MoV，分四路經(jīng)過4組噴嘴組進入高壓缸，在高壓外缸疏水管道上接Φ48×5的接口，
管道材質(zhì)為12Cr1MoV；對于中壓缸，壓縮空氣接在中壓導汽管疏水上，管道為Φ48×5，管道材質(zhì)為12Cr1MoV，分4路進入中壓缸。高壓缸進入的冷卻空氣經(jīng)過吸熱后，經(jīng)過高壓缸排汽通風閥進入凝汽器；中壓缸進入的冷卻空氣經(jīng)過冷卻吸熱后，經(jīng)過低壓缸進入凝汽器，凝汽器汽側(cè)人孔門打開，排向大氣。

快冷裝置的氣源可以選定來自空氣壓縮機的氣源，總供氣量60-70m3/min。熱空氣最高溫度為350℃比較合適，工作壓力0.6
MPa，功率200kW。整套快冷系統(tǒng)固定于汽機6.4
m層。壓縮空氣經(jīng)2個氣液分離器被充分疏水然后進入2個串或并聯(lián)使用的加熱器，最后到達集氣箱內(nèi)，分別接到高壓及低壓導汽管疏水接口，進入高壓缸及中壓缸。

采用二級水汽分離、二級電加熱，可以方便地調(diào)整為采用串、并聯(lián)運行。在快冷開始階段，可采用串聯(lián)方式運行，這樣可以形成小流量、高溫度模式，溫度可達350
℃以上。在快冷后期，可采用并聯(lián)方式運行，在壓縮空氣源滿足的前提下，可達到較大的流量。
5機組采用壓縮空氣強制快速冷卻裝置的投用及注意事項

若機組停機后準備投用快冷裝置，應(yīng)盡量采用滑參數(shù)停機，并盡量降低停機后的溫度。高壓缸第1級金屬溫度及中壓缸進口葉片環(huán)溫度降至400℃以下，方可投用快冷裝置。

在強制通風冷卻前，汽機高、中壓缸應(yīng)充分排盡疏水，并全面隔離。防止因疏水排放不盡或系統(tǒng)隔離不嚴，使冷汽、冷水進入高、中壓缸出現(xiàn)局部溫差過大，溫降速率過大現(xiàn)象。在強制通風冷卻過程中，主機潤滑油系統(tǒng)、頂軸油系統(tǒng)及盤車裝置、低壓缸噴水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)始終保持正常運行，以上任一系統(tǒng)退出運行，應(yīng)馬上停止強迫冷卻，直到恢復(fù)正常后方可進行。在第1次強制通風冷卻前，快冷系統(tǒng)應(yīng)吹掃干凈，質(zhì)量合格，暖管工作充分。快速冷卻過程中，應(yīng)定期進行汽水分離器，分汽箱、空壓機儲氣罐的放水工作與過濾器的清理工作，防止油、水雜質(zhì)進入
汽缸。只有壓縮空氣正常、流量正常，方可投用空氣加熱裝置，在空氣加熱器溫度合符指標時才能向汽輪機送氣。一旦發(fā)生空壓機停運或壓縮空氣中斷，立即停用空氣加熱裝置。若發(fā)現(xiàn)空氣加熱器失電不能控溫時應(yīng)關(guān)閉氣源，防止向汽輪機送冷空氣。注意事項及參數(shù)要求：

a.高壓缸第1級金屬溫度300-400℃時，溫降率應(yīng)小于5℃/h，熱空氣與金屬溫差小于50℃。
b.高壓缸第1級金屬溫度200-300℃時，溫降率應(yīng)小于6-8℃/h，熱空氣與金屬溫差小于80℃。
c.高壓缸第1級金屬溫度150-200℃時，溫降率應(yīng)小于8-10℃/h，熱空氣與金屬溫差小于100℃。
d.快冷停用后，連續(xù)盤車30min，視各點溫度上升情況停用盤車及各系統(tǒng)。
e.根據(jù)冷卻風量需要串、并聯(lián)切換使用。
6監(jiān)視和控制的指標

整個強制通風冷卻過程要監(jiān)視機組的絕對膨脹量、脹差、轉(zhuǎn)子偏心、軸向位移等。投入汽輪機快冷后，剛開始送氣，盡量采用小溫差、小流量方式，然后逐步加大流量。嚴格控制汽缸進氣溫度與通風量。原則上每調(diào)整1次，穩(wěn)定30
min，無變化或變化不大時，進行再次調(diào)正?？諝饧訜崞鞒隹跍囟葢?yīng)平穩(wěn)降低無突跳現(xiàn)象。當高、中壓缸進氣導流管壁溫度在100
℃左右，高壓缸第1級金屬溫度降200℃以下時可增大通風量，改電加熱器串聯(lián)運行為并聯(lián)運行。當高壓缸第1級金屬壁溫度，中壓缸1號靜葉持環(huán)溫度達到150
℃以下且無明顯回升，結(jié)束強制通風冷卻。關(guān)閉進氣閥門，再繼續(xù)盤車30min，視各點溫度是否回升，如無回升則可停盤車，開始檢修工作。
7效益
a.使用快冷裝置可以比正常的冷卻縮短停盤車時間約4d，為檢修機組贏得時間，提高了機組的等效利用時間。
b.整個冷卻過程中，人為控制汽機金屬溫度的下降率，保證了上、下缸溫差及主要參數(shù)符合要求，機組可以安全快速進入檢修狀態(tài)。
c.廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司5臺機組，每年按照2次檢修（A或B級）計算，采用壓縮空氣快速冷卻系統(tǒng)后，機組每年可以多發(fā)電量115×106
kW·h電量，電價按照0.20元/（kW·h）計算，可以增加電量收入2300萬元，經(jīng)濟效益可觀。