汽缸快速冷卻裝置在 300MW機組上的應用

陶湘云

(望亭發電廠,江蘇 蘇州 215155)

汽輪機快速冷卻裝置是一種適合大功率汽輪機停機時使用的輔助設備。廠雜用壓縮空氣經該設備濾清、除水、加熱至一定溫度后,通過系統管道輸入汽缸本體中對其缸體及通流部分進行快速冷卻,以縮短汽輪機停機冷卻時間,提高機組的可用率。望亭發電廠在 300MW機組的中修、維修及大修 3次停機過程中,不僅成功地采用了滑參數停機,同時還成功地采用了汽缸快速冷卻裝置,使每次檢修工期均縮短 3～4d。通過開缸檢查汽缸快冷裝置投用對汽輪機無任何影響,取得了非常理想的效果。

1 投用前的準備

1.1 技術準備

望亭發電廠運行部汽機專業人員對設備性能、工作原理以及 300MW機組可適用程度進行了研究,提出了很多實用性的意見;同時,對其他發電廠快冷裝置投用較成功的機組也進行調研,獲取了一定的操作經驗和資料,編寫了適合 300MW機組汽輪機汽缸快速冷卻操作規程。另外,為了提高快速冷卻裝置投用的可靠性和安全性,針對 300MW機組快速冷卻設備和系統的不同特點,制訂了裝置投用前的操作規程和注意事項,其中對裝置本身的調試、快速冷卻系統管道的沖管等都做了詳細的布置和操作指導,及時分發到各部門及班組,使操作人員在操作前有足夠的時間熟悉和準備,并提出反饋意見,不合理的地方及時修改,在技術上首先得到了保證。

1.2 人員組織準備

在機組停用前組織運行人員進行了快速冷卻裝置投用的專題培訓,對目前快速冷卻裝置投用安裝條件成熟程度、設備構造、操作使用步驟和快速冷卻操作規程都一一進行了解釋。明確了快速冷卻裝置投用操作人員的分工。

1.3 設備投用前的準備

(1)快速冷卻裝置調試。汽缸快速冷卻裝置及系統自從在望亭電廠 2臺 300MW機組安裝以來,由生產技術科主持,在檢修和運行專業人員的共同配合下進行了多次設備及系統調試,掌握了溫度的控制設定、冷卻流量的改變對加熱溫度的影響、最大加熱溫度及加熱氣量以及相關保護的校驗調整等重要數據。

(2)快速冷卻系統管道的沖管。快速冷卻系統管道安裝以來一直未使用過,管道內垃圾若進入汽缸必定會造成設備損壞,所以,對首次使用的系統管道進行沖洗是不可缺少的一道工序。汽機運行專業人員針對 2臺 300MW機組系統布置特點制訂了不同的管道蒸汽沖洗流程,詳細布置各個沖洗過程和相應的注意事項,并在運行時嚴格執行,通過檢修并驗證管道沖洗確已清潔,方告結束。

(3)雜用壓縮空氣管道疏水。快速冷卻裝置調試發現雜用壓縮空氣母管長期不使用,管內積有大量油水,雖然裝置為避免投用時油水進入系統而增加了 1套油水分離器和精濾裝置,但為了安全起見,在 300MW機組雜用壓縮空氣母管低洼段均增加 2個疏水點,并在快速冷卻裝置投用前 4～6h開始調節排放,充分疏水,消除氣中帶水而危害汽缸冷卻時的隱患。

2 汽輪機汽缸快速冷卻裝置的投用

2.1 投用前的工況

望亭發電廠 300MW機組快速冷卻裝置投用均是在機組進行成功的滑參數停機后進行的,由于望亭發電廠 2臺 300MW機組都為首次投用快速冷卻裝置,為安全起見均在汽缸溫度比原允許的溫度低的狀態下投用(根據原設計和試驗,系統裝置允許汽缸金屬溫度在 350℃下投入汽缸快速冷卻裝置)。1臺 300MW機組投用時高壓缸調節級處內缸內壁溫為 326℃,中壓缸第 1級處內壁溫度為 300℃;另一臺 300MW機組投用時,高壓缸調節級金屬溫度為 290℃(第 2次投用時高壓缸調節級及中壓持環溫度均為 310℃),各差脹、軸向位移相對穩定。汽缸快速冷卻裝置正式投用以后,各工況點變化曲線如圖 1、圖 2所示。

2.2 裝置投用操作順序

(1)運行操作人員按“快速冷卻系統投用前檢查卡”逐條檢查。

(2)快速冷卻裝置送電加熱,內部系統排放暖管,提高空氣溫度。

(3)快速冷卻裝置與汽缸連接管道排放,排除進氣管中凝結疏水和雜物。

(4)快速冷卻裝置與汽缸連接管道暖管,通過快速冷卻裝置集氣箱將高溫氣送至各分部進氣門前排氣口,以減少加熱后的壓縮空氣送入汽缸前的管道散熱損耗。

(5)向汽缸送接近最高金屬溫度的高溫空氣,觀察各監視點金屬溫度變化。

(6)待各監視點金屬溫度變化平穩后,調節空氣溫度設定值,規定溫度差以降低空氣溫度。觀察各監視點金屬溫度,將其控制在允許溫降速率范圍內。

(7)根據各金屬溫度下降程度,分階段改變溫度差和空氣量,保證各金屬溫降速率既平均又平穩。

2.3 裝置停用操作順序

(1)當各監視點金屬溫度均在150℃以下時,可停用快速冷卻裝置電加熱并繼續通氣 1～2h。

(2)停止快速冷卻系統通氣,隔絕相關電源,調停雜用氣泵。

(3)隔絕快速冷卻空氣系統,裝置相應隔絕堵板。

3 快速冷卻裝置系統使用調節依據

3.1 冷卻方式

望亭發電廠 300MW機組快速冷卻系統設計均采用順流冷卻方式。順流冷卻方式的特點是冷卻空氣自高溫區引入,傳熱溫差大,與逆流冷卻相比有較大的熱沖擊風險。但由于是全周進氣,對轉子、汽缸冷卻比較均勻;另外,空氣與蒸汽相比傳熱系統相差100倍,其熱沖擊應力大大減小。進氣區原來都有的金屬溫度監視點可利用,便于監視和控制冷卻速率。

3.2 初始冷卻空氣溫度

初始冷卻空氣溫度的設定,主要考慮管路散熱損失會造成開始階段空氣引入時產生熱沖擊,故預先將冷卻空氣加熱到接近金屬溫度(即無溫差設定),使得冷卻空氣的初始溫度具備了可控條件。

3.3 初始冷卻空氣流量

初始冷卻空氣流量根據各部件金屬溫降率而定。同樣,為了減少熱沖擊和熱應力,在高溫階段保持較小流量使空氣流量的調節易于控制,使汽輪機冷卻速率自始至終更易控制于最終值附近并較為均勻。

3.4 送氣時間

由于快速冷卻裝置的溫度控制只能調節總的出氣溫度,故無法兼顧各部件溫度高低的差值,所以,只能在初投階段將各部件送氣時間分開,盡可能保證各部件溫度在相同水平上均勻下降。

3.5 合理的進氣量

由于各部件冷卻氣通道尺寸不可能十分精確地根據金屬熱容量不同而設計,所以,在使用中為了使各部件金屬溫度均勻下降,采用各進氣分門調節來保證合理的進氣量。

3.6 空氣溫度和流量

快速冷卻過程中的空氣溫度和流量的設定以及分門調節,同樣是為了保證各部件金屬溫降率和各部件溫降水平基本相一致,以達到保證各部件之間溫差在規程規定的合格范圍內的目的。總的控制原則是“高溫時段小流量,低溫時段大流量”。

4 汽機快速冷卻裝置使用情況分析

4.1 金屬溫降率

汽缸快速冷卻裝置在整個使用過程中,嚴格按照規程規定控制各項指標在合格范圍內執行,各點金屬溫降率#14機組最大未超過 7℃/h,#11機組最大未超過 5℃/h,平均溫降率均在 4℃/h左右,總耗時均在 42h左右(自然冷卻均在 100h以上)。

4.2 控制冷卻氣量

汽缸快速冷卻裝置投用過程中,控制各部件冷卻氣量是控制各金屬溫度下降速率的關鍵,但裝置的出氣量受雜用氣母管壓力影響較大。從使用情況看,由于白天和晚上檢修用氣量相差太大,要穩定雜用氣母管壓力,維持快速冷卻裝置冷卻氣量在要求范圍內,給運行調節帶來較大的困難。

4.3 中壓缸向空排氣量

望亭發電廠 2臺 300MW機組快速冷卻系統中中壓缸向空排氣量相差較多。使用中發現,對排氣量小的機組,當中壓缸快速冷卻進氣投用后對低壓缸排氣溫度影響較大,排缸噴水不能停用,故凝結水小循環也不能停用;而排氣量較大的機組中壓缸冷卻空氣絕大部分從排氣人孔排出,對低壓缸無任何影響。

4.4 金屬溫度 180℃以下

當汽輪機汽缸金屬溫度各點均低于 180℃以下時,其冷卻速率將會明顯降低,此時快速冷卻裝置通氣量可用足,溫差控制可提高到最大值,汽輪機各點金屬溫降率也不會超過 4℃/h。

4.5 金屬溫度 150℃以下

通過快速冷卻裝置的使用過程中可看出,在汽缸金屬溫度最高點已低于 150℃,快速冷卻裝置系統加熱與通氣同時停用的情況下,機組汽缸各金屬溫度均未見反彈,因此,在以后的使用過程中,當金屬溫度降低至 150℃以下時無需繼續保持通氣冷卻2h,這樣又可以節約檢修工期 2h。

5 存在的問題

300MW機組的快速冷卻裝置系統在使用過程中還存在一些問題。如有些機組中壓缸向空排氣量不夠、系統閥門操作位置不合理、裝置控制部件有時不穩定以及備品零件不足、運行人員熟練程度不夠等,均有待于進一步改進。

6 經濟效益

汽輪機快速冷卻裝置投用后汽缸金屬溫度從320℃下降至 150℃耗時均在 42h左右,如用自然冷卻方式以平均每小時 1～2℃的溫降速率計算,均需耗時 113h左右,可節約 70 h左右的檢修工期。如按每小時發電 300MW,電費 0.35元/(kW·h)計算,可增加 735萬元產值。