國產660MW汽輪機快速冷卻系統應用與分析

劉瑞 鄢曉忠 徐慧芳 樊希林

摘? 要：介紹一種利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，快速冷卻汽輪機的技術。該技術在國電寶慶電廠國產660MW超臨界汽輪機上得到成功應用，實踐證明，鍋爐余熱加熱壓縮空氣可以滿足汽輪機快冷的需求，對轉子和汽缸的熱沖擊較小，不增加汽輪機壽命損耗;與利用電加熱器加熱壓縮空氣相比，該系統不需要專門的空氣加熱器，更加安全可靠，具有良好的經濟效益和節能環保效應。

關鍵詞：余熱加熱;快速冷卻;汽輪機

中圖分類號：TK17 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）10-0183-03

Abstract： This paper introduces a technology of using boiler waste heat to heat compressed air and quickly cool steam turbine. This technology has been successfully applied to domestic 660MW supercritical steam turbine in Baoqing Power Plant of Guodian. The practice has proved that the compressed air heated by boiler waste heat can meet the demand of rapid cooling of steam turbine， and the thermal impact on rotor and cylinder is small. Compared with using electric heater to heat compressed air， the system does not need special air heater， so it is more safe and reliable， and has good economic benefit， energy saving and environmental protection effect.

Keywords： waste heat heating; rapid cooling; steam turbine

引言

現代大型汽輪機的參數高、總熱容量大、保溫良好，機組停機后自然冷卻速度很慢。正常滑參數停機時，汽輪機調節級金屬溫度可達380-420℃，自然冷卻到150℃（停盤車溫度）需要7天左右的時間，冷卻過程中汽輪機不能發電或維修，直接影響機組的投運率。為縮短汽輪機停機后的冷卻時間，縮短檢修工期，對汽輪機進行快速冷卻勢在必行。

常見的汽輪機快冷技術蒸汽冷卻法、真空法[1]和加熱壓縮空氣法。其中，加熱壓縮空氣法控制方式靈活，對轉子的疲勞損壞較小，最為安全可靠，得到國內外的廣泛應用[2]。但加熱壓縮空氣法須設置專門的加熱裝置，加熱裝置一般采用電加熱，需要消耗能源，且加熱裝置的可靠性會影響冷卻效果甚至汽輪機的安全[3]。因此，本文提出一種利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，快速冷卻汽輪機的技術。與常規電加熱壓縮空氣法相比，利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣具有節約能源、節省投資和安全可靠等特點。

1 汽輪機快冷系統

國電寶慶電廠采用哈汽輪機有限責任公司制造的CLN660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。為縮短轉子的冷卻時間，采用余熱加熱壓縮空氣法快速冷卻汽輪機，如圖1所示，向水冷壁通入壓縮空氣，壓縮空氣通過鍋爐各受熱面加熱，并通過減溫水調節壓縮空氣溫度，利用高壓及中壓調節門的開度控制進入汽輪機的空氣量，使汽輪機內部各部件金屬溫度下降到允許范圍內。

2 快冷系統實施方案

2.1 快冷初始參數及操作步驟

機組滑參數停機后，開啟給水泵出口母管放水、放空氣門，泄壓放水，開啟抽氣系統，待水冷壁內殘余水分抽空后，聯系熱工滿足旁路投入條件（汽輪機快冷開始時的主要運行參數如表1所示），開啟壓縮空氣系統，向水冷壁內通入壓縮空氣，利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，調節鍋爐一、二級減溫水調節門開度控制鍋爐出口的壓縮空氣溫度，控制高壓缸進氣控制閥和中壓缸進氣控制閥的開度，調整加熱后壓縮空氣的進氣量，保證汽輪機穩定冷卻，直至汽輪機完全冷卻。

2.2 快冷注意事項

（1）加強盤車電流、轉子偏心的監視，應保持盤車連續運行。

（2）監視爐膛各受熱面的溫度，溫降率不得大于165℃/h。

（3）控制汽輪機各部金屬溫度下降速率不大于6℃/h，盡量保證高、中壓缸壁溫下降速度相同。

（4）嚴格控制壓縮空氣進氣溫度與汽缸最高金屬溫度之差：缸溫在300℃以上時，缸溫與氣溫差為50℃;缸溫在250℃以上時，缸溫與氣溫差為80℃;缸溫在250℃以下時，缸溫與壓縮氣溫差為100℃。

（5）監視汽輪機高、中壓缸的各項參數，如表2所示。

3 快冷系統投運結果

3.1 快冷過程

圖2為國電寶慶電廠#2機組停運正常冷卻和壓縮空氣強制冷卻的調節級出口金屬溫度下降趨勢圖。由圖2可知，從機組滑參數停機開始，調節級出口金屬溫度從504℃正常冷卻到150℃需要9天左右的時間，其中，從350℃冷卻到150℃需要160小時，平均降溫速率只有1.25℃/h;而采用壓縮空氣強制冷卻，調節級出口金屬溫度從350℃冷卻到150℃只需要不到40小時，減少冷卻時間4-5天，具有明顯的社會和經濟效益。

圖3所示為采用壓縮空氣強制冷卻汽輪機時，汽輪機局部金屬和壓縮空氣溫度的變化過程。與自然冷卻不同，汽輪機快冷開始后，汽輪機從內部開始冷卻，高、中壓外缸法蘭金屬溫度下降得比較慢，溫度最高，而調節級出口金屬溫度下降最快，從圖3中可以看出，調節級出口金屬的溫降速率均勻可控，平均降溫速率可達4.95℃/h，最大降溫速率為5.65℃/h，滿足汽輪機快冷需求，且符合汽輪機各部金屬溫度下降速率不大于6℃/h的技術要求。壓縮空氣經過鍋爐各受熱面逐步加熱，進入汽輪機高、中壓缸時，壓縮空氣溫度與調節級出口金屬溫度接近，對轉子、汽缸產生的熱沖擊較小，避免局部過大的熱應力，不增加汽輪機壽命損耗。由此可見，采用鍋爐余熱加熱壓縮空氣可以滿足汽輪機快冷的需求。

汽輪機快冷系統正常運行過程中，調節級出口壓縮空氣溫度的下降速度比調節級出口金屬溫度的下降速度快，如圖3所示，快冷過程中需要時刻注意壓縮空氣溫度和流量，保證壓縮空氣進氣溫度與汽缸最高金屬溫度之差和汽輪機的降溫速率在技術要求的范圍之內。

3.2 經濟效益

機組采用壓縮空氣快冷裝置后，可減少檢修時間4-5天，按80%平均負荷計算，每次停機檢修提前可多發電量5.1～6.3萬MW·h，若按10.5元/（MW·h）的發電利潤計算，每次快冷效益約為51萬元～63萬元，經濟效益顯著。

與采用電加熱器加熱壓縮空氣的方法相比，利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣不需要增加專門的電加熱器。按600MW機組采用電加熱器加熱壓縮空氣需要240～320kW電加熱器計算[4，5]，若快冷時間為40h，則節約電量9600～12800kW·h，同時減少了設備投資，系統更加簡單，避免加熱裝置的可靠性對快冷效果甚至汽輪機的安全的影響。

4 結束語

采用加熱壓縮空氣強制冷卻汽輪機，可以加快機組的冷卻速度，大幅減少檢修的等待時間，加快檢修進度、縮短檢修工期，提高機組的可用率。充分利用鍋爐余熱加熱壓縮空氣，不需要額外增加專門的電加熱器，汽輪機各部位金屬的溫降速率均勻、可控，壓縮空氣進氣溫度與金屬溫度接近，對轉子、汽缸的熱沖擊較小，避免局部過大的熱應力，不增加汽輪機壽命損耗，同時避免了電加熱裝置的可靠性對汽輪機快冷效果甚至機組安全的影響，減少設備投資，節約能源，實現汽輪機快速、安全冷卻，具有良好的經濟效益和節能環保效應，應用前景廣闊，可為同類型機組實現快速冷卻提供參考。

參考文獻：

[1]楊海生，郭江龍，宋子順，等.660MW機組汽輪機真空快速冷卻系統的應用[J].熱力發電，2007，36（10）：38-40.

[2]黃慶華，沈國平.超臨界600MW汽輪機的快速冷卻研究及應用[J].發電設備，2007，21（1）：17-22.

[3]李明亮.汽輪機快速冷卻方式在700MW機組的綜合應用[J].華北電力技術，2006（9）：22-25.

[4]沈洵.汽輪機停機快速冷卻技術應用中的幾個問題[J].電力與能源，2010（4）：237-240.

[5]黃建設.汽輪機空氣快冷系統的改進[J].熱力發電，2006，35（3）：36-38.