[汽轮机快速冷却的几种方式比较] 汽轮机的冷却方式

停机后汽轮机快速冷却

的几种方式比较

杨忠彪

（辽宁华电铁岭发电有限公司）

摘要：针对汽轮机在滑参数停机时需冷却汽缸及法兰的问题，提出有效、快捷的冷却方法，以缩短检修工期和提高机组利用率．在机组滑停时，介绍了几种常见的冷却汽缸的汽源，并提出了新的冷却汽源及使用方法。

关键词：电力工业；汽轮机；自然冷却；强迫冷却；蒸汽冷却；压缩空气冷却；通汽冷却

现代高参数大容量机组汽缸外部都具有绝热性能良好的保温层，这对加强汽缸保温减少散热损失效果十分显著，但在检修停机后自然冷却过程中，由于汽缸散热条件较差、蓄热量大、汽缸壁温下降较慢，需要很长的冷却时间．随着电力技术的发展，自动化水平的提高，我国大型机组大都配置了功能强大的分散控制系统（DCS）和数字电液控制系统（DEH），并且使用状况都非常好，在DEH给定值（即负荷、汽温、汽压）指令下都能均匀地调节汽温、汽压及机组出力．因此，现在很多电厂在大小修前都采用滑参数停机来降低汽缸温度水平，使汽缸温度降到最低，以便及时开工检修，缩短检修工期．但是，在滑参数停机过程中，汽缸夹层冷却汽源如果选择不当，就达不到理想效果，严重时会使汽缸金属壁温受到热冲击产生裂纹．现在滑参数停机，已经普遍应用于大容量汽轮机组．由于机组容量大、参数高、尺寸大，且普遍采用硅酸钙、硅酸铝等优质保温材料，由此带来了机组停机后，自然冷却速度减慢，延长了机组检修开缸时间等问题。表1列出了不同容量的汽轮机在正常停机后自然冷却到缸150℃所需时间.以国产300MW 机组为例，由表中可以看出，汽轮机停机后要使缸温自然冷却到揭缸温度150℃以下，一般大约需要5-7天时间。对于国产300MW机组来讲，除去机组正常大、小修需要停机冷却外，由于机组本身设备质量存在缺陷较多，因此临检亦较多，每次停机都让其自然冷却，势必使机组时可用率受到很大的影响，从而也影响了大机组优越性的正常发挥.

针对上述情况，为实现停机后的快速冷却，提前全面铺开机组大、小修或故障抢修，缩短检修工期，让机组提前并网、争效益、多发电，国内外有关机构对汽轮机停机后的强迫冷却工作进行了大量的试验研究，取得了显著的效果.本文就目前采用的不同强迫冷却方式的特点进行比较分析。

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1 抽真空通气冷却法

1.1 抽真空通气冷却的系统示例

图1 抽真空通气冷却法冷却空气流程

图1是某200MW 机组抽真空通气冷却法的空气流程，高压缸冷却空气由过热器集箱上的排汽管吸入，经主汽管、主汽阀、调速汽阀后进入高压缸，热空气由高压缸排汽逆止阀前的疏水管经疏水扩容器后进入凝汽器。中压缸冷空气由再热器出口集箱排汽管吸人，经再热汽热段管道、中压主汽阀、中压调节阀后进人中压缸，再通过低压缸排人凝汽器。高缸夹层及泼兰冷却空气通过各自混温联箱上安全阀引入，然后排至凝汽，排入凝汽器的空气经射水抽气器抽出.应该指出的足，汽轮机停机后进行抽真空冷却，除必须要保持正常盘车外，还需投用抽封汽.

1.2 抽真空通气冷却法的特点

从分析中可以看出，抽真空通气冷却法的特点是：不需要增加任何新的设备，投资少，系统操作简单，便于运行人员掌握。但也存在以下缺点：首先受抽气器容量限制，空气流量小，冷却后期效果差。另外，轴封供汽参数偏低，有时蒸汽带水进轴封，使转子轴封弹性槽受到很大的热应力冲击，造成大的寿命损耗。再者，空气人口处金属和空气温差大，易发生

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急剧冷却，也会造成较大的热应力.

2 压缩空气强迫冷却法

2.1 压缩空气强迫冷却的冷却系统

采用压缩空气作为冷却介质的快速冷却法，被认为是一种较为安全方便的冷却法，根据压缩空气进气点的不同，可分为以下二方式：

(1)压缩空气顺流冷却高压缸、中压缸和低压缸；

(2) 缩空气逆流冷却高压缸，顺流冷却中压缸和低压缸；

图2为某200MW机组采用顺流冷却方式的压缩空气冷却系统。压缩空气从甲、乙自动主汽阀后的疏水阀进入高压缸，排气由摇板逆止阀前的排气管排出；中压缸冷却气源从中压缸导汽管四并一疏水阀进入；大部分空气进入低压缸，经真空破坏阀放空气，必要时可开抽气器抽出，少部分空气经5、6级抽汽逆止阀的排汽管排人大气，法兰冷却气源从法5、6级抽汽逆止阀的排汽管排人大气，法兰冷却气源从法兰混温箱进入，经左、右法兰排人法兰集汽箱，最后进入凝汽器：汽缸夹层冷却气源从汽缸加热混温箱进入，经高压汽缸上、下进汽短管进入汽缸夹层，部分气流通过汽缸疏水管排人凝汽器，部分气流，通过隔热环至高压缸排汽管排人大气

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图2 压缩空气冷却系统(顺流)

图3为某200MW 机组采用高压缸逆流，中、低压缸顺流冷却方式的压缩空气流程图.由第一级集气箱引出的压缩空气从高压缸排汽逆止阀后疏水管导人再热蒸汽冷段管，经再热器并吸收其余热，进入再热蒸汽热段管：再经中压主汽阀，中压调速汽阀进人中压缸，对中压缸进行冷却，最后由六段抽汽疏水管排出。少量中压缸排汽进入低压缸从两端的轴封间隙368

排出，以起到防腐干燥作用。由第二级集气箱引出的压缩空气从高压缸排汽逆止阀前疏水管这导人高压缸排汽管，从高压缸后部进入高压缸，分两路对高压缸进行冷却.一路通过内缸和转子，最后由速度级进入喷嘴室，经过高压缸进汽管，高压主汽阀，从电动主闸阀后防腐阀排出；另一路通过内外缸夹层，由上下两个汽缸加热管进入汽缸加热联箱，从汽缸加热联箱的疏水管排出.冷却高压外缸法兰螺栓的压缩空气也由二级集气箱引出，从法兰螺栓排汽联箱的疏水管导人法兰螺栓排汽联箱，进入法兰螺栓汽道，最后经法兰螺栓加热联箱并由其疏水管排出.比较上述三种方案，顺流冷却时，传热温差大，有较大的但由于是全周进汽，对转子、汽缸冷却比较均匀，进气区原来都有金属温度监视点可加利用，便于监视和控制冷却速率.逆流冷却虽然进口传热温差小，在汽轮机处于高温阶段冷却时受热冲击的风险较小，其冷却效果比顺流冷却好，但不具有顺流冷却的均匀性优点及进汽区无现成的金属温度监视测点，因此不便于及时监视及调节.采用前述方案(2)时，因压缩空气首先接触高压缸温度较低的部分，待其达到高温部分时由于压缩空气吸收了汽缸的热量，温度已有所升高，而冷却中压缸的压缩空气如果先经过再热器. 便能多吸收炉膛的余热而得到进一步加强，这样高中压缸均不会造成大的热冲击.另外，使用的压缩空气如果先经过再热器，便能够吸收炉膛的余热而得到进一步的加温，这样压缩空气进行快冷，同时也是对汽缸内部进行干燥处理的过程.有利于机体内部的防腐，相对延长了机件的使用寿命，降低了机件损坏的可能性。根据上述分析，笔者认为，采用前述方案(2)较为合理，其次是方案(1).

2.2 压缩空气强迫冷却的特点

采用压缩空气强迫冷却时，由于空气较小，对流换热系数小且无相变换热.因而冷却过程和缓、安全且易于控制。但现场需备有一定的压缩空气管道,增加压缩空气用量,同时为使冷却空气和汽缸金属温度相匹配,增加一套压缩空气加热系统,故需增加一定的投资.此外，在冷却过程中，还应设法防止冷汽倒入，做好系统隔离工作

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图3 压缩空气冷却系统(高压缸逆流．中、低压缸顺流)

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3 蒸汽冷却法

该方法利用辅助汽源或锅炉余热产生低温低压蒸汽通入汽轮机，使转速保持在300～100r/mim，对汽轮机进行冷却。

3.1 利用辅助汽源进行冷却的冷却系统

图4为某厂一台300MW机组利用原调温装置冷却示意图。具体的汽缸冷却方式是停机后电动主闸阀关闭，高、中压主汽阀，调节阀关闭，所有抽逆止阀隔绝阀关闭，凝汽器循环水保持通水.凝汽器维持40～80KPa真空，除调节阀导汽管、短管及汽缸本体疏水开足外，其它各有关疏水阀均关闭，汽轮机轴封照常通气.在盘车装置连续运行的条件下，利用原来夹层及法兰调温装置的备用汽源，将冷却蒸汽通入汽缸夹层及法兰，夹层冷却汽在通入高压缸第六级(或中压缸第四级)后通过调节阀(或联合汽阀)导汽管及短疏水管(中压缸还通过排汽管)排出到凝汽器，这样夹层冷却汽在汽缸内有一局部倒流.这部分汽与漏进的轴封汽对汽缸内部及转子进行一定的冷却.

采用上述蒸汽冷却法的优点是，基本不需要改动及增加设备和系统，且有可能克服冷却中高、中压缸负胀差大的缺点.但应注意以下问题：(1)投入汽缸冷却蒸汽前，夹层及法兰调温联箱的暖箱必须充分，投入汽缸冷却蒸汽后联箱疏水仍可保持一定开度，以防疏水带入汽缸.(2)冷却中汽源温度的调节应逐步降低，注意保持汽缸温度的下降均匀稳定.(3)汽轮机各级抽汽隔绝阀电动关闭后，还应手操关闭，保证严密可靠。(4)冷却过程中加强对汽缸各部分温度温差的检测及记录，据此及时调整操作，以保证汽缸冷却安全可靠

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图4 300MW 汽轮机利用原调温装置冷却示意图

3.2 锅炉余汽冷却法的冷却系统

图5为某200MW汽轮机所采用的锅炉余汽冷却系统示意图，具体做法是当机组解列停机、转速降低到500rim时，全开主汽阀，调速汽阀、中联阀；全关主闸阀，仅控制主闸阀的旁路阀，维持机组处于较低转速下进行冷却，机组上除调速级的疏水阀开启外，其余疏水阀全关，并维持机组真空在400～500 mmHg。随着锅炉压力的逐渐降低，应逐渐开大旁路阀直到全开，继而再开启主闸阀直到开足为止，以保证汽缸金属一定的冷却速度和机组必要的转370

速.采用锅炉余汽冷却法的特点是，不需要增加新的系统和设备，在锅炉保持一定余压的情况下起始冷却速度比较快，冷却效果好，对汽轮机金属无热冲击.但运行人员操作频繁，锅炉汽包，汽缸等上、下温差和汽机胀差等难以控制，须承担一定的风险.

图5 锅炉余汽冷却系统示意图

4 结论

根据以上几种方案的比较分析及国内多个电厂的试验研究可得出以下结论：

(1)从冷却效果来看，压缩空气冷却法和蒸汽冷却法优于抽真空通气冷却法：蒸汽冷却法和抽真空通气冷却法较之压缩空气冷却法滑停时间长，但压缩空气冷却法电厂需备有空压机房和增铺一定的压缩空气管道，增加一定的系统投资.

(2)压缩空气冷却法和抽真空通气冷却法较蒸汽冷却法操作简单，便于运行人员掌握。压缩空气冷却法避免了抽真空通气冷却法的轴封供汽参数偏低和蒸汽冷却法的温差、胀差不受控制及其冷却后期冷却速率受限制等一系列不足．并具有便于控制冷却速率，可以做到全程均匀冷却等优点。因此，压缩空气冷却方式是大机组停机后强迫冷却的较佳方案.在机组大小修前采用滑参数停机，能有效、快捷地冷却汽缸，这对缩短检修工期、提高机组利用率具有显著效果，因此这几种方法被广泛应用．

参考文献：

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