汽缸快速冷却装置在 300MW机组上的应用

陶湘云

(望亭发电厂,江苏 苏州 215155)

汽轮机快速冷却装置是一种适合大功率汽轮机停机时使用的辅助设备。厂杂用压缩空气经该设备滤清、除水、加热至一定温度后,通过系统管道输入汽缸本体中对其缸体及通流部分进行快速冷却,以缩短汽轮机停机冷却时间,提高机组的可用率。望亭发电厂在 300MW机组的中修、维修及大修 3次停机过程中,不仅成功地采用了滑参数停机,同时还成功地采用了汽缸快速冷却装置,使每次检修工期均缩短 3～4d。通过开缸检查汽缸快冷装置投用对汽轮机无任何影响,取得了非常理想的效果。

1 投用前的准备

1.1 技术准备

望亭发电厂运行部汽机专业人员对设备性能、工作原理以及 300MW机组可适用程度进行了研究,提出了很多实用性的意见;同时,对其他发电厂快冷装置投用较成功的机组也进行调研,获取了一定的操作经验和资料,编写了适合 300MW机组汽轮机汽缸快速冷却操作规程。另外,为了提高快速冷却装置投用的可靠性和安全性,针对 300MW机组快速冷却设备和系统的不同特点,制订了装置投用前的操作规程和注意事项,其中对装置本身的调试、快速冷却系统管道的冲管等都做了详细的布置和操作指导,及时分发到各部门及班组,使操作人员在操作前有足够的时间熟悉和准备,并提出反馈意见,不合理的地方及时修改,在技术上首先得到了保证。

1.2 人员组织准备

在机组停用前组织运行人员进行了快速冷却装置投用的专题培训,对目前快速冷却装置投用安装条件成熟程度、设备构造、操作使用步骤和快速冷却操作规程都一一进行了解释。明确了快速冷却装置投用操作人员的分工。

1.3 设备投用前的准备

(1)快速冷却装置调试。汽缸快速冷却装置及系统自从在望亭电厂 2台 300MW机组安装以来,由生产技术科主持,在检修和运行专业人员的共同配合下进行了多次设备及系统调试,掌握了温度的控制设定、冷却流量的改变对加热温度的影响、最大加热温度及加热气量以及相关保护的校验调整等重要数据。

(2)快速冷却系统管道的冲管。快速冷却系统管道安装以来一直未使用过,管道内垃圾若进入汽缸必定会造成设备损坏,所以,对首次使用的系统管道进行冲洗是不可缺少的一道工序。汽机运行专业人员针对 2台 300MW机组系统布置特点制订了不同的管道蒸汽冲洗流程,详细布置各个冲洗过程和相应的注意事项,并在运行时严格执行,通过检修并验证管道冲洗确已清洁,方告结束。

(3)杂用压缩空气管道疏水。快速冷却装置调试发现杂用压缩空气母管长期不使用,管内积有大量油水,虽然装置为避免投用时油水进入系统而增加了 1套油水分离器和精滤装置,但为了安全起见,在 300MW机组杂用压缩空气母管低洼段均增加 2个疏水点,并在快速冷却装置投用前 4～6h开始调节排放,充分疏水,消除气中带水而危害汽缸冷却时的隐患。

2 汽轮机汽缸快速冷却装置的投用

2.1 投用前的工况

望亭发电厂 300MW机组快速冷却装置投用均是在机组进行成功的滑参数停机后进行的,由于望亭发电厂 2台 300MW机组都为首次投用快速冷却装置,为安全起见均在汽缸温度比原允许的温度低的状态下投用(根据原设计和试验,系统装置允许汽缸金属温度在 350℃下投入汽缸快速冷却装置)。1台 300MW机组投用时高压缸调节级处内缸内壁温为 326℃,中压缸第 1级处内壁温度为 300℃;另一台 300MW机组投用时,高压缸调节级金属温度为 290℃(第 2次投用时高压缸调节级及中压持环温度均为 310℃),各差胀、轴向位移相对稳定。汽缸快速冷却装置正式投用以后,各工况点变化曲线如图 1、图 2所示。

2.2 装置投用操作顺序

(1)运行操作人员按“快速冷却系统投用前检查卡”逐条检查。

(2)快速冷却装置送电加热,内部系统排放暖管,提高空气温度。

(3)快速冷却装置与汽缸连接管道排放,排除进气管中凝结疏水和杂物。

(4)快速冷却装置与汽缸连接管道暖管,通过快速冷却装置集气箱将高温气送至各分部进气门前排气口,以减少加热后的压缩空气送入汽缸前的管道散热损耗。

(5)向汽缸送接近最高金属温度的高温空气,观察各监视点金属温度变化。

(6)待各监视点金属温度变化平稳后,调节空气温度设定值,规定温度差以降低空气温度。观察各监视点金属温度,将其控制在允许温降速率范围内。

(7)根据各金属温度下降程度,分阶段改变温度差和空气量,保证各金属温降速率既平均又平稳。

2.3 装置停用操作顺序

(1)当各监视点金属温度均在150℃以下时,可停用快速冷却装置电加热并继续通气 1～2h。

(2)停止快速冷却系统通气,隔绝相关电源,调停杂用气泵。

(3)隔绝快速冷却空气系统,装置相应隔绝堵板。

3 快速冷却装置系统使用调节依据

3.1 冷却方式

望亭发电厂 300MW机组快速冷却系统设计均采用顺流冷却方式。顺流冷却方式的特点是冷却空气自高温区引入,传热温差大,与逆流冷却相比有较大的热冲击风险。但由于是全周进气,对转子、汽缸冷却比较均匀;另外,空气与蒸汽相比传热系统相差100倍,其热冲击应力大大减小。进气区原来都有的金属温度监视点可利用,便于监视和控制冷却速率。

3.2 初始冷却空气温度

初始冷却空气温度的设定,主要考虑管路散热损失会造成开始阶段空气引入时产生热冲击,故预先将冷却空气加热到接近金属温度(即无温差设定),使得冷却空气的初始温度具备了可控条件。

3.3 初始冷却空气流量

初始冷却空气流量根据各部件金属温降率而定。同样,为了减少热冲击和热应力,在高温阶段保持较小流量使空气流量的调节易于控制,使汽轮机冷却速率自始至终更易控制于最终值附近并较为均匀。

3.4 送气时间

由于快速冷却装置的温度控制只能调节总的出气温度,故无法兼顾各部件温度高低的差值,所以,只能在初投阶段将各部件送气时间分开,尽可能保证各部件温度在相同水平上均匀下降。

3.5 合理的进气量

由于各部件冷却气通道尺寸不可能十分精确地根据金属热容量不同而设计,所以,在使用中为了使各部件金属温度均匀下降,采用各进气分门调节来保证合理的进气量。

3.6 空气温度和流量

快速冷却过程中的空气温度和流量的设定以及分门调节,同样是为了保证各部件金属温降率和各部件温降水平基本相一致,以达到保证各部件之间温差在规程规定的合格范围内的目的。总的控制原则是“高温时段小流量,低温时段大流量”。

4 汽机快速冷却装置使用情况分析

4.1 金属温降率

汽缸快速冷却装置在整个使用过程中,严格按照规程规定控制各项指标在合格范围内执行,各点金属温降率#14机组最大未超过 7℃/h,#11机组最大未超过 5℃/h,平均温降率均在 4℃/h左右,总耗时均在 42h左右(自然冷却均在 100h以上)。

4.2 控制冷却气量

汽缸快速冷却装置投用过程中,控制各部件冷却气量是控制各金属温度下降速率的关键,但装置的出气量受杂用气母管压力影响较大。从使用情况看,由于白天和晚上检修用气量相差太大,要稳定杂用气母管压力,维持快速冷却装置冷却气量在要求范围内,给运行调节带来较大的困难。

4.3 中压缸向空排气量

望亭发电厂 2台 300MW机组快速冷却系统中中压缸向空排气量相差较多。使用中发现,对排气量小的机组,当中压缸快速冷却进气投用后对低压缸排气温度影响较大,排缸喷水不能停用,故凝结水小循环也不能停用;而排气量较大的机组中压缸冷却空气绝大部分从排气人孔排出,对低压缸无任何影响。

4.4 金属温度 180℃以下

当汽轮机汽缸金属温度各点均低于 180℃以下时,其冷却速率将会明显降低,此时快速冷却装置通气量可用足,温差控制可提高到最大值,汽轮机各点金属温降率也不会超过 4℃/h。

4.5 金属温度 150℃以下

通过快速冷却装置的使用过程中可看出,在汽缸金属温度最高点已低于 150℃,快速冷却装置系统加热与通气同时停用的情况下,机组汽缸各金属温度均未见反弹,因此,在以后的使用过程中,当金属温度降低至 150℃以下时无需继续保持通气冷却2h,这样又可以节约检修工期 2h。

5 存在的问题

300MW机组的快速冷却装置系统在使用过程中还存在一些问题。如有些机组中压缸向空排气量不够、系统阀门操作位置不合理、装置控制部件有时不稳定以及备品零件不足、运行人员熟练程度不够等,均有待于进一步改进。

6 经济效益

汽轮机快速冷却装置投用后汽缸金属温度从320℃下降至 150℃耗时均在 42h左右,如用自然冷却方式以平均每小时 1～2℃的温降速率计算,均需耗时 113h左右,可节约 70 h左右的检修工期。如按每小时发电 300MW,电费 0.35元/(kW·h)计算,可增加 735万元产值。