汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题
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蒸汽具有较大的比热容和放热系数, 采用低温、 低压蒸汽冷却汽轮机, 可以获得较高的冷却速度, 因 此是一种很好的冷却介质。但是, 蒸汽在机组的冷 却过程中可能会产生冷凝水导致汽轮机进水, 因此
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沈 洵: 汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题
为了避免产生冷凝水, 冷却蒸汽要求始终具有一定 的过热温度。过热度必须合适: 过大可能对汽轮机 产生热冲击, 也会带来损失能量; 太小不易控制冷却 过程; 一般过热温度取 50 e 以上。另外, 蒸汽的比 热容大和放热系数较大, 很难根据不同的冷却阶段 及时调整参数, 造成设备的局部因温降过快产生很 大的热应力, 对机组寿命产生不利影响。
空气在冷却过程中不发生相变, 没有汽轮机进 水的问题, 比热容和放热系数也比过热蒸汽小得多, 虽然在应用中冷却速度要比蒸汽慢, 但也因此容易 调节。由于空气冷却比较安全可靠, 操作和控制也 比较方便, 因此目前在我国的电厂应用得也比较多。 1. 2 流动方向
采用顺流冷却, 汽轮机的高中压缸中的冷却空 气流动方向与工质蒸汽相同, 并在高中压缸中吸热 膨胀, 气缸的排气压力低, 盘车功率较小。采用逆流 冷却, 冷却空气在中压缸中顺流流动, 但在高压缸中 的流动方向与工质蒸汽相反, 冷却空气在气缸冷却 过程中吸热, 但在逆流流动中受到压缩, 因而从高压 缸流出的空气压力高、温度高, 盘 车需要的功率 较 大。由于逆流冷却的空气从高压缸排汽口进入, 因
机组停机投用快冷装置, 应尽量采用滑参数停
沈 洵: 汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题
机, 并当机组降低到一定温度后, 例如高压缸第 1 级 金属温度及中压缸进口叶片环温度降至 400 e 以 下, 方可投 用快冷装置。在强制通风 冷却前, 汽 机 高、中压缸应充分排尽疏水并全面隔离, 防止因疏水 排放不尽或系统隔离不严, 使冷汽、冷水进入高、中 压缸出现局部温差过大, 温降速率过大现象。在第 1 次强制通风冷却前, 快冷系统应吹扫干净, 暖管工 作应充分, 并且只有压缩空气正常、流量正常, 方可 投用空气加热装置, 空气加热器出口温度应平稳降 低无突跳现象, 在空气加热器温度符合指标时才能 向汽轮机送气。在强制通风冷却过程中, 主机润滑 油系统、顶轴油系统及盘车装置、低压缸喷水系统和
关键词: 汽轮机; 快速冷却
中图分类号: TK267
文献标志码: B
文章编号: 100527439( 2010) 0420237204
Several Issues of the Deployment of the Turbine Fast2cooling Technology
SHEN Xun ( State Nuclear Elect ric Power Planning Design & R esear ch Institute, Beijing 100094, China)
Abstr act: Accoding to pr oduction practice, This art icle discusses several issues of ra pid cooling down the tur bine , including the choice of fast2cooling mode, operation notes, economic and secur ity. And it points out that air down flow cooling is safe, reliable and easy to operate. The unit should be shut down by sliding par amater when using fast2cooling device. T he fast2cooling device could be cast until the tur bine. s temperature would fall down to an established temper ature. T he paper also quotes in the literatur e to improve that the thermal stress forming by the temper atur e difference of the cylinder wall will not reduce the ser vice life of the steam turbine as long as the operation is reasonable. Estimations show that the deployment of the technology could produce considerable economic benefits.
顺流方式和逆流方式 快速冷却方式 各有优缺 点, 但因顺流冷却采用的是全周进汽, 高温段有金属 测点可供监视, 较逆流冷却的温度控制直观性好, 现 在电厂较多采用顺流冷却。
2 运行注意事项
以空气为冷却介质的顺流冷却高中压缸的快冷 装置, 是目前工程中使用较多的快冷装置, 因此本文 以哈尔滨北方电力开发有限公司生产的产品为例, 根据实际应用的经验讨论运行注意事项, 该系统流 程图见图 1。
选择、运行注意事项、经济效益和安全性等, 指出顺流式空气冷却安全可靠, 操作和控制方便, 比较
适合我国的电厂应用; 机组采用快冷装置应尽量采用滑参数停机, 当机组降低到一定温度后, 方可
投用快冷装置; 论文还引用了文献, 证明了采用快速冷却方式, 只要操作合理, 汽缸内壁的温差产生
的热应力不会缩短汽轮机的使用寿命。通过估算表明, 停机快速冷却技术的应用经济效益很可观。
表 1 快速冷却的条件和要求
高压缸第 1 级 金属温度/ e
温降/ ( K # h- 1)
热空气与金属温差 /e
Leabharlann Baidu
300~ 400 200~ 300 150~ 200
<5 6~ 8 8~ 10
< 50 < 80 < 100
3 投入成本和经济效益
两台 660 MW 机组按每年两次检修计算, 采用
压缩空气快冷装置后, 保守估计每次停机可减少检 修时间 4 天, 机组每年可多发电量 12 672 万 kWh, 上网 电价按 0. 283 元/ kW h 计算, 可增 加产 值约 3 585. 5 万元, 扣除 发电 支出 的成本 ( 按成 本电 价 0. 201 元/ kWh计算) 2 547 万元, 仍有 1 038 万元的 收益。另一方面, 快冷装置的运 行费用很低, 两台 660 MW 汽轮机共用一套快冷装置总投资约 50 万 元( 详细费用见表 2) ; 两台立式电加热器总功率为 240 kW, 每年消耗电量仅为 23 040 kWh, 压缩空气 的耗能更少, 投入少产出大, 经济收益非常大。
此要求的冷却空气进气温度较顺流方式低, 消耗的 电加热器功率也小。顺流冷却时压缩空气自高温区 引入, 引起热冲击的可能性要比逆流冷却大, 尤其是 主蒸汽管正对疏水管口处及疏水管根部对热冲击更 加敏感。同时, 由于顺流进入的冷却空气为层流流 动, 而逆流进入的冷却空气为紊流流动, 故逆流冷却 的换热系数要大于顺流冷却的换热系数, 冷却速度 要快些。另外, 由于逆流冷却是空气被压缩的过程, 因而冷却空气在汽轮机内流动的阻力较大, 高排逆 止门漏气量较大。
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中压缸。高压缸的进气主要有高压内缸疏水、外缸 疏水、调节级疏水, 高压导汽管疏水和一段抽汽管疏 水, 另外还有一路位于高压缸上部进汽侧平衡孔进 入高压缸内外缸夹层; 高压缸的排气主要通过高压 缸上部排汽侧平衡孔加装的向空排气阀和冷再疏水 管排出。中压缸的进气主要有中压导汽管疏水和中 压外缸疏水; 排气主要是通过低压缸人孔门排出, 各 分路进气均有两道截止阀控制, 快冷装置投入时一 道门全开, 二道门调整控制进气量。
循环水系统应始终保持正常运行, 其中任一系统退 出运行都应马上停止强制冷却, 直到恢复正常后方 可进行。在快速冷却过程中, 还应定期给汽水分离 器, 分汽箱、空 压机储气罐的放水 和定期清理过 滤 器, 防止油、水杂质进入 汽缸。在快速冷却过程中 一旦发生空压机停运或压缩空气中断, 立即停用空 气加热装置, 若发现空气加热器失电不能控温时, 应 关闭气源防止向汽轮机送冷空气。
Keywords: steam turbine; fast2cooling
随着发电机组单机容量的增大和优质保温材料
的采用, 现代的发电机组的保温性能得到很大的改 善, 运行热效率和安全性也有了很大提高。不过机 组保温性能提高后检修停机的等待冷却时间就会增
加, 根据经验一般 600 MW 机组正常滑参数停机, 第一级金属温度由 300~ 280 e 自然冷却到 150 e 时需 180 h 左右( 约一周时间) ; 如果遇到机组事故 停机, 高压缸第一级金属温度在 480 e 以上, 需要冷 却的时间还会更长。机组停机后自然冷却时间的延 长将使机组检修的工期延长, 机组可用系数也就会 降低, 影响电厂的经济效益。汽轮机停机后采用强 制冷却可以大大减少冷却时间, 例如第一级金属温 度从 300 e 降到 150 e 所需时间大约只有 40 h。另 外, 机组的调试、试验需要反复启停, 缩短停机后的
冷却时间对缩短机 组调试、试 验的周期就更 有利。 本文将讨论的是汽轮机停机快速冷却技术在应用中 的几个问题, 包括快冷方式的选择、运行的注意事项 以及经济性和安全性。
1 快冷方式的选择
快速冷却根据冷却介质可以分为热空气冷却方 式和蒸汽冷却方式, 根据冷却介质与蒸汽流动方向 可以分为顺流方式和逆流方式。 1. 1 冷却介质
表 2 汽 轮机快冷装置费用表
名称
费用估算/ 万元
备注
汽轮机快冷装置
阀门 管道及管件
保温 总计
25
11 8. 5
3 47. 5
含 1 台油水 分离空气 过滤 器, 2 台 立 式 电 加 热器, 集气联箱
高中压缸导 汽疏水及 高压内缸疏水用
包括保温材料及铝板
图 1 以空气为冷却介质的顺流冷却高中压缸的快冷装置
该装置主要由一台油水分离空气过滤器, 两台 120 kW 立式电加热器, 集气联箱 和安装在汽轮 机 附近的分气箱以及管路、阀门、流量计、温度表、压力
表、安全阀、控制装置等组成, 可供两台 600 MW 机 组公用。压缩空气由厂用空压机站来气, 最大流量 为 60 m3/ h, 工作压力为 0. 8 MP a, 由电动隔离阀控 制进入汽轮机冷却的空气量, 经过空气过滤器后进 入电加热器进行加热, 加热后的压缩空气, 进入压缩 空气集气联箱, 分别送入两台汽轮机组。每台机组 各有分气箱, 通过该分气箱分配空气至汽轮机的高、
快速冷却的条件和要求见表 1。投入汽轮机快 冷后, 刚开始送气应尽量采用小温差、小流量方式, 然后逐步加大流量。冷却过程中严格控制汽缸进气
温度与通风量; 原则上每调整 1 次稳定 30 min, 等 到各种参数不变或变化不大时进行下一次调正。当
高、中压缸进气导流管壁温度在 100 e 左右、高压缸 第 1 级金属温度降 200 e 以下时可增大通风量, 改 电加热器串联运行为并联运行。当高压缸第 1 级金 属壁温度、中压缸 1 号静叶持环温度达到 150 e 以 下且无明显回升后可以结束强制通风冷却, 关闭进 气阀门再继续盘车 30 min, 各点温度如无回升则可 停盘车, 完成冷却过程进入后续的检修阶段。整个 强制通风冷却过程要监视机组的绝对膨胀量、胀差、 转子偏心、轴向位移等[ 1] 。
第 31 卷第 4 期 2010 年 8 月
能源技术 ENERGY TECH NOLOGY
Vol. 31 No. 4 Aug. 2010
成果与经验
汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题
沈洵 ( 国核电力规划设计研究院, 北京 100094)
摘 要: 根据生产实践, 讨论了汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题, 包括快冷方式的
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沈 洵: 汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题
为了避免产生冷凝水, 冷却蒸汽要求始终具有一定 的过热温度。过热度必须合适: 过大可能对汽轮机 产生热冲击, 也会带来损失能量; 太小不易控制冷却 过程; 一般过热温度取 50 e 以上。另外, 蒸汽的比 热容大和放热系数较大, 很难根据不同的冷却阶段 及时调整参数, 造成设备的局部因温降过快产生很 大的热应力, 对机组寿命产生不利影响。
空气在冷却过程中不发生相变, 没有汽轮机进 水的问题, 比热容和放热系数也比过热蒸汽小得多, 虽然在应用中冷却速度要比蒸汽慢, 但也因此容易 调节。由于空气冷却比较安全可靠, 操作和控制也 比较方便, 因此目前在我国的电厂应用得也比较多。 1. 2 流动方向
采用顺流冷却, 汽轮机的高中压缸中的冷却空 气流动方向与工质蒸汽相同, 并在高中压缸中吸热 膨胀, 气缸的排气压力低, 盘车功率较小。采用逆流 冷却, 冷却空气在中压缸中顺流流动, 但在高压缸中 的流动方向与工质蒸汽相反, 冷却空气在气缸冷却 过程中吸热, 但在逆流流动中受到压缩, 因而从高压 缸流出的空气压力高、温度高, 盘 车需要的功率 较 大。由于逆流冷却的空气从高压缸排汽口进入, 因
机组停机投用快冷装置, 应尽量采用滑参数停
沈 洵: 汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题
机, 并当机组降低到一定温度后, 例如高压缸第 1 级 金属温度及中压缸进口叶片环温度降至 400 e 以 下, 方可投 用快冷装置。在强制通风 冷却前, 汽 机 高、中压缸应充分排尽疏水并全面隔离, 防止因疏水 排放不尽或系统隔离不严, 使冷汽、冷水进入高、中 压缸出现局部温差过大, 温降速率过大现象。在第 1 次强制通风冷却前, 快冷系统应吹扫干净, 暖管工 作应充分, 并且只有压缩空气正常、流量正常, 方可 投用空气加热装置, 空气加热器出口温度应平稳降 低无突跳现象, 在空气加热器温度符合指标时才能 向汽轮机送气。在强制通风冷却过程中, 主机润滑 油系统、顶轴油系统及盘车装置、低压缸喷水系统和
关键词: 汽轮机; 快速冷却
中图分类号: TK267
文献标志码: B
文章编号: 100527439( 2010) 0420237204
Several Issues of the Deployment of the Turbine Fast2cooling Technology
SHEN Xun ( State Nuclear Elect ric Power Planning Design & R esear ch Institute, Beijing 100094, China)
Abstr act: Accoding to pr oduction practice, This art icle discusses several issues of ra pid cooling down the tur bine , including the choice of fast2cooling mode, operation notes, economic and secur ity. And it points out that air down flow cooling is safe, reliable and easy to operate. The unit should be shut down by sliding par amater when using fast2cooling device. T he fast2cooling device could be cast until the tur bine. s temperature would fall down to an established temper ature. T he paper also quotes in the literatur e to improve that the thermal stress forming by the temper atur e difference of the cylinder wall will not reduce the ser vice life of the steam turbine as long as the operation is reasonable. Estimations show that the deployment of the technology could produce considerable economic benefits.
顺流方式和逆流方式 快速冷却方式 各有优缺 点, 但因顺流冷却采用的是全周进汽, 高温段有金属 测点可供监视, 较逆流冷却的温度控制直观性好, 现 在电厂较多采用顺流冷却。
2 运行注意事项
以空气为冷却介质的顺流冷却高中压缸的快冷 装置, 是目前工程中使用较多的快冷装置, 因此本文 以哈尔滨北方电力开发有限公司生产的产品为例, 根据实际应用的经验讨论运行注意事项, 该系统流 程图见图 1。
选择、运行注意事项、经济效益和安全性等, 指出顺流式空气冷却安全可靠, 操作和控制方便, 比较
适合我国的电厂应用; 机组采用快冷装置应尽量采用滑参数停机, 当机组降低到一定温度后, 方可
投用快冷装置; 论文还引用了文献, 证明了采用快速冷却方式, 只要操作合理, 汽缸内壁的温差产生
的热应力不会缩短汽轮机的使用寿命。通过估算表明, 停机快速冷却技术的应用经济效益很可观。
表 1 快速冷却的条件和要求
高压缸第 1 级 金属温度/ e
温降/ ( K # h- 1)
热空气与金属温差 /e
Leabharlann Baidu
300~ 400 200~ 300 150~ 200
<5 6~ 8 8~ 10
< 50 < 80 < 100
3 投入成本和经济效益
两台 660 MW 机组按每年两次检修计算, 采用
压缩空气快冷装置后, 保守估计每次停机可减少检 修时间 4 天, 机组每年可多发电量 12 672 万 kWh, 上网 电价按 0. 283 元/ kW h 计算, 可增 加产 值约 3 585. 5 万元, 扣除 发电 支出 的成本 ( 按成 本电 价 0. 201 元/ kWh计算) 2 547 万元, 仍有 1 038 万元的 收益。另一方面, 快冷装置的运 行费用很低, 两台 660 MW 汽轮机共用一套快冷装置总投资约 50 万 元( 详细费用见表 2) ; 两台立式电加热器总功率为 240 kW, 每年消耗电量仅为 23 040 kWh, 压缩空气 的耗能更少, 投入少产出大, 经济收益非常大。
此要求的冷却空气进气温度较顺流方式低, 消耗的 电加热器功率也小。顺流冷却时压缩空气自高温区 引入, 引起热冲击的可能性要比逆流冷却大, 尤其是 主蒸汽管正对疏水管口处及疏水管根部对热冲击更 加敏感。同时, 由于顺流进入的冷却空气为层流流 动, 而逆流进入的冷却空气为紊流流动, 故逆流冷却 的换热系数要大于顺流冷却的换热系数, 冷却速度 要快些。另外, 由于逆流冷却是空气被压缩的过程, 因而冷却空气在汽轮机内流动的阻力较大, 高排逆 止门漏气量较大。
# 238 #
中压缸。高压缸的进气主要有高压内缸疏水、外缸 疏水、调节级疏水, 高压导汽管疏水和一段抽汽管疏 水, 另外还有一路位于高压缸上部进汽侧平衡孔进 入高压缸内外缸夹层; 高压缸的排气主要通过高压 缸上部排汽侧平衡孔加装的向空排气阀和冷再疏水 管排出。中压缸的进气主要有中压导汽管疏水和中 压外缸疏水; 排气主要是通过低压缸人孔门排出, 各 分路进气均有两道截止阀控制, 快冷装置投入时一 道门全开, 二道门调整控制进气量。
循环水系统应始终保持正常运行, 其中任一系统退 出运行都应马上停止强制冷却, 直到恢复正常后方 可进行。在快速冷却过程中, 还应定期给汽水分离 器, 分汽箱、空 压机储气罐的放水 和定期清理过 滤 器, 防止油、水杂质进入 汽缸。在快速冷却过程中 一旦发生空压机停运或压缩空气中断, 立即停用空 气加热装置, 若发现空气加热器失电不能控温时, 应 关闭气源防止向汽轮机送冷空气。
Keywords: steam turbine; fast2cooling
随着发电机组单机容量的增大和优质保温材料
的采用, 现代的发电机组的保温性能得到很大的改 善, 运行热效率和安全性也有了很大提高。不过机 组保温性能提高后检修停机的等待冷却时间就会增
加, 根据经验一般 600 MW 机组正常滑参数停机, 第一级金属温度由 300~ 280 e 自然冷却到 150 e 时需 180 h 左右( 约一周时间) ; 如果遇到机组事故 停机, 高压缸第一级金属温度在 480 e 以上, 需要冷 却的时间还会更长。机组停机后自然冷却时间的延 长将使机组检修的工期延长, 机组可用系数也就会 降低, 影响电厂的经济效益。汽轮机停机后采用强 制冷却可以大大减少冷却时间, 例如第一级金属温 度从 300 e 降到 150 e 所需时间大约只有 40 h。另 外, 机组的调试、试验需要反复启停, 缩短停机后的
冷却时间对缩短机 组调试、试 验的周期就更 有利。 本文将讨论的是汽轮机停机快速冷却技术在应用中 的几个问题, 包括快冷方式的选择、运行的注意事项 以及经济性和安全性。
1 快冷方式的选择
快速冷却根据冷却介质可以分为热空气冷却方 式和蒸汽冷却方式, 根据冷却介质与蒸汽流动方向 可以分为顺流方式和逆流方式。 1. 1 冷却介质
表 2 汽 轮机快冷装置费用表
名称
费用估算/ 万元
备注
汽轮机快冷装置
阀门 管道及管件
保温 总计
25
11 8. 5
3 47. 5
含 1 台油水 分离空气 过滤 器, 2 台 立 式 电 加 热器, 集气联箱
高中压缸导 汽疏水及 高压内缸疏水用
包括保温材料及铝板
图 1 以空气为冷却介质的顺流冷却高中压缸的快冷装置
该装置主要由一台油水分离空气过滤器, 两台 120 kW 立式电加热器, 集气联箱 和安装在汽轮 机 附近的分气箱以及管路、阀门、流量计、温度表、压力
表、安全阀、控制装置等组成, 可供两台 600 MW 机 组公用。压缩空气由厂用空压机站来气, 最大流量 为 60 m3/ h, 工作压力为 0. 8 MP a, 由电动隔离阀控 制进入汽轮机冷却的空气量, 经过空气过滤器后进 入电加热器进行加热, 加热后的压缩空气, 进入压缩 空气集气联箱, 分别送入两台汽轮机组。每台机组 各有分气箱, 通过该分气箱分配空气至汽轮机的高、
快速冷却的条件和要求见表 1。投入汽轮机快 冷后, 刚开始送气应尽量采用小温差、小流量方式, 然后逐步加大流量。冷却过程中严格控制汽缸进气
温度与通风量; 原则上每调整 1 次稳定 30 min, 等 到各种参数不变或变化不大时进行下一次调正。当
高、中压缸进气导流管壁温度在 100 e 左右、高压缸 第 1 级金属温度降 200 e 以下时可增大通风量, 改 电加热器串联运行为并联运行。当高压缸第 1 级金 属壁温度、中压缸 1 号静叶持环温度达到 150 e 以 下且无明显回升后可以结束强制通风冷却, 关闭进 气阀门再继续盘车 30 min, 各点温度如无回升则可 停盘车, 完成冷却过程进入后续的检修阶段。整个 强制通风冷却过程要监视机组的绝对膨胀量、胀差、 转子偏心、轴向位移等[ 1] 。
第 31 卷第 4 期 2010 年 8 月
能源技术 ENERGY TECH NOLOGY
Vol. 31 No. 4 Aug. 2010
成果与经验
汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题
沈洵 ( 国核电力规划设计研究院, 北京 100094)
摘 要: 根据生产实践, 讨论了汽轮机停机快速冷却技术应用中的几个问题, 包括快冷方式的