汽轮机余热快冷技术在张家口电厂的应用.pdf
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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 131 汽轮机余热快冷技术在张家口电厂的应用 徐东升 徐东海 张秀源 陈 军 赵世杰 李建东 (大唐国际张家口发电厂 河北 张家口 075131) 【摘 要】汽轮机余热快冷技术在张家口发电厂 1、8 号机成功应用,大大缩短了机组待工时间,为机组缩短 检修工期尽快恢复运行争取了时间。汽轮机余热快冷技术的应用前景广泛,其实用价值值得推广。 【关键词】汽轮机 快冷 温差 缸温下降速率 1 绪论 现代高参数、大容量汽轮机组为减少散热损失,外缸均装有良好的保温材料,提高了大容量汽 轮机组的效率,这样势必造成机组停机过程自然冷却速度缓
2、慢,待工检修时间较长。运行规程规定: 连续盘车至高压内缸上半内壁温度降至 150时,可停止盘车运行,8 小时后可停止润滑油泵,内缸 壁温度降至 120时,才允许拆保温进行机组检修工作。当机组事故停机时,高压内缸上半内壁温 度在 430450,自然冷却到 150需 210h230h。如果采用滑参数停机时,高压内缸上半内壁温 度最低可降到 280,自然冷却到 150仍需约 100h,而且滑参数停机,锅炉需要大量助燃油,增 加电厂的燃油消耗量。为了加快汽轮机停机后的冷却速度,尽量缩短停机后的冷却时间,利用锅炉 余热加热空气的方式对汽轮机高中压缸进行冷却,可明显减少停机冷却时间,对机组计划大小修、 事
3、故状态下的抢修产生了很大的经济效益。通过张家口电厂 1、8 号机对汽轮机冷却过程中冷却效果 和汽缸应力变化的监视发现,在汽轮机停机后高温阶段,打开锅炉对空排气,经炉膛余温加热空气, 通过汽轮机高、中压主汽门调速汽门,利用低压缸产生的真空,形成空气与汽缸的对流换热,保持 空气与汽缸内壁一定的温差,通过空气流量与流速的适宜控制,对汽轮机进行快冷,高温阶段汽缸 的温降率达到 36/h,低温阶段达到 24/h,况且热空气对汽缸的热冲击和应力所产生的破坏 性极小,因此采用锅炉余热加热空气降低汽缸温度是十分安全、高效、可靠的。 2 汽轮机余热快冷技术的工作原理 汽轮机余热快冷技术的原理是利用锅炉对空排气门
4、来空气作为工作介质,经炉膛余温加热后, 空气温度接近汽轮机内缸壁温,通过高、中压主汽门及调节汽门送入汽轮机各冷却部位,依靠锅炉 对空排气门开度、调速汽门开度和低压缸真空的控制,随时调节空气的温度、流量和流速,再配合 汽轮机应力监视手段,在规定范围内按比例降低汽缸温度,达到快速冷却的目的。 汽轮机快速冷却的主要对象是汽轮机的高、中压汽缸及转子,空气冷却方式为顺流。顺流空气 冷却自高温区(调节级)引入,由于空气和汽缸温差小且采用全周进汽,对转子、汽缸冷却比较均 匀,通过进汽区金属温度监视测点来监视和控制冷却速率。经理论论证和实践证明认为锅炉对空排 气门来空气已在炉膛过、再热蒸汽管道、阀门及导汽管中
5、吸热,温度已升高接近缸壁温(见图示) , 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 132 同时冷却空气的流量及对流换热速度均可控制,对汽缸、转子的热冲击风险很小,使汽轮机冷却速 率自始至终控制于最佳值附近并较为均匀一致。从转子材料屈服强度,考虑转子受力情况,均可按 照无寿命损耗准则方法执行,此种冷却方式完全可以达到快速冷却效果。 3 汽轮机余热快冷技术实施过程及注意事项 3.1 汽轮机余热快冷应具备的条件: 1)汽轮机停止运行,高、中压内缸上、下壁温均小于 300,盘车连续投入正常。 2)确认锅炉带压放水完成,打开过、再热器对空排汽门,检查汽轮机所有缸体疏水均在
6、关闭位 置。 3)真空破坏门在开启位置情况下,开启一台射水泵,维持低压缸负压在-15kPa 以下,打开电 动主汽门前后疏水、再热热段疏水、高中压导汽管、阀体疏水、高排逆止门前疏水门,对管道内积 水进行充分疏放后关闭。 3.2 汽轮机余热快冷步骤: 1)真空破坏门在开启位置情况下,开启一台射水泵,维持低压缸负压在-15kPa 左右。 2)启动抗燃油泵,联系热控人员强制机组挂闸条件,手动打开高中压主汽门,手动方式部分开 启高中压调门,打开高压缸通风阀,对高、中压内缸通风冷却。 3)开调门幅度以内缸温降率不大于 3/h 为基准,高压调门略开 10%,中压调门要求热工手动 略开 10%,观察温降速率。
7、 4)观察汽轮机缸体所有金属壁温度下降速度不大于 3/h,如下降速度过快,应通过调节高中 压调门开度和高压缸通风阀开度或调整真空破坏门来控制低压缸负压来控制温降速度。 5)在执行上述措施过程中,加强对机组汽缸温度监视,严格控制缸体、法兰金属温度下降速度 不大于 3/h。降温期间注意监视、控制汽轮机高压内缸上、下壁温差在30范围内,高压外缸 及中压缸上、下壁温差在40范围内,汽缸各法兰温差在40范围内, 汽缸各法兰左右温差在 10;高、中缸胀差不小于2.0mm,保证缸体、法兰各部分金属温差不超过规程规定值,如发现 控制缸体、法兰各部分金属快速下降无法控制时,立即停止射水泵运行,并关闭措施中所要求
8、开启 的阀门。 6)高压内缸上壁温降至小于 200时,打开夹层进汽联箱进汽手动总门,通过加层联箱对高压 外刚进行冷却。操作方法为:运行人员打开夹层联箱疏水总门,略开夹层联箱左右进汽手动门,放 尽余水后全部关闭。由检修人员将夹层联箱进汽手动总门门盖拆除并加临时滤网,部分开启夹层联 箱左右进汽手动门,对内外缸夹层进行通风冷却。 7)当高压缸进汽区金属壁温、中压进汽区金属温度达到 150且无明显回升时,可以停止快冷, 但必须仍然保持连续盘车 2 小时以上汽缸温度无回升,再停止盘车运行。 3.3 汽轮机余热快冷注意事项: 1)保证机组连续盘车投入,密切监视盘车电流及转子晃动度,认真记录停机记录。 2)
9、缸温下降过程中,严密监视调节级温降速度,要注意控制汽缸、法兰各点间温差不超过规程 规定值,否则应降低降温速度。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 133 3)在汽缸冷却过程中不得随意操作缸体疏水门。 4)汽轮机缸体所有金属壁温度下降速度不大于 6/h。 5)如果发生其它异常情况,应立即停止快冷,汽轮机打闸,停运射水泵,恢复快冷措施。 4 张家口电厂 1 号机组余热快速冷却过程及效果 张家口电厂 1 号机组为东方汽轮机责任有限公司生产的 N300-16.7/537/537-1(分缸)型凝汽 式汽轮机,机组利用此次大修进行汽轮机通流部分改造,更换高压缸转子、高
10、压内缸,中压转子、 低压转子返厂加工,工期紧任务重。同时张电 1 号机承担张家口地区 220KV 重要电源点,电网公司 对工期要求十分严格。2010 年 3 月 17 日 20 时 13 分,接电网公司调度令机组开始滑停,机组停运 后高压内缸 303/307,高压外缸 312/305,中压缸 326/297,若采用自然冷却降温至 150需 要将近 120h。为了能够停运盘车及润滑油系统运行,汽轮机尽快拆保温揭缸,高中低压转子尽快到 达东汽,决定采用汽轮机余热快冷技术对汽轮机进行强行快冷降温。快冷系统见图一所示。 汽轮机余热快冷系统图 高压缸 中压缸低压缸 凝汽器 至 再 热 疏 汽 主蒸汽来
11、高压缸通风阀 N N NN N N 夹层联箱 再热蒸汽来 真 空 破 坏 门 图一 1 号机汽缸快冷系统图 张家口电厂 1 号机快冷过程:3 月 18 日 12:00 汽包压力 0.8MPA,锅炉带压放水。19:15 为缸体 快冷做措施:启 2 号射水泵,打开电动主闸门前后疏水、高排逆止门前疏水门,再热热段疏水、高 中压导气管、阀体疏水。19:50 关机侧所有疏水。20 时 30 分打开过、再热器对空排汽门,打开高 压缸通风阀,启动高压调速油泵汽轮机挂闸,开高、中压主汽门,略开高压调门,热控强制开中压调 门 10%,快冷汽缸。高压内缸上下内壁金属温度为 287/289,高压外缸上下金属温度 2
12、66/271, 中压缸上、下金属温度为 271/226,过热主汽门前温度为 256,再热主汽门前温度为 281,高 压缸及中压缸金属温度变化曲线见图二所示。 由于第二次使用此快冷技术仍缺乏实际经验,故在快冷参数选择上较为保守,高温阶段高压调 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 134 门开度较小只开 10%,第一个 24 小时,高压缸上内壁温度下降 53,中压缸上金属温度下降 79。 后逐步开大高压调门至 100%, 同时开启两台射水泵提高凝汽器真空以增大空气流速, 3 月 21 日 9:20 高压外缸上半内壁金属温度 160,高压内缸上半内壁金属温度 15
13、0,中压缸上、下金属温度 110 /89,停止快冷,停止盘车运行检修工作开工。本次快冷汽轮机缸温平均温降率 3/h,共用时 60 小时,较自然冷却的总时间缩短了将近 60 小时,大大缩短检修周期。 1 号机快冷过程中,高压缸膨胀 19.7mm、胀差 0.897mm 同步向负向变化,随着缸温的下降,曲 线为平滑下降曲线,快冷结束时高压缸膨胀 10.3mm、胀差 0.15mm,变化曲线见图五所示。 第一次使用此快冷技术为张家口电厂 8 号机组,该机组为东方汽轮机责任有限公司生产的 N300-16.7/537/537-3(合缸)型凝汽式汽轮机,机组利用此次小修进行汽轮机高中压缸胀差矫正, 缸温需降至
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