汽轮机汽缸快速冷却优化方案.pdf

第 2 8 卷 第 3 期 2 0 0 6年 3月 水利电力机械 WA I ER C 0 NS E R V AN C Y & E I C T RI C P O R MAC HI N E R Y V 0 1 2 8 No 3 Ma r 2 0 0 6 汽轮机 汽缸快速冷却优化方案 Hi g h s p e e d c o o l i n g o p t i mi z a t i o n p l a n o f s t e a m t u r b i n e c y l i n d e r 张新春 ( 华电国际邹县发电厂四期工程管理处， 山东 邹城2 7 3 5 2 2 ) 摘要： 阐述 了对汽轮机汽缸进行加速冷却的优化方案， 提出了 在该方案的实施过程中需要注意的事项。综 合利用滑参数停机、 锅炉预热冷却、 通入高温压缩空气冷却及倒吸真空冷却的方案， 既可以达到节能目的， 又 能达到快速冷却汽缸的目的。 关键词 ： 汽轮机 ； 汽缸 ； 冷却 ； 温度 中图分类号： T K 4 7 4 7 4 ： T K 2 6 4 2 2 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 6 6 4 4 6 ( 2 0 0 6 0 3 0 0 2 1 0 2 0 引言 在电力生产任务繁重， 全国大部分地区仍然缺 电的情况下， 尽量减少高参数、 大容量火力发电机组 的停机检修时间， 无论对电厂本身， 还是对电力用 户， 都具有较大的经济效益和社会效益。然而由于 受汽缸冷却速度的影响， 汽轮机本体部分需要等待 较长的时间才具备检修条件。据统计， 国产 3 0 0 M W 机组从打闸到缸温冷却再到检修允许温度的过程需 要 7 d的时间， 而进 口6 0 0 MW 机组也需要 5 d时间。 为缩短检修工期， 目 前， 各大电厂大多采用滑参数停 机辅助投运汽缸快速冷却装置的方式来加速汽缸的 冷却速度。滑参数停机控制主蒸汽和再热蒸汽温度 的难度较高 ， 汽温波动大 ， 易造成 汽机进水事故 ， 并 且在滑参数停机过程中， 需要大量投油， 却只能使汽 缸温度降到3 0 o 左右， 从满负荷温度降到 3 0 0 c【 = 左 右所需要的时间只占整个 自然冷却时间的一小部 分， 故采用滑参数停机仍然不能解决停机后长时间 等待冷却的问题。而利用汽缸快速冷却装置， 向汽 缸内通人冷空气来加速汽缸冷却速度的方法， 对冷 空气的温度控制， 汽缸温降速度有严格的要求， 如果 操作不当， 会对汽轮机寿命造成不 良影响。本文通 过对汽缸快速冷却方案的优化， 提出了综合利用滑 参数停机、 锅炉预热冷却、 通人高温压缩空气冷却及 倒吸真空冷却的方案， 既可以充分利用锅炉余热， 达 到节能目的， 又能达到快速冷却汽缸的目的。 1 汽缸缸温冷却速度设计 现代大容量机组汽轮机的汽缸大多采用合金钢 铸造加工而成， 对汽缸金属温度的升降速度有严格 的要求。国内曾经发生过由于汽缸缸温冷却速度控 制不当而造成汽缸产生裂纹的事故， 故一般要求汽 缸金属温度升降速度要控制在每小时 1 0 1 5 cc以 内。利用 自 然冷却的方式， 汽缸金属温降速度一般 在每小时3 5 ， 而如果采用 t J I 冷源的方式， 则会 大大提高金属温降速度， 但将影响汽缸的使用寿命。 2 汽缸快速冷却优化方案 该方案共分 3 个步骤进行汽缸冷却。 2 1 利用锅炉余热冷却汽缸 在汽轮机停机时， 利用锅炉蓄热量产生的蒸汽 继续冷却汽轮机。蒸汽经电动主汽门、 调门进入高 压缸， 冷却高压缸汽缸及通流部分， 高压缸排汽经再 热器后进人中压缸， 冷却中压缸汽缸及通流部分， 中 压缸的排汽进入低压缸， 然后排人凝汽器。冷却过 程 中， 投入法兰及夹层冷却， 维持真空及轴封供汽， 收稿 日期 ： 2 0 0 51 21 3 作者简介： 张新春( 1 9 7 2 一) ， 男 ， 【 【 l 东济宁人， 华电国际邹县发电厂四期： 程管理处汽轮机专业主任， 工程师， 从事汽轮机检修方面的工作。 维普资讯 2 2 水利电力机械 2 0 0 6年 3月 要求冷却蒸汽必须有 3 0 5 0 的过热度， 汽轮机的 转速维持在 3 0 0 5 0 0 r m in的水平。在使用本单元 机组锅炉供汽进行汽缸冷却时， 需要利用相邻机组 的抽汽来加热本机锅炉， 为保证锅炉安全， 各水冷壁 管应加热均匀， 因此， 水冷壁下联箱各级间都要通 汽， 并且希望各段获汽量基本相同。若供汽量不够， 产生的蒸汽不足以维持需要的蒸汽参数， 需要投入 一 部分油。由于本方法的锅炉内没有烟气加热过热 器， 高压缸的冷却蒸汽主要靠吸收主汽管蓄热产生 一 定的过热度， 故冷却过程中必须防止冷汽进入汽 缸。如果蒸汽带水时将发生相交换热， 局部温降速 度过大， 甚至产生较大的热应力， 引起高压缸部分 的 阀门及汽缸冷却不均， 严重时发生动静摩擦事故。 对于中压缸的冷却， 因蒸汽通过高压缸和再热器， 并 吸收冷、 热段再热蒸汽管的蓄热， 蒸汽过热度已足 够， 但因流量受高压缸控制温降速度的要求， 冷却速 度较慢， 快速冷却结束时缸温一般高于高压缸。此 方法在冷却过程中难以实现按期望温降速度均匀降 温 ， 并且风险较大。 同时， 也可以利用相邻机组的低压抽汽经法兰、 汽缸和加热联箱等向汽缸供汽冷却。 在停机后， 从相邻机组的主蒸汽及厂用汽分别引 出一路汽源到本机的混温联箱， 然后供到高、 中压缸 法兰螺栓加热联箱和内外缸问夹层汽加热联箱中， 向 法兰螺栓及汽缸夹层供汽， 冷却转子及汽缸。供入冷 却法兰螺栓的蒸汽， 仍按原系统排入集汽箱后进入凝 汽器。进入高压夹层的蒸汽， 一路由高压缸排汽逆止 阀前的疏水管经扩容器后排入凝汽器； 另一路从高压 内缸后部反流人内缸， 逆流向调节阀， 经导汽管上的 疏水管进入扩容器后排入凝汽器。中压缸的冷却流 程与高压缸类同， 只是其中一路经中低压连通管进入 低压缸后排入凝汽器。冷却过程中， 机组处于盘车状 态， 并维持凝汽器真空和轴封供汽。采用此种冷却方 式时， 除要有稳定可靠的低温汽源外， 对进入汽缸的 蒸汽温度的控制要求也十分严格， 否则， 会在调节进 入混温联箱的各路蒸汽时， 产生较大汽温偏差。另 外， 因汽缸内的流量小于内外缸夹层的流量， 同样会 使内缸内外壁出现较大温差， 还有内缸和转子冷却慢 于外缸， 也会使其差胀变大。 2 2 通入高温压缩空气进行汽缸冷却 通人压缩空气冷却是正压冷却， 汽缸呈微正压 ， 可以顺流也可以逆流。顺流冷却时， 一部分压缩空 气经主汽门或调门后疏水管进入高压缸， 由排汽逆 止门前疏水管排人大气； 另一部分压缩空气由导汽 管上疏水管送入中压缸， 经中低压连通管排人大气。 同时， 压缩空气供到法兰螺栓加热联箱和汽缸夹层 加热联箱， 利用原有汽加热系统向夹层和法兰螺栓 送入冷却空气， 法兰螺栓冷却空气在集汽联箱疏汽 阀前放人大气。逆流冷却时， 一部分压缩空气从高 排逆止门前的疏水管送入高压缸； 另一部分压缩空 气从末级抽汽管处或经低压缸送入中压缸， 然后分 别经高、 中压缸导汽管的疏水管排出。在整个冷却 过程中， 应保持连续盘车和轴承油压正常。压缩空 气冷却是正压冷却， 故没有轴封供汽问题， 冷空气不 会从轴封处进入汽缸。另外， 压缩空气冷却时， 为易 于控制冷却过程， 减小换热温差， 系统均有空气预热 装置， 对压缩空气预先加热后送入汽轮机进行汽缸 冷却。由于压缩空气中带有水分和油， 为防止带水 产生骤冷和污染， 必须进行油水分离。 2 3 抽真空吸入环境空气冷却汽缸 利用机组抽气装置建立真空， 从预定位置吸入 环境空气冷却汽轮机。空气从锅炉过热器和再热器 出口联箱上的防腐阀吸入， 分别经过主汽管及再热 蒸汽管热段进入高、 中压缸。进入中压缸的空气经 低压缸后再进入凝汽器， 进入高压缸的空气则经排 汽逆止门前的疏水管经疏水扩容器后进入凝汽器。 夹层及法兰冷却空气由各自加热联箱上的安全阀吸 入， 最后排入凝汽器。高、 中压缸均为顺流冷却。转 子由盘车装置转动。这种冷却方式对汽轮机而言， 因环境空气在主汽管和再热器热段管路长时问加 热， 进入主汽门、 调门及汽缸时空气温度已较高， 对 汽轮机是安全的， 且系统在正常启停机时情况相同， 运行人员可以按习惯的操作方法控制汽缸温降速度 和各处的温差及差胀。但采用这种方法时， 锅炉冷 空气入 V I 位置应重点监视， 冷空气的吸入位置是危 险部位， 故应装温度测点监控温降速度。另外 ， 在利 用原配套的抽气器进行抽真空吸入环境空气加速冷 却时， 汽缸已处于较低阶段冷却， 原抽气器的流量不 够， 吸入空气量不能够满足冷却速度要求。在冷却 阶段 ， 如果轴封不供汽， 则在轴封处有冷空气吸入， 并直接进入内缸， 使轴封段受到剧冷而产生过大的 热应力 ， 影响机组的寿命； 如果继续轴封供汽， 则影 响冷却效果。而在高温阶段冷却时， 为控制冷却速 度， 轴封供汽量少， 由邻机供来的蒸汽经过较长的管 道 输送 ， 进入汽缸时因散热就已经( 下转第2 5 页) 维普资讯 第2 8 卷第3 期 郑宏胜， 等： 浅析人字闸门运行中主要故障分析 2 5 关门后闸墙上楔铁及闸门上 的支垫之间的间隙， 加 剧了门底枢的水平向承载力。因此， 可以说闸门底 枢的磨损与闸门止水之间是恶性循环， 相互影响并 扩大。左侧闸门的正常运行， 正说明了这点。 综上所述， 人字闸门底枢轴头与轴衬之间能否 相互摩擦， 决定着闸门底枢的受力及磨损。 4 人字门底枢磨损的后果 右侧人字门在门转动面上因承受着水平推力， 门底枢的上门座与轴头间相互磨损， 即偏磨。门底 枢的上门座中心 向内偏移 ， 门枢轴头与底座间隙变 小， 门底端点下垂， 门头止水设施与门坎相互刮擦， 门头止水螺帽大多被刮平， 止水橡皮磨损严重， 门 底、 门侧漏水并引起闸门振动， 导致右侧上拉杆经常 松动。为此需要经常更换门下止水橡皮， 船闸运行 1 d 更换橡皮 4 5 次， 一般每隔 3 5 年就要更换止 水压板， 伴随着水位的涨落， 闸门振动无常， 每隔 2 个星期就要调节一次右侧上拉杆。运行中电机电流 加大， 电机发热， 传动机械伞形齿轮磨损严重， 一般 开始运行 7 8 年更换一个， 到了 2 0 世纪 9 O 年代， 每 2年就更换一个。 左侧闸门运行平稳， 底枢间隙正常， 止水、 上拉 杆等设施运行完好。 5 人字门维修措施及运行结果 枢轴头、 轴头铜套 、 门底座铜衬。在安装之前， 将铜 套与轴头、 铜套与混凝土底座、 轴头与门底座铜衬 3 者之间先用粗砂研磨膏研磨， 再用细砂研磨膏研磨， 使它们配合既紧密， 相互间又能转动灵活。又要相 应更换 闸门上的支垫 、 闸墙上 的楔铁 ， 并按原设计要 求对其厚度、 间隙进行了校核。同时， 还要更换闸门 上的底止水 、 侧止水橡皮及压板， 并清理门库中的 垃圾。 人字门自1 9 9 6 年底大修之后， 1 0 年来闸门运行 平稳， 止水设施完好， 水下检测门底枢间隙正常。 6 人字门安装及运行的建议 人字闸门底枢在安装前， 要先将轴头、 轴衬放进 门枢混凝土底座， 并施加一定的力使之转动后， 才能 算安装成功。另外， 闸墙上楔铁及闸门上的支垫要 尽量选用耐磨 、 耐压材料 ， 并在运行 中注意观测 ， 一 旦闸墙上楔铁及闸门上的支垫间隙加大， 要立即更 换新的楔铁 、 支垫。 遇有闸门止水设施损坏， 引起闸门漏水 ， 要及时 修复， 并寻找原因。如果是上述原因， 要及时更换或 维修， 只有这样， 才能保证人字闸门长期安全运行。 建议在对新的闸门底枢设计时， 为减小门底枢 与轴头间的磨损， 在轴头上顶枢增加高压油路， 便于 定期加油， 使人字闸门底枢与轴头能在油脂润滑下 运行 ， 从而减少底枢与轴头的磨损 。 人字门维修主要是更换左右两侧闸门的门下底 ( 编辑： 刘芳) ，(， (， (，(， ， 0， (，(，(，(，(，(，(，(，(，)(，(，(，)0 )(， ， ，)(_、_ 、( ( 上接第2 2页) 接近或达到饱和温度， 如发现带水， 将严重威胁机组安全。 3 注意事项 发挥汽缸快速冷却优化方案效果， 需要在方案 的实施上严格进行控制 。 ( 1 ) 严格控制各阶段的投入时间， 在通过滑停机 方式将汽缸温度尽可能地降到 3 0 0 oC 以下， 继续利用 锅炉余汽来冷却汽缸， 保持余汽具有一定的过热度。 通入高温压缩空气冷却汽缸时， 保持正常盘车， 并且 保证盘车装置运转可靠， 汽缸各金属温度测点完好， 转子弯曲测点完好 ， 汽缸差胀 、 轴 向位移和转子偏心 等在正常范围以内， 通入的压缩空气无油、 水及其他 杂质， 并保证一定的流量和压力。为防止汽缸急速降 温， 高、 中压汽缸壁温与空气温度的温差控制在 5 o 以内， 且汽缸温降速度控制在每小时 1 0 1 5 C 。 ( 2 ) 做好防止汽轮机进水的措施， 确认汽缸及管 道疏水全打开， 防止疏水倒人汽缸。凝汽器水侧保 持一定水位， 防止热空气进入后影响铜管， 使其管口 松弛 ( 3 ) 快速冷却系统的使用情况应结合对汽轮机 本体寿命损耗评估来进行。针对汽缸快速冷却对汽 轮机转子寿命的影响， 应进行专门的寿命评估， 保证 在正常使用寿命内， 不会因实施投运快速冷却方案 而降低其寿命。 4 结束