隨著我國經(jīng)濟(jì)實力的提高,電力事業(yè)也得到了迅速發(fā)展。近年來,我國的火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展更是蒸蒸日上,電網(wǎng)容量和單機(jī)容量迅速增長。300MW、600MW已經(jīng)成為國內(nèi)的主流機(jī)組。
摘 要:隨著蒸汽參數(shù)和機(jī)組容量的提高,在機(jī)組啟動、停機(jī)或者變負(fù)荷運(yùn)行時,蒸汽溫度較高并變化較大,為了提高機(jī)組啟、停、變負(fù)荷速度并保證汽輪機(jī)部件有足夠的強(qiáng)度和壽命,除了采用高溫強(qiáng)度好的鋼材之外,還應(yīng)采用蒸汽冷卻技術(shù)和停機(jī)快速冷卻技術(shù)。本文主要根據(jù)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能特點,對汽輪機(jī)主要部件的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計、冷卻蒸汽參數(shù)的選取、不同冷卻效果的測量與評定進(jìn)行分析。針對汽輪機(jī)自然停機(jī)時間過長的情況,對汽輪機(jī)快速停機(jī)冷卻技術(shù)進(jìn)行研究,分析不同冷卻技術(shù)的優(yōu)缺點,使用冷卻技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析及實施時相關(guān)的問題和解決方案,從而提高汽輪機(jī)組的運(yùn)行安全性和可用率。
關(guān)鍵詞:
工程師職稱論文,汽輪機(jī),冷卻技術(shù),快速冷卻
一、緒論
(一)課題背景及意義
機(jī)組容量的增大,也意味著主蒸汽溫度的升高和汽輪機(jī)保溫材料性能的提高,使機(jī)組的保溫性能得到很大改善。為了保證汽輪機(jī)組的部件有足夠的強(qiáng)度和壽命,除了采用高溫強(qiáng)度好的鋼材之外,還應(yīng)采用冷卻技術(shù)和冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計。冷卻技術(shù)主要采用蒸汽冷卻和空氣冷卻。蒸汽冷卻主要用在汽輪機(jī)運(yùn)行時,是采用溫度比較低的蒸汽(如高壓排氣、高壓抽汽或動葉后蒸汽)來冷卻汽輪機(jī)高溫部件,以降低汽輪機(jī)高溫部件的工作溫度?諝饫鋮s主要用在汽輪機(jī)停機(jī)時,利用加熱的壓縮空氣來冷卻汽輪機(jī)。這樣可以縮短汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻時間,從而縮短檢修工期,提高機(jī)組的投運(yùn)率。
(二)設(shè)備結(jié)構(gòu)及冷卻情況介紹
汽輪機(jī)本體是汽輪機(jī)設(shè)備的主要組成部分,它由轉(zhuǎn)動部分(轉(zhuǎn)子)和固定部分(靜體或靜子)組成。轉(zhuǎn)動部分包括動葉柵、葉輪(或轉(zhuǎn)鼓)、主軸和聯(lián)軸器及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件;固定部件包括汽缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套(或靜葉持環(huán))、汽封、軸承、軸承座、機(jī)座、滑銷系統(tǒng)以及有關(guān)緊固零件等[7]。汽輪機(jī)冷卻主要針對的是汽輪機(jī)的高溫部件和缸體,即汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、內(nèi)外缸夾層、蒸汽室和調(diào)節(jié)級的冷卻。
1.汽輪機(jī)停機(jī)快速冷卻技術(shù)
大型汽輪機(jī)停機(jī)后可以展開檢修工作,必須使機(jī)組各部分冷卻到一定的水平:可以停盤車的溫度是150℃,停止?jié)櫥偷臏囟仁?20℃,揭缸溫度是80℃以下。若按自然冷卻,300MW機(jī)組一般需要8-9天或更長。若實施快速冷卻,一般可縮短冷卻時間5-6天或更多。目前采用的加速冷卻方式,根據(jù)工質(zhì)可分為低溫蒸汽冷卻和空氣冷卻兩類。根據(jù)冷卻空氣與與通流部分蒸汽流向的異同,又可分為逆流冷卻和順流冷卻。俄羅斯普遍采用的是蒸汽冷卻方式,而歐美則廣泛使用的是空氣冷卻方式。
2.冷卻方式
總體講冷卻方式有:(1)滑參數(shù)降負(fù)荷停機(jī)冷卻法 ;(2)鍋爐余熱或鄰機(jī)抽汽冷卻法;(3)壓縮空氣強(qiáng)制通風(fēng)冷卻法(這里重點介紹),以壓縮空氣為冷卻介質(zhì),流經(jīng)途徑可采用以下兩種方案。以順流流向進(jìn)行,空氣從主蒸汽管道引入,沿高、中、低壓缸進(jìn)入凝汽器;
以逆、順流流向同時進(jìn)行,一路空氣從高壓缸排汽口引入,沿高壓缸各級逆流而上,經(jīng)調(diào)節(jié)汽門、主汽門和主蒸汽管道上的疏水門或排大氣門排走;另一路空氣從再熱蒸汽管道引入,順流冷卻中、低壓缸,而后至凝汽器。
采用這一方法的優(yōu)點:當(dāng)壓縮機(jī)容量足夠和裝設(shè)了空氣加熱器,可通過簡單的空氣冷卻系統(tǒng)的設(shè)備調(diào)節(jié)冷卻空氣流量和溫度,便能較平穩(wěn)、安全和方便地控制各缸壁降溫速度,且進(jìn)入低溫階段后的冷卻速率也能得到保證。由于冷卻過程是在正壓狀態(tài),不須投軸封汽,且由于可控手段多,操作、調(diào)整時間亦寬裕,則各項控制指標(biāo)不那么容易超限。壓縮空氣冷卻法和抽真空吸空氣冷卻法較蒸汽冷卻法操作簡單,便于運(yùn)行人員掌握。壓縮空氣冷卻法避免了抽真空吸空氣冷卻法的軸封供汽參數(shù)偏低和蒸汽冷卻法的溫差、脹差不受控制及其冷卻后期冷卻速率受限制等一系列不足,同時具有便于控制冷卻速率、做到全程均勻冷卻等優(yōu)點。因此,壓縮空氣冷卻方式是大機(jī)組停機(jī)后強(qiáng)迫冷卻的較佳方案。在機(jī)組大小修前采用滑參數(shù)停機(jī),能有效、快捷地冷卻汽缸,這對縮短檢修工期、提高機(jī)組利用率具有顯著效果。
二、主要參數(shù)的監(jiān)測和控制指標(biāo)
(一)主要參數(shù)的監(jiān)測
汽輪機(jī)冷卻過程的控制需加強(qiáng)監(jiān)測如下主要參數(shù):高、中壓缸金屬溫度:上下缸溫差,內(nèi)外缸溫度。左右法蘭溫差,螺栓與法蘭溫差,汽缸與轉(zhuǎn)子脹差,軸系偏心度,推力瓦溫度,軸承油溫,軸承振動,盤車電流。冷卻介質(zhì)壓力、溫度和流量,以及根據(jù)具體情況增加有關(guān)參數(shù)的監(jiān)測。
(二)控制指標(biāo)
當(dāng)冷卻介質(zhì)為空氣時,在冷卻過程中,最重要的步驟是控制好所需要的冷卻介質(zhì)流量,因為當(dāng)控制了冷卻介質(zhì)的流量和溫度,即可控制冷卻的對流換熱量,從而得到預(yù)期的冷卻曲線,又因為空氣的換熱系數(shù)小,則允許空氣與流過的金俑表面溫差大,即對該溫差的控制指標(biāo)要求不嚴(yán),所以實際應(yīng)用中對控制冷卻速率,一般以控制冷卻介質(zhì)流量為主,溫度為次,表5-1列出了冷卻介質(zhì)為空氣的流量控制值。
表5-1 各種容量汽輪機(jī)快速冷卻的介質(zhì)(空氣)最佳流量
汽輪機(jī)容量 MW |
空氣流量 m3/min |
冷卻速率 ℃/h |
300 |
54 |
10~12 |
500 |
78 |
10~12 |
600 |
108 |
10~12 |
(三)采用快速冷卻裝置的經(jīng)濟(jì)性
對于任何一個電廠來說,經(jīng)濟(jì)效益是最重要的,對于一個火電廠來說,能夠多發(fā)電是最好的了,F(xiàn)在以神華神東電力有限責(zé)任公司新疆米東熱電廠一臺300MW機(jī)組為例來進(jìn)行闡述。
如果一臺機(jī)組突然出現(xiàn)故障或者要進(jìn)行維修,那么如何能讓機(jī)組在最短的時間內(nèi)能夠冷卻到所要求的溫度就非常的重要。如果采用正常的停機(jī)讓其自然冷卻,一般需要200小時;如果采用快速冷卻裝置,可以使高壓缸的內(nèi)壁溫度339℃下降到所要求的正常溫度150℃只需要118小時,這樣從中就可以節(jié)約了82個小時。對于一個300MW的機(jī)組,以它不是滿負(fù)荷運(yùn)行為例來進(jìn)行計算。假設(shè)這臺機(jī)組的負(fù)荷為21萬千瓦,那么在節(jié)省的這些時間內(nèi)可以多發(fā)電1029萬千瓦,以KW.h為0.28元/h計算,則可以每次創(chuàng)收482.16萬元,而對于一個電廠來說不可能只有一臺機(jī)組,就神華神東電力有限責(zé)任公司新疆米東熱電廠來說,它就有兩臺300MW的機(jī)組,一年下來在一般情況下快速冷卻裝置要運(yùn)行3次,這樣,采用快速冷卻裝置就可以比不采用快速冷卻裝置多獲利1446.48萬元。因此采用了快冷裝置對于電廠提高效益是十分有利。
(四)注意事項及對策
(1)采用壓縮空氣強(qiáng)制通風(fēng)冷卻時,預(yù)先必須對與機(jī)、爐其他用途連通的壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行可靠地隔離,運(yùn)行中注意控制,防止排汽安全門動作;
(2)采用壓縮或真空抽吸空氣通風(fēng)冷卻前,各有關(guān)管道、汽缸疏水務(wù)必排放干凈,為防止冷卻過程中冷汽倒入系統(tǒng),對有關(guān)閥門需關(guān)閉嚴(yán)密;
(3)通風(fēng)冷卻開始時,必須嚴(yán)格檢查各空氣進(jìn)口門是否開啟,排氣管出口U型管內(nèi)是否有積留的冷凝水造成水封阻塞空氣流通,并應(yīng)適當(dāng)調(diào)小空氣的進(jìn)入量,待進(jìn)氣管壁溫度有所下降后再開大空氣進(jìn)氣門;
(4)通風(fēng)冷卻進(jìn)行時,對進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部的空氣需經(jīng)過氣液分離等凈化(即干燥而不含油質(zhì)和灰塵);
(5)無論采用哪種冷卻方式,通入汽缸的冷卻介質(zhì)必須均勻地作用在轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子葉根槽和外缸上;
(6)通風(fēng)(通汽)冷卻過程中,要根據(jù)不同的機(jī)組及冷卻回路,嚴(yán)格控制及合理調(diào)整空氣(或蒸汽)參數(shù)(流量、溫度)以及加強(qiáng)主要參數(shù)的監(jiān)測、記錄、分析和進(jìn)行相應(yīng)操作調(diào)整等。
三、結(jié)論
空氣介質(zhì)的冷卻方式,因不存在相變傳熱,在冷卻過程的操作控制和安全性方面明顯優(yōu)于低溫蒸冷卻方式;在空氣作為介質(zhì)的冷卻方式中,壓縮空氣冷卻法雖然需要增加一定的系統(tǒng)設(shè)備投資,但避免了真空抽氣冷卻法的軸封供汽參數(shù)偏低和余汽冷卻法的溫差、脹差不易控制及其冷卻后期的冷卻速率受限制等一系列不足,并且有便于控制冷卻速率,可以做到全程均勻冷卻等優(yōu)點。
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