隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高，電力事業(yè)也得到了迅速發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)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(zhǎng)。300MW、600MW已經(jīng)成為國(guó)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(dòng)、停機(jī)或者變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)，對(duì)汽輪機(jī)主要部件的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻蒸汽參數(shù)的選取、不同冷卻效果的測(cè)量與評(píng)定進(jìn)行分析。針對(duì)汽輪機(jī)自然停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況，對(duì)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(diǎn)，使用冷卻技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析及實(shí)施時(shí)相關(guān)的問(wèn)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(chēng)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(jì)。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(shí)，是采用溫度比較低的蒸汽(如高壓排氣、高壓抽汽或動(dòng)葉后蒸汽)來(lái)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。空氣冷卻主要用在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，利用加熱的壓縮空氣來(lái)冷卻汽輪機(jī)。這樣可以縮短汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻時(shí)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(dòng)部分(轉(zhuǎn)子)和固定部分(靜體或靜子)組成。轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括動(dòng)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(xiāo)系統(tǒng)以及有關(guān)緊固零件等[7]。汽輪機(jī)冷卻主要針對(duì)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(jí)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(kāi)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(pán)車(chē)的溫度是150℃，停止?jié)櫥�油的溫度�?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(zhǎng)。若實(shí)施快速冷卻，一般可縮短冷卻時(shí)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(lèi)。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(diǎn)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(shí)進(jìn)行，一路空氣從高壓缸排汽口引入，沿高壓缸各級(jí)逆流而上，經(jīng)調(diào)節(jié)汽門(mén)、主汽門(mén)和主蒸汽管道上的疏水門(mén)或排大氣門(mén)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(diǎn)：當(dāng)壓縮機(jī)容量足夠和裝設(shè)了空氣加熱器，可通過(guò)簡(jiǎn)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(guò)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(shí)間亦寬裕，則各項(xiàng)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(jiǎn)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(shí)具有便于控制冷卻速率、做到全程均勻冷卻等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)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(cè)和控制指標(biāo)
　　(一)主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)
　　汽輪機(jī)冷卻過(guò)程的控制需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)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(dòng)，盤(pán)車(chē)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(cè)。
　　(二)控制指標(biāo)
　　當(dāng)冷卻介質(zhì)為空氣時(shí)，在冷卻過(guò)程中，最重要的步驟是控制好所需要的冷卻介質(zhì)流量，因?yàn)楫?dāng)控制了冷卻介質(zhì)的流量和溫度，即可控制冷卻的對(duì)流換熱量，從而得到預(yù)期的冷卻曲線(xiàn)，又因?yàn)榭諝獾膿Q熱系數(shù)小，則允許空氣與流過(guò)的金俑表面溫差大，即對(duì)該溫差的控制指標(biāo)要求不嚴(yán)，所以實(shí)際應(yīng)用中對(duì)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(duì)于任何一個(gè)電廠來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)效益是最重要的，對(duì)于一個(gè)火電廠來(lái)說(shuō)，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(tái)300MW機(jī)組為例來(lái)進(jìn)行闡述。
　　如果一臺(tái)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(shí)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(shí);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(shí)，這樣從中就可以節(jié)約了82個(gè)小時(shí)。對(duì)于一個(gè)300MW的機(jī)組，以它不是滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行為例來(lái)進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)這臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷為21萬(wàn)千瓦，那么在節(jié)省的這些時(shí)間內(nèi)可以多發(fā)電1029萬(wàn)千瓦，以KW.h為0.28元/h計(jì)算，則可以每次創(chuàng)收482.16萬(wàn)元，而對(duì)于一個(gè)電廠來(lái)說(shuō)不可能只有一臺(tái)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(lái)說(shuō)，它就有兩臺(tái)300MW的機(jī)組，一年下來(lái)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(wàn)元。因此采用了快冷裝置對(duì)于電廠提高效益是十分有利。
　　(四)注意事項(xiàng)及對(duì)策
　　(1)采用壓縮空氣強(qiáng)制通風(fēng)冷卻時(shí)，預(yù)先必須對(duì)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(mén)動(dòng)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(guò)程中冷汽倒入系統(tǒng)，對(duì)有關(guān)閥門(mén)需關(guān)閉嚴(yán)密;
　　(3)通風(fēng)冷卻開(kāi)始時(shí)，必須嚴(yán)格檢查各空氣進(jìn)口門(mén)是否開(kāi)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(kāi)大空氣進(jìn)氣門(mén);
　　(4)通風(fēng)冷卻進(jìn)行時(shí)，對(duì)進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部的空氣需經(jīng)過(guò)氣液分離等凈化(即干燥而不含油質(zhì)和灰塵);
　　(5)無(wú)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(guò)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(cè)、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(guò)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(diǎn)。

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