600MW汽轮机快冷装置研究(国际 王滩)

600MW机组汽轮机快冷装置研究

张金生、柴泽民、金久杰

（河北大唐国际王滩发电股份有限公司，河北 唐山 063611）

摘要：随着电力工业的飞速发展，大型机组数量增长加快，在实践中缩短检修工期、提高机组在役时间显得更为重要。目前，各电厂主要采用利用加热器将空气加热后送入汽缸以达到冷却汽轮机的目的，但大多就地操作，无保护功能，操作繁琐且对快冷装置和汽轮机安全均有一定的威胁。本文通过浅析王滩发电公司汽轮机快冷装置的设计、安装、调试及应用过程，阐述了我厂快冷装置区别于以往快冷装置的特点及优越性。

关键词：快冷装置；保护；汽缸；温降

600MW steam turbine unit fast-cooling device

Zhang Jinsheng Chai Zemin Jin Jiujie

(Wangtan Power Generation Co. Ltd of Datang International, Tangshan Hebei 063611,China) Summary: Along with swift development of electric power industry, the quantity of large-scale power set speeds up. Thus to reduce the overhaul time and enhance the unit service time becomes much more important in reality. At present, various power plants mainly use the heater to heat the air before sending into the cylinder to cool the steam turbine, but most operations are tedious, with non-protection function, and have certain threat to the quick freezing installment and the safe of steam turbine. The paper analyses the design, the installment, the debugging and the application process of steam turbine’s quick freezing installment in Wang Tan Power Generation Company, and elaborates the characteristics and superiority of our quick freezing installments distinguished with the former quick freezing installments. Key words: quick freezing installments, protection, cylinder, cool 引言：

目前，600MW机组在电网中逐渐成为发电骨干。由于机组容量大，缩短检修时间对于提高发电量，增加经济效益有着重要意义。按每台机组每年缩短检修工期4天计算，两台机组共缩短8天，可以多发电上亿度；可增加收入数千万元。出于缩短检修工期的需要，快冷装置得到了越来越受到广泛的应用。然而如何选择适合自身汽轮机特点的快冷装置，安全方便的应用成为一个首要问题。现在国内快冷装置大多采用就地控制及监护运行的方式，不仅给使用人员造成极大负担，也经常发生快冷装置损坏，甚至威胁到汽轮机的安全。我厂结合主机系统结构，与厂家共同设计方案，使得快冷装置能在控制室远方、就地双重操作，即方便快捷，又有完备的保护功能。 快冷装置工作原理：

由空压站来压缩空气，进入液气分离器，净化后的干燥洁净空气进入加热罐升温，达到与汽缸匹配的温度。在主汽轮机停机冷却过程中，通过将热空气引入汽轮机汽缸中，快速均匀冷却汽轮机部件，达到缩短汽轮机冷却时间的目的。 系统结构介绍：

我厂机组为亚临界、一次中间再热、三缸、四排汽（双分流低压缸）单轴凝汽式600MW汽轮机，

机组型号N600-16.7/538/538-1型。高中压积木块为日本东芝公司成熟的设计技术，低压积木块采用哈汽成熟的600MW汽轮机积木块。汽轮机采用三高四低一除氧方式。抽汽及高压缸疏水均进入疏水扩容器。

快冷方案选择：

1、 快冷装置工艺及控制要求

为了达到快冷装置能方便安全高效的使用，快冷装置研制之初，我们向厂家提出了如下技术要求 1） 快冷装置应为集装式，具有长期连续在线运行功能。能够使汽缸各部件温度每小时降低4-10℃，

出口压缩空气流量为80m3/min，保证出口压缩空气温度为350℃。并留有25%的流量和温度裕度，气流速度不能过大，气流速度的设计应考虑防止冲动汽轮机。

2） 快冷装置应设计有安全、可靠、设计合理的加热装置，并配置有计算机监测系统，该装置应满足按

4-12℃/h的降温速率的无级调温功能，且能够记录全过程温度曲线。

3） 快冷装置应设有就地和远方设定上限温度、下限温度及降温速率的控制功能。即：当远方控制时，

该装置能够接受远方DCS的信号，满足运行人员远方设定出口温度的上、下限及降温速率，冷却过程可以根据汽缸的其他参数运行人员可以远方随时修改降温速率，而该装置根据所设的温度上下限及随时修改的降温率，无级调整出口温度。

4） 当就地控制时该装置能够接受运行人员就地设定出口温度的上、下限及降温速率，冷却过程可以根

据汽缸的其他参数运行人员可以就地随时修改降温速率，而该装置根据所设的温度上下限及随时修改的降温率，无级调整出口温度。

5） 快冷装置应具有加热装置与入口电动门保护连锁功能，即当加热装置故障或失电时能够快速关闭入

口门，以防止冷空气进入汽缸中。

6） 快冷装置应具有高温报警、低温报警、加热器故障等的功能。 2、 控制逻辑

为了达到上述设计目标，我厂快冷装置采用如下控制逻辑（如图1）

图1

3、 快冷系统布置：

快冷集装装置采用布置方式（如图2），结合我厂实际，厂内快冷系统采用方式（如图3）

线

图2 图3 4、 快冷装置加热器功率计算

根据汽轮机停机冷却操作规程，在汽轮机停机采用快冷装置进行冷却的起始阶段，采用小流量，高温空气进入汽轮机，一般在起始阶段采用10~12m3/min、300~350 ℃左右的干燥洁净的热空气进入汽轮机，并保持与汽缸内壁一定的温差，然后逐步加大流量，根据机组胀差决定是否投入夹层进气，并调整进气量大小，以控制胀差大小。当高、中压缸进气导流管壁温在100℃左右，高压缸第一级金属壁与中压缸进口叶片环金属温度降至200℃以下时可增大通风量。

在调整过程中，应严格控制进气温度与高压缸第一级金属壁的温度差。一般在高压缸第一级金属壁温度〉300℃时，进气温度与高压缸第一级金属壁的温度差控制在50℃以内；高压缸第一级金属壁温度200~300℃时，进气温度与高压缸第一级金属壁的温度差控制在80℃以内；高压缸第一级金属壁温度150~200℃时，进气温度与高压缸第一级金属壁的温度差控制在100℃以内。 1、加热功率的计算公式如下： P=

60*Q*Cp*ρ*∆T

860

式中符号，含义如下：

P：功率；kW Q：流量；m3/min

Cp：介质比热；kcal/kg℃ ρ：密度；kg/m △T：介质温升；℃

2、有关加热功率计算的参考算据

3

2.1各种气体和蒸汽的比热Cal/（g℃） Kcal/（kg℃） 见表1

2.2各种物质的密度（kg/cm3） 见表2

3、加热功率的计算

3.1加热器加热温度300~350℃左右时，空气流 量10~15m/min，加热器功率为：

3

P=

60⨯10⨯0.24⨯1.29⨯350

860

=75.6kW

3.2加热器加热温度120~150℃左右时，空气流量60~80m/min，加热器功率为：

3

P=

60⨯80⨯0.24⨯1.29⨯120

860

=207.4kW

根据理论计算，考虑一定的富裕量，我厂快冷装置决定采用两台180KW电加热器串联运行（但功率可调节，也可单台运行）

按以上总体要求及详细技术协议，厂家制作了快冷装置，08年1月份，在我厂进行调试试验 5、 快冷装置性能试验：

2007年12月31日10：07，快冷装置在我厂首次开始试验；在控制室设定温度高限300℃，低限220℃，变化率0℃/min。当时高缸最高温度283℃，中缸最高温度286℃，为慎重起见，选择进气联箱温度冷却空气为290℃。逐步开启各冷却分门直至全开。12：05，试验结束。

本次试验时间将近2小时，高缸缸温下降最大——进汽端外缸，9℃；中缸缸温下降最大——中部下缸，14℃。均在合理范围内。转子偏心、胀差基本无变化。（详见记录表）。

试验中，通过改变温度上下限、切断加热器电源等方式，验证快冷装置报警、保护功能非常可靠。 我厂快冷装置主控室操作画面

图4

6、 快冷装置应用

08年4月20日，为配合我厂＃2发电机大修，机组滑停后汽机采用快冷装置冷却。从4月20日4：00停机，10：30分开始投入快冷，经过48小时，高压缸第一级金属温度从280℃降到158℃，再热洼窝处内部金属温度从323降到200℃，达到停盘车条件。

图5

7、 我厂快冷装置及系统的优点及不足

区别于以往快冷装置，我厂快冷装置最重要的特点是，主控操作（就地也可以操作），简单方便，同时保护功能完善，既能保护快冷装置自身，又能保护汽轮机，基本上达到了最初的设计要求。

由于现代快冷装置为初次设计，厂家及我厂均无经验，因此现场应用中还存在一些问题。主要表现在如下几点：

1）快冷装置加热器出口处温度与冷却联箱处温度差别较大，快冷装置调节只能以加热器出口温度为标的进行调整。

2）虽然快冷装置联箱出口温度能按一定速率下降，但汽缸实际温度并不能按跟随下降，具体下降速率会根据本厂汽缸结构，系统进汽方式有很多不同。 总结：

通过大量的试验后，我厂在停机检修中先后几次投入了快冷装置，冷却效果达到了预期的要求。快冷装置应用对于检修时间的缩短，对于电厂发电量及经济效益的增加提供了可靠的保证，随着科技的发展技术也将越来越完善，希望我厂的快冷装置能给其他兄弟电厂设计快冷装置带来启发。

参考文献

〔1〕N600-16.7/538/538-1型汽轮机启动运行维护说明书75c.000.6sm；哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，2005 〔2〕N600-16.7/538/538-1型汽轮机主机部分说明书75c.000.1sm；哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，2005 〔3〕N600-16.7/538/538型汽轮机热力特性75c.000.1J(D);哈尔滨汽轮机有限责任公司，2005 〔4〕中国电力企业联合会刊发《论文集》中论文《西门子汽轮机快冷技术应用》，作者 顾海栋 〔5〕中国电力企业联合会刊发《论文集》中论文《浅谈机本体简易快速冷却》，作者 潘宇峰 吴建伟 〔6〕论文《汽轮机快冷技术及其应用》，作者 刑希东ISSN : 1671-086X(2007)04-0280-04

〔7〕热力发电THERMAL POWER GENERATION 2006年 第03期论文《汽轮机快冷系统的改进》，作者 黄建设，

收稿日期：2009-7－15 作者简介：

张金生（1980－），助理工程师，河北大唐国际王滩发电有限责任公司工程设备部 金久杰（1975－），工程师，河北大唐国际王滩发电有限责任公司工程设备部 柴泽民（1970－），工程师，河北大唐国际王滩发电有限责任公司工程设备部