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【摘要】电厂汽轮机停机后的快速冷却问题因其本身的重要性和带来的经济效益成为我国电力生产中亟待解决的课题。本文笔者根据自己的工作实践，探讨了发电厂汽轮机组快速冷却优化。
【关键词】发电厂;汽轮机组;快速冷却
随着电力工业的迅速发展，特别是近年来高参数大容量机组的不断投人运行。由于机组容量大、参数高、尺寸大，且普遍采用硅酸钙、硅酸铝等优质保温材料，由此带来了机组停机后，自然冷却速度减慢，延长了机组检修开缸时间等问题。下面笔者探讨了发电厂汽轮机组快速冷却优化。
一、发电厂汽轮机快速优化冷却系统的确定
采用压缩空气作为冷却介质的快速冷却法，是一种较为安全方便的冷却法，根据压缩空气进气点的不同，可分为以下三种方式：（1）压缩空气顺流冷却高压缸，中压缸;（2）压缩空气逆流冷却高压缸，顺流冷却中压缸;（3）压缩空气逆流冷却高压缸，中压缸。发电厂现在采用的第二个方案较多。这种方式较其他方式更安全、更可靠。实践证明，无论是滑参数停机还是额定参数停机，汽轮机的快冷过程中，关键是对高压缸的冷却。由于高压缸是双层缸，在相同的冷却条件下，缸的冷却时间是中压缸的两倍以上，只要高压达到150℃，中压缸及低压缸必定提前于中压缸。为了保证高中压缸温度的匹配，对高压缸重点冷却，热空气全部开出约30-40m3/ min。中压缸的热空气，则根据高压缸调节级处的温度适当调节阀门的开度，阀门开度基本上处于10-20%状态。
二、汽轮机快速冷却方案
方案设计本着系统简单、投资少、控制操作方便、调整灵活，既能达到快冷目的，又能保证设备安全的原则。并能有效解决快冷中威胁设备安全的两大难题。
1、冷却汽源的选择
以热空气为冷却介质时，在冷却过程中，最关键的步骤是控制好所需介质的流量和温度。因为当控制了冷却介质的流量和温度，即可控制对流换热的热量，从而得到预期的冷却曲线。又因为空气的换热系数小，则允许空气与流过的金属表面温差大。也就是说，对温差的控制指标要求不严。所以实际应用中对控制冷却速率，一般以控制介质流量为主，控制温度为次。下表列出了冷却介质为空气的流量控制值。
2、冷却系统改进及设计
快速冷却系统设计是根据机型的具体结构和热力系统而定，在顺流冷却方式中，通常冷却空气通过主蒸汽管道以及调节阀上的接口进入汽轮机，最后从高压缸或中压缸排汽管道或联通管上的接口排出以实现对汽轮机的快速冷却。汽缸法兰通过加热联箱接管，引入压缩空气，以对法兰及汽缸夹层进行冷却，法兰及夹层加热装置用气及通流用气可以通过总阀调节，亦可以通过分支管道上的阀门单独进行调节。
3、冷却过程随动控制部分的改造
快冷装置的温度控制采用DCS集散控制将#1， #2加热器的空气出口温度送入DCS系统中，同时DCS系统经运算后送出两路4～20mA信号，此信号经TC-2C同操器转换后为0～10V的电压信号，作为三相可控硅电压调整器的给定信号，三相可控硅电压触发器根据此控制信号的大小，输出不同电角度触发脉冲，去触发可控硅，改变了可控硅的导通角，从而改变了输出电压的大小，改变了电加热功率，达到了控温的目的。
三、汽轮机冷却系统实施的步骤
1、快冷系统投入的条件
①停机后电动盘车投入正常，保持4～5rpm的转速均匀盘车;②凝结水泵正常运行投入，低缸喷淋投入正常，有效的控制低压缸排汽缸温度;③主蒸汽系统、再热蒸汽系统压力降到0;④主、再热器管道，高、中压缸疏水及其他疏水放尽;⑤高压电动主汽门、自动主汽门，中压自动主汽门，高中压调门动作正常。
2、投入的准备和投入
①投入前分别设置好两台加热器升温、保温、降温的曲线。设定的原则是：上升后的最高温度比高压缸上壁温度低100～150℃，降温速率为10～15℃/h。
②投入自动升温，待升至设定温度时，关闭集气箱空气门，开启集气箱三路出气门进行暖管。暖管结束后逐渐关闭高排逆止门，开启进气总门向高中缸送气。
③在冷却过程中根据差胀，汽缸温差调节开启法兰联箱进气门。随着温度的下降逐渐将快冷装置出气门置于全开位置，使进气量达到最大值。
④投用快冷向高中压缸送气应缓慢，并注意盘车是否脱扣。在冷却的全过程中高中压缸壁温任一侧点温度下降速率不许超过30℃/h，否则停止快冷。
⑤下列参数应符合运行规程要求，否则应停止快冷：大轴挠度;高压内缸内外壁上下温差;高压外缸内外壁上下温差;中压缸内外壁上下温差;高压内缸法兰缸内外壁温差;高压外缸法兰缸内外壁温差;高压缸法兰左右温差; 高压内缸外壁与高压外缸内壁温差;高、中、低缸胀差。
⑥投入初期若需温度较高，加热器升温慢时可关小快冷出气门以减小流量，提高温度。
结语
冷却空气流量及入口温度决定着机组的冷却速度。在限定空气和金属温差不大于200度的情况下，通过仿真计算发现，为使空气入口温度与缸壁温度同步降低，600MW机组冷却空气的速率为8度/小时，200MW机组冷却空气降温速率应为12度/小时。所得到的空气降温规律可供实际冷却时控制空气温度使用。由于轴向导热的影响，机组高温端在自然冷却初期具有较高的降温速率。同样的空气和金属温差限定下，逆流冷却要比顺流冷却快;在汽轮机停机初期的15～20小时，轴向温度迅速分布均匀，表现为调节级和中压第一级处的降温率较自然冷却速率平均快3～4倍，这样在停机后根据机组的运行情况先自然冷却4～6小时，有助于降低功率，降低成本。
采用压缩空气对汽轮机进行快速冷却时，空气和金属的温差应根据所允许的热应力进行合理的选择，由于这种冷却方式避免了对轴封弹性槽的冷冲击，一般及时降低空气温度，使温差保持最大允许的应力水平求得最快的冷却速率。
在实际生产过程中，应从以下几个方面着手降低汽缸温差：
①强对汽缸壁的保温，尤其是下缸。这样，可降低启动过程中汽缸内外壁的温差。同时，还要加强对抽汽管道以及螺栓，阀门的保温，防止这些部件对汽缸产生肋片散热效应。
②在启动过程初期，要及时疏水，保证蒸汽对上下缸一样的放热条件。这样，可简单，有效地降低上下缸温差。
在启动过程中，要注意控制蒸汽的升温，升压速率，除了过程中要有停顿外，还要注意蒸汽参数不要产生大的阶跃。这样，可降低汽缸内外壁的温差。
【关键词】发电厂;汽轮机组;快速冷却
随着电力工业的迅速发展，特别是近年来高参数大容量机组的不断投人运行。由于机组容量大、参数高、尺寸大，且普遍采用硅酸钙、硅酸铝等优质保温材料，由此带来了机组停机后，自然冷却速度减慢，延长了机组检修开缸时间等问题。下面笔者探讨了发电厂汽轮机组快速冷却优化。
一、发电厂汽轮机快速优化冷却系统的确定
采用压缩空气作为冷却介质的快速冷却法，是一种较为安全方便的冷却法，根据压缩空气进气点的不同，可分为以下三种方式：（1）压缩空气顺流冷却高压缸，中压缸;（2）压缩空气逆流冷却高压缸，顺流冷却中压缸;（3）压缩空气逆流冷却高压缸，中压缸。发电厂现在采用的第二个方案较多。这种方式较其他方式更安全、更可靠。实践证明，无论是滑参数停机还是额定参数停机，汽轮机的快冷过程中，关键是对高压缸的冷却。由于高压缸是双层缸，在相同的冷却条件下，缸的冷却时间是中压缸的两倍以上，只要高压达到150℃，中压缸及低压缸必定提前于中压缸。为了保证高中压缸温度的匹配，对高压缸重点冷却，热空气全部开出约30-40m3/ min。中压缸的热空气，则根据高压缸调节级处的温度适当调节阀门的开度，阀门开度基本上处于10-20%状态。
二、汽轮机快速冷却方案
方案设计本着系统简单、投资少、控制操作方便、调整灵活，既能达到快冷目的，又能保证设备安全的原则。并能有效解决快冷中威胁设备安全的两大难题。
1、冷却汽源的选择
以热空气为冷却介质时，在冷却过程中，最关键的步骤是控制好所需介质的流量和温度。因为当控制了冷却介质的流量和温度，即可控制对流换热的热量，从而得到预期的冷却曲线。又因为空气的换热系数小，则允许空气与流过的金属表面温差大。也就是说，对温差的控制指标要求不严。所以实际应用中对控制冷却速率，一般以控制介质流量为主，控制温度为次。下表列出了冷却介质为空气的流量控制值。
2、冷却系统改进及设计
快速冷却系统设计是根据机型的具体结构和热力系统而定，在顺流冷却方式中，通常冷却空气通过主蒸汽管道以及调节阀上的接口进入汽轮机，最后从高压缸或中压缸排汽管道或联通管上的接口排出以实现对汽轮机的快速冷却。汽缸法兰通过加热联箱接管，引入压缩空气，以对法兰及汽缸夹层进行冷却，法兰及夹层加热装置用气及通流用气可以通过总阀调节，亦可以通过分支管道上的阀门单独进行调节。
3、冷却过程随动控制部分的改造
快冷装置的温度控制采用DCS集散控制将#1， #2加热器的空气出口温度送入DCS系统中，同时DCS系统经运算后送出两路4～20mA信号，此信号经TC-2C同操器转换后为0～10V的电压信号，作为三相可控硅电压调整器的给定信号，三相可控硅电压触发器根据此控制信号的大小，输出不同电角度触发脉冲，去触发可控硅，改变了可控硅的导通角，从而改变了输出电压的大小，改变了电加热功率，达到了控温的目的。
三、汽轮机冷却系统实施的步骤
1、快冷系统投入的条件
①停机后电动盘车投入正常，保持4～5rpm的转速均匀盘车;②凝结水泵正常运行投入，低缸喷淋投入正常，有效的控制低压缸排汽缸温度;③主蒸汽系统、再热蒸汽系统压力降到0;④主、再热器管道，高、中压缸疏水及其他疏水放尽;⑤高压电动主汽门、自动主汽门，中压自动主汽门，高中压调门动作正常。
2、投入的准备和投入
①投入前分别设置好两台加热器升温、保温、降温的曲线。设定的原则是：上升后的最高温度比高压缸上壁温度低100～150℃，降温速率为10～15℃/h。
②投入自动升温，待升至设定温度时，关闭集气箱空气门，开启集气箱三路出气门进行暖管。暖管结束后逐渐关闭高排逆止门，开启进气总门向高中缸送气。
③在冷却过程中根据差胀，汽缸温差调节开启法兰联箱进气门。随着温度的下降逐渐将快冷装置出气门置于全开位置，使进气量达到最大值。
④投用快冷向高中压缸送气应缓慢，并注意盘车是否脱扣。在冷却的全过程中高中压缸壁温任一侧点温度下降速率不许超过30℃/h，否则停止快冷。
⑤下列参数应符合运行规程要求，否则应停止快冷：大轴挠度;高压内缸内外壁上下温差;高压外缸内外壁上下温差;中压缸内外壁上下温差;高压内缸法兰缸内外壁温差;高压外缸法兰缸内外壁温差;高压缸法兰左右温差; 高压内缸外壁与高压外缸内壁温差;高、中、低缸胀差。
⑥投入初期若需温度较高，加热器升温慢时可关小快冷出气门以减小流量，提高温度。
结语
冷却空气流量及入口温度决定着机组的冷却速度。在限定空气和金属温差不大于200度的情况下，通过仿真计算发现，为使空气入口温度与缸壁温度同步降低，600MW机组冷却空气的速率为8度/小时，200MW机组冷却空气降温速率应为12度/小时。所得到的空气降温规律可供实际冷却时控制空气温度使用。由于轴向导热的影响，机组高温端在自然冷却初期具有较高的降温速率。同样的空气和金属温差限定下，逆流冷却要比顺流冷却快;在汽轮机停机初期的15～20小时，轴向温度迅速分布均匀，表现为调节级和中压第一级处的降温率较自然冷却速率平均快3～4倍，这样在停机后根据机组的运行情况先自然冷却4～6小时，有助于降低功率，降低成本。
采用压缩空气对汽轮机进行快速冷却时，空气和金属的温差应根据所允许的热应力进行合理的选择，由于这种冷却方式避免了对轴封弹性槽的冷冲击，一般及时降低空气温度，使温差保持最大允许的应力水平求得最快的冷却速率。
在实际生产过程中，应从以下几个方面着手降低汽缸温差：
①强对汽缸壁的保温，尤其是下缸。这样，可降低启动过程中汽缸内外壁的温差。同时，还要加强对抽汽管道以及螺栓，阀门的保温，防止这些部件对汽缸产生肋片散热效应。
②在启动过程初期，要及时疏水，保证蒸汽对上下缸一样的放热条件。这样，可简单，有效地降低上下缸温差。
在启动过程中，要注意控制蒸汽的升温，升压速率，除了过程中要有停顿外，还要注意蒸汽参数不要产生大的阶跃。这样，可降低汽缸内外壁的温差。