工程师职称论文汽轮机本体冷却系统技术

　　随着我国经济实力的提高，电力事业也得到了迅速发展。近年来，我国的火力发电机组的发展更是蒸蒸日上，电网容量和单机容量迅速增长。300MW、600MW已经成为国内的主流机组。
　　摘　要：随着蒸汽参数和机组容量的提高，在机组启动、停机或者变负荷运行时，蒸汽温度较高并变化较大，为了提高机组启、停、变负荷速度并保证汽轮机部件有足够的强度和寿命，除了采用高温强度好的钢材之外，还应采用蒸汽冷却技术和停机快速冷却技术。本文主要根据汽轮机的结构和性能特点，对汽轮机主要部件的冷却结构设计、冷却蒸汽参数的选取、不同冷却效果的测量与评定进行分析。针对汽轮机自然停机时间过长的情况，对汽轮机快速停机冷却技术进行研究，分析不同冷却技术的优缺点，使用冷却技术的经济性分析及实施时相关的问题和解决方案，从而提高汽轮机组的运行安全性和可用率。
　　关键词：工程师职称论文,汽轮机,冷却技术,快速冷却
　　一、绪论
　　(一)课题背景及意义
　　机组容量的增大，也意味着主蒸汽温度的升高和汽轮机保温材料性能的提高，使机组的保温性能得到很大改善。为了保证汽轮机组的部件有足够的强度和寿命，除了采用高温强度好的钢材之外，还应采用冷却技术和冷却结构设计。冷却技术主要采用蒸汽冷却和空气冷却。蒸汽冷却主要用在汽轮机运行时，是采用温度比较低的蒸汽(如高压排气、高压抽汽或动叶后蒸汽)来冷却汽轮机高温部件，以降低汽轮机高温部件的工作温度。空气冷却主要用在汽轮机停机时，利用加热的压缩空气来冷却汽轮机。这样可以缩短汽轮机停机后的冷却时间，从而缩短检修工期，提高机组的投运率。
　　(二)设备结构及冷却情况介绍
　　汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转动部分(转子)和固定部分(静体或静子)组成。转动部分包括动叶栅、叶轮(或转鼓)、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件;固定部件包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等[7]。汽轮机冷却主要针对的是汽轮机的高温部件和缸体，即汽轮机的转子、内外缸夹层、蒸汽室和调节级的冷却。
　　1.汽轮机停机快速冷却技术
　　大型汽轮机停机后可以展开检修工作，必须使机组各部分冷却到一定的水平：可以停盘车的温度是150℃，停止润滑油的温度是120℃，揭缸温度是80℃以下。若按自然冷却，300MW机组一般需要8-9天或更长。若实施快速冷却，一般可缩短冷却时间5-6天或更多。目前采用的加速冷却方式，根据工质可分为低温蒸汽冷却和空气冷却两类。根据冷却空气与与通流部分蒸汽流向的异同，又可分为逆流冷却和顺流冷却。俄罗斯普遍采用的是蒸汽冷却方式，而欧美则广泛使用的是空气冷却方式。
　　2.冷却方式
　　总体讲冷却方式有：(1)滑参数降负荷停机冷却法 ;(2)锅炉余热或邻机抽汽冷却法;(3)压缩空气强制通风冷却法(这里重点介绍)，以压缩空气为冷却介质，流经途径可采用以下两种方案。以顺流流向进行，空气从主蒸汽管道引入，沿高、中、低压缸进入凝汽器;
　　以逆、顺流流向同时进行，一路空气从高压缸排汽口引入，沿高压缸各级逆流而上，经调节汽门、主汽门和主蒸汽管道上的疏水门或排大气门排走;另一路空气从再热蒸汽管道引入，顺流冷却中、低压缸，而后至凝汽器。
　　采用这一方法的优点：当压缩机容量足够和装设了空气加热器，可通过简单的空气冷却系统的设备调节冷却空气流量和温度，便能较平稳、安全和方便地控制各缸壁降温速度，且进入低温阶段后的冷却速率也能得到保证。由于冷却过程是在正压状态，不须投轴封汽，且由于可控手段多，操作、调整时间亦宽裕，则各项控制指标不那么容易超限。压缩空气冷却法和抽真空吸空气冷却法较蒸汽冷却法操作简单，便于运行人员掌握。压缩空气冷却法避免了抽真空吸空气冷却法的轴封供汽参数偏低和蒸汽冷却法的温差、胀差不受控制及其冷却后期冷却速率受限制等一系列不足，同时具有便于控制冷却速率、做到全程均匀冷却等优点。因此，压缩空气冷却方式是大机组停机后强迫冷却的较佳方案。在机组大小修前采用滑参数停机，能有效、快捷地冷却汽缸，这对缩短检修工期、提高机组利用率具有显著效果。
　　二、主要参数的监测和控制指标
　　(一)主要参数的监测
　　汽轮机冷却过程的控制需加强监测如下主要参数：高、中压缸金属温度：上下缸温差，内外缸温度。左右法兰温差，螺栓与法兰温差，汽缸与转子胀差，轴系偏心度，推力瓦温度，轴承油温，轴承振动，盘车电流。冷却介质压力、温度和流量，以及根据具体情况增加有关参数的监测。
　　(二)控制指标
　　当冷却介质为空气时，在冷却过程中，最重要的步骤是控制好所需要的冷却介质流量，因为当控制了冷却介质的流量和温度，即可控制冷却的对流换热量，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俑表面温差大，即对该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，一般以控制冷却介质流量为主，温度为次，表5-1列出了冷却介质为空气的流量控制值。
　　表5-1 各种容量汽轮机快速冷却的介质(空气)最佳流量

汽轮机容量 MW	空气流量 m3/min	冷却速率 ℃/h
300	54	10～12
500	78	10～12
600	108	10～12

　　(三)采用快速冷却装置的经济性
　　对于任何一个电厂来说，经济效益是最重要的，对于一个火电厂来说，能够多发电是最好的了。现在以神华神东电力有限责任公司新疆米东热电厂一台300MW机组为例来进行阐述。
　　如果一台机组突然出现故障或者要进行维修，那么如何能让机组在最短的时间内能够冷却到所要求的温度就非常的重要。如果采用正常的停机让其自然冷却，一般需要200小时;如果采用快速冷却装置，可以使高压缸的内壁温度339℃下降到所要求的正常温度150℃只需要118小时，这样从中就可以节约了82个小时。对于一个300MW的机组，以它不是满负荷运行为例来进行计算。假设这台机组的负荷为21万千瓦，那么在节省的这些时间内可以多发电1029万千瓦，以KW.h为0.28元/h计算，则可以每次创收482.16万元，而对于一个电厂来说不可能只有一台机组，就神华神东电力有限责任公司新疆米东热电厂来说，它就有两台300MW的机组，一年下来在一般情况下快速冷却装置要运行3次，这样,采用快速冷却装置就可以比不采用快速冷却装置多获利1446.48万元。因此采用了快冷装置对于电厂提高效益是十分有利。
　　(四)注意事项及对策
　　(1)采用压缩空气强制通风冷却时，预先必须对与机、炉其他用途连通的压缩空气系统进行可靠地隔离，运行中注意控制，防止排汽安全门动作;
　　(2)采用压缩或真空抽吸空气通风冷却前，各有关管道、汽缸疏水务必排放干净，为防止冷却过程中冷汽倒入系统，对有关阀门需关闭严密;
　　(3)通风冷却开始时，必须严格检查各空气进口门是否开启，排气管出口U型管内是否有积留的冷凝水造成水封阻塞空气流通，并应适当调小空气的进入量，待进气管壁温度有所下降后再开大空气进气门;
　　(4)通风冷却进行时，对进入汽轮机内部的空气需经过气液分离等净化(即干燥而不含油质和灰尘);
　　(5)无论采用哪种冷却方式，通入汽缸的冷却介质必须均匀地作用在转子、转子叶根槽和外缸上;
　　(6)通风(通汽)冷却过程中，要根据不同的机组及冷却回路，严格控制及合理调整空气(或蒸汽)参数(流量、温度)以及加强主要参数的监测、记录、分析和进行相应操作调整等。
　　三、结论
　　空气介质的冷却方式，因不存在相变传热，在冷却过程的操作控制和安全性方面明显优于低温蒸冷却方式;在空气作为介质的冷却方式中，压缩空气冷却法虽然需要增加一定的系统设备投资，但避免了真空抽气冷却法的轴封供汽参数偏低和余汽冷却法的温差、胀差不易控制及其冷却后期的冷却速率受限制等一系列不足，并且有便于控制冷却速率，可以做到全程均匀冷却等优点。