汽轮机快冷技术方案对比

摘 要：汽轮机作为火力发电的核心设备，其工作的可靠性和稳定性应该得到足够重视，汽轮机停机快速冷却技术一直是汽轮机研究领域的重点，本文首先分析了汽轮机冷却需要控制的技术指标以及注意事项，其次对比了两类相似快冷技术的工作原理以及优缺点，为实际快冷工作提供理论性参考材料。

关键词：汽轮机;控制指标;技术对比

1引言

随着中国城市化进程的不断推进，普通居民对于用电量的需求也越来越大，虽然现在在大力发展绿色能源代替不可再生能源，但是受到区域环境和安全性的限制，风力发电、核能发电等形式只能供给少数地区的居民用电，火力发电依旧是中国供电的最主要形式，为了提升煤炭的能源转换率，现在的火力发电厂会采用功率范围在600-1000MW的汽轮器，汽轮机输出的机械功增加，相应地内能也会增加，如何停机快速冷却汽轮机缩短检修时间是一个重要研究课题，大功率汽轮机为了提升设备的热容量会采用保温材料处理，如果采用自然冷却的方式大约需要5-6天的时间才能够停盘车揭缸，而采用快冷技术可以将时间缩短1-2天，所以快冷技术对于汽轮机设备的检修和保养具有极大地促进作用。

2汽轮机冷却参数控制指标

汽轮机的冷却过程本质上是冷却介质与设备进行热量交换的过程，虽然工作原理是较为简单的，但是需要控制的设备参数较多，其目的在于防止汽轮机的各个部件温度变化差异过大导致部件之间的连接位置损坏，需要控制的参数主要有上下缸、内外缸、左右法兰、法兰与螺栓之间的温差，高、中压缸金属温度，轴承的油温、振幅，冷却介质的流量、压力和温度等等，而且需要根据实际冷却工作要求适当增加控制参数。

2.1控制指标

胀差是指转子与气缸相对膨胀的差值，胀差的变化是影响汽轮机冷却的最重要因素，所以对于如何有效控制汽轮器冷却时各个参数的变化首要的是要实现对胀差的变化控制，为了使汽轮机不出现长时间的正胀差或负胀差，在冷却过程中需要控制金属平均冷却速率在15-20℃/h之间，在短时间内允许的最大冷却温度在30-45℃/h之间，除此之外还需要严格控制设备之间的最大温差，一般来讲设备之间的最大温差不得超过20℃。

现在大多数汽轮机冷却工作采用的冷却介质一般为蒸汽或者空气，对于采用蒸汽作为冷却介质，需要严格控制蒸汽的压力和温度，根据实际工作要求，要保证冷却用蒸汽温度和汽轮机温度差值在60-100℃之间，凝汽机真空压力初始值控制在35-45KPa之间，在使用过程中逐渐将压力提升至80-90KPa，汽轮机的平均冷却速率为20℃/h左右。对于采用空气作为冷却介质，需要严格控制空气的流量和温度，过快的空气流量会导致设备温度变化不均匀出现胀差，过慢的空气流量会导致冷却速率达不到要求，只有选择适宜的空气流量才能得到较为均匀的设备冷却曲线，空气的换热速率远小于蒸汽并且空气与金属之间的温差较大，所以在实际冷却工作过程中不会刻意去控制空气的温度，将空气流量作为主要监测目标，对于600MW以上的大型汽轮机空气流量需要控制在100-120m2/min，汽轮机冷却速率为12-15℃之间。

2.2注意事项

这里主要介绍蒸汽冷却和空气冷却过程中汽轮机设备需要注意的事项，对于蒸汽冷却过程，最重要的是防止冷却用蒸汽进入气缸内，所以在关闭各级抽汽隔绝门之后还需要手动检查保证关闭严密，其次在冷却工作中需要保持联箱疏水系统有一定开度，在冷却完成之后再关闭系统。在进行蒸汽冷却时要逐步降低蒸汽温度，温度调节范围在20-25℃。对于空气冷却过程首先需要对连通其他系统的压缩空气结构进行隔离处理，并且将汽缸疏水系统存在的残留物排放干净，对于进入汽轮机内部的冷却空气要进行净化处理保证不含有灰尘和油质，在空气冷却过程中要时刻检查进气口和出气口，在初始冷却过程中进气口开度不宜过大，等待进气管道温度下降时再加大进气口开度，出气口的U形管内容易产生积水阻碍空气的快速流动，所以需要U形管管壁时刻保持干燥。采用两种冷却介质均需要注意冷却过程的均匀性，维持关联结构的温差在可控范围内。

3具体快冷技术对比

快冷技术可以有多种分类方式，但是最为主流的分类方法有两种：按冷却介质分类和按冷却方向分类，冷却介质分类主要有蒸汽冷却和空气冷却这两种，现在还有采用极低比热容介质冷却的方式，但是成本过高没有得到广泛应用。冷却方向分类主要有顺流冷却和逆流冷却这两种，本节主要对比了采用蒸汽冷却的两种技术和采用空气冷却的两种技术，分析它们的工作原理和优缺点。

3.1锅炉余汽冷却法和邻机抽汽冷却法对比

锅炉余汽冷却法[1]的工作原理是在汽轮机停机后，借助锅炉余热产生的低温度蒸汽即锅炉余汽按照主蒸汽管道进入汽轮机的各个部分，利用余汽带走汽轮机产生的热量，主要工作过程如下：降低汽轮机转速，使锅炉余汽通过主汽阀和调速汽阀进入汽轮机，余汽从汽缸夹层加热联箱到汽缸夹层最终到达凝汽器，随着锅炉产生余汽量的减少需要逐渐加大主匣阀的旁路阀开度，之后再开启主匣阀。采用锅炉余汽冷却法的优点在于冷却效果好并且初始冷却速度快，不需要额外增加任何辅助设备，对金属表面没有热冲击。缺点在于无法很好地控制设备之间的温差，锅炉余热产生的蒸汽量无法得到很好地保证。

邻机抽汽冷却法[2]的工作原理和锅炉余汽冷却法相似，但是蒸汽的来源是法兰调温装置的备用汽源，主要工作过程如下：备用蒸汽进入调温联箱既可以按照正常的蒸汽流向进入汽轮机的各个部分，也可以分流进入高、中压缸。采用这种冷却方法的优点在于可以有效解决无法很好地控制设备温差的问题，并且冷却汽源得到可靠供给。缺点在于在使用备用蒸汽时需要联箱疏水管道保持一定开度，可能会导致疏水进入汽缸，其次需要人工监控和操作各种阀门浪费人力。

3.2压缩空气冷却法和真空抽吸空气冷却法对比

压缩空气冷却法[3]的工作过程有两种第一种是压缩空气按照顺流流向依次通过高、中、低压汽缸最终进入真空凝汽器;第二种是两路同时进行冷却，一路空气逆流流向高压汽缸，经过调节汽门、主汽门最终由排汽门排出;另一路顺流流向中、低压汽缸依旧是进入凝汽器。采用这种方法的优点在于可以通过空气冷却调节设备精确控制空气的温度和流量，采用第一种工作过程压缩空气首先接触高压汽缸，吸收了足够的热量再进入中、低压汽缸减少了对汽缸的热冲击。缺点在于额外铺设压缩空气管道和相关设备，增加了运行成本，并且需要对系统进行一定的隔离处理防止冷汽倒流。

真空抽吸空气冷却法[4]的工作原理是借助抽气机抽吸空气在汽缸内部流动强制各个部件冷却的过程，主要工作过程如下：抽气机安装在过热器集箱上部，冷却空气经过主汽阀和调速汽阀流向高压汽缸，中压汽缸的冷却空气由再热器集箱排汽管吸入，经过主汽阀和调节阀流向中压汽缸，之后再流向低压汽缸，最终进入真空凝汽器。采用这种方法的优点在于不需要增加过多的设备，操作过程简单，缺点在于冷却效果很大程度取决于抽气机的输出功率，在冷却过程末端效果较差，入口处的温度变化较大，使得金属产生较大的热应力。

参考文献：

[1]符东.浅谈火电厂490T/h锅炉连定排余汽回收装置的应用[J].石河子科技，2012（01）：43-44.

[2]夏静.600 MW超临界机组邻机加热启动技术[J].电力安全技术，2014，16（07）：15-16.

[3]胡克.某电厂压缩空气含水量高原因分析与对策[J].酒钢科技，2020（02）：35-38.

[4]郭鐘华，李小宁，香川利春.考虑热传递的真空容腔压力响应研究[J].真空科学与技术学报，2015，35（01）：74-78.

作者简介：

李正宽，男，河北万全，1990.03.19，本科，助理工程师，河北大唐国际张家口热电有限责任，集控运行。