CN103089346A - 汽轮机组强迫冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种汽轮机组强迫冷却系统，用作强迫冷却汽轮机组高压缸和中压缸内的高温部件；具体包括高压缸的第一蒸汽管道和去再热器蒸汽管道、中压缸的第二蒸汽管道、凝汽器上的真空泵、第一冷空气管道、第二冷空气管道、总换热空气排出管道、空气冷却器；第一蒸汽管道、去再热器蒸汽管道和第二蒸汽管道分别通过截止阀连接有换热空气排出管道；真空泵用作将冷空气吸入高压缸和中压缸内，并将换热空气吸出；第一冷空气管道和第二冷空气管道用作将冷空气分别吸入高压缸和中压缸内；总换热空气排出管道用作汇集各换热空气排出管道排出的换热空气，并经真空泵排出；空气冷却器用作降低总换热空气排出管道排出的换热空气温度。它的冷却效果好、安全可靠性高。

Description

汽轮机组强迫冷却系统

技术领域

本发明涉及汽轮机组的冷却系统，具体是一种汽轮机组强迫冷却系统。

背景技术

汽轮机组在运行过程中一旦出现故障，就需要停机并打开高、中压缸进行检修，但是，通常开缸要求的温度是，高、中压缸的第一级后温度低于150℃。由于汽轮机组在运行过程中，高、中压缸内的各部件均被加热至远大于150℃的高温，在这种状况下，若要达到开缸要求，那么需要汽轮机组的高、中压缸自然冷却约6～10天左右，这使得汽轮机组检修的开缸等待时间过长，严重影响汽轮机组的可用性，进而影响企业生产效益，增加企业生产成本。此外，随着出于提高汽轮机组运行热效率的考虑，近些年来，制造的汽轮机组在选择材料时，主要选用的是优质保温材料，这在很大程度上改善了汽轮机组的保温性能，提高了汽轮机组的运行热效率，但这种保温性能好的汽轮机组在停机检修时，开缸等待的时间更长。为了提高汽轮机组的可用性，并提高企业生产效益，降低企业生产成本，需要采用强迫冷却的冷却技术，缩短汽轮机组检修的开缸等待时间。

目前，用作汽轮机组强迫冷却的冷却技术主要有蒸汽冷却法、压缩空气冷却法和抽真空冷却法三种。

其中，蒸汽冷却法是依靠蒸汽所具有的较大比热容和放热系数，以低温低压的蒸汽可获得较高的冷却速度。但是，蒸汽在冷却过程中，因与汽轮机组高、中压缸内的高温部件换热，会产生凝结水，从而导致汽轮机组进水，为了避免凝结水的现象，要求冷却蒸汽始终具有合适的过热度，这一要求直接增大了蒸汽过热度的控制难度；而且，更为严重的是，采用蒸汽冷却，易使高、中压缸产生局部温降过快、热应力偏大的现象，从而影响汽轮机组的使用寿命，安全可靠性低；此外，蒸汽冷却法需要依靠蒸汽供应系统投入运行，这直接增加了汽轮机组的检修成本，不够实用。故此，该蒸汽冷却法在实际应用过程中相对较少用。

压缩空气冷却法是采用电厂压缩空气系统，将0.5～0.8MPa的空气经电加热器加热后引入汽轮机组内，顺流或逆流冷却高、中压缸通流；该压缩空气冷却法控制灵活、效果直接，应用较为普遍。但是，该压缩空气冷却法不仅需要设置专门的加热装置，而且在实际运行中，空气很难加热到设计温度，可靠性较差，甚至会影响汽轮机组的安全；此外，该压缩空气冷却法存在投入时消耗压缩空气量大、使用气量达到电厂压缩空气系统极限、中压缸后期冷却效果差、高压缸逆流时漏气等问题，进而影响冷却效果和邻机运行安全性。故此，该压缩空气冷却法的安全隐患大。

抽真空冷却法是利用汽轮机组的凝汽器真空泵或额外设置的真空泵，将外界冷空气吸入至汽轮机组的高、中压缸内，实现冷却通流。该抽真空冷却法若在高、中压缸内顺向流动冷却，会使高温进汽部分的温差大、热应力高，同时越往后空气冷却能力越差，冷却效果受影响；若在高、中压缸内逆向流动冷却的话，则高压缸存在高排逆止阀漏气的现象，将低压缸及流通管内的热量带入中压缸内通流，不仅冷却效果差，而且会增加冷却负荷，冷却负荷增加势必要求真空泵的容量增大，这是凝汽器的真空泵难以满足的，同时，逆向流动冷却要求所有抽气均需从高压缸和中压缸的第一级后才引出，这势必会要求排气口的口径增大；此外，在冷却过程中，存在须维持凝汽器的真空、汽轮机组的轴封蒸汽参数不易控制等问题。故此，该抽真空冷却法在实际应用过程中未得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述汽轮机组的检修现状及现有技术的不足，在不影响汽轮机组安全性的前提下，提供一种操作容易、实现双流（顺流和逆流）冷却、冷却效果理想、安全可靠、经济实用的汽轮机组强迫冷却系统。

本发明采用的技术方案是：一种汽轮机组强迫冷却系统，用作强迫冷却汽轮机组高压缸和中压缸内的高温部件；所述冷却系统包括：

高压缸的第一蒸汽管道和去再热器蒸汽管道，所述第一蒸汽管道通过截止阀连接有第二换热空气排出管道，所述去再热器蒸汽管道通过截止阀连接有第一换热空气排出管道；

中压缸的第二蒸汽管道，所述第二蒸汽管道通过截止阀连接第四换热空气排出管道，第四换热空气排出管道处在中压缸的前部，第五换热空气排出管道处在中压缸的后部；

凝汽器上的真空泵，所述真空泵用作将外界冷空气吸入至高压缸和中压缸内，并将高压缸和中压缸内的换热空气吸出，在真空泵上通过截止阀连接有总换热空气排出管道；

第一冷空气管道，所述第一冷空气管道通过截止阀连接在高压缸的通流中部，第一冷空气管道在凝汽器上的真空泵作用下，将外界冷空气吸入高压缸内，利用冷空气与高压缸内的高温部件换热；

第二冷空气管道，所述第二冷空气管道通过截止阀连接在中压缸的通流中部，第二冷空气管道在凝汽器上的真空泵作用下，将外界冷空气吸入中压缸内，利用冷空气与中压缸内的高温部件换热；

总换热空气排出管道，所述总换热空气排出管道连接第一换热空气排出管道、第二换热空气排出管道、第四换热空气排出管道和第五换热空气排出管道，用作将第一换热空气排出管道、第二换热空气排出管道、第四换热空气排出管道和第五换热空气排出管道排出的换热空气汇集排出；

空气冷却器，所述空气冷却器连接在总换热空气排出管道上，在空气冷却器上通过截止阀连接有冷却水管道，通过截止阀和疏水阀连接有冷凝水排出管道，空气冷却器通过冷却水与总换热空气排出管道排出的换热空气换热，降低换热空气温度。

所述高压缸和中压缸之间的事故排放阀管道上通过截止阀连接有第三换热空气排出管道，第三换热空气排出管道连接在总换热空气排出管道上。

所述截止阀是由串联在一起的电动截止阀和手动截止阀组成；所述高压缸和中压缸内，以及总换热空气排出管道上，分别设有热电偶；所述冷却系统还包括有PLC控制器，PLC控制器用作接收各个热电偶传来的温度数据，并调节、控制各个调节阀的开度和电动截止阀的开关。

所述PLC控制器与DCS监控系统连接。

所述总换热空气排出管道上的热电偶为两个，分别布置在空气冷却器前、后两端的总换热空气排出管道上。

所述第二换热空气排出管道和第四换热空气排出管道上分别设有气动调节阀。

所述第一冷空气管道和第二冷空气管道上分别设有空气滤网。

本发明的有益效果是：

1. 上述冷却系统基于抽真空冷却法，利用汽轮机组凝汽器上的真空泵实现冷空气吸入及换热空气的排出；冷空气从高压缸和中压缸的中部通流处分别吸入，使冷空气在高压缸和中压缸内实现双流（顺流和逆流）冷却，减小进汽部分高温部件与冷却空气间的温差，冷却效果理想，同时降低了高压缸和中压缸的热应力，确保不会影响汽轮机组的安全性，安全可靠；而且换热空气的排出采用双侧排气（高压缸的两侧和中压缸的两侧），这种排气方式不仅确保了换热空气逆向流动的流量足够，减小了排气口的口径，还能绕过无需冷却的低压通流，减少了冷却系统带走的热量，降低了凝汽器真空泵的负荷，使凝汽器的真空泵满足作业要求；

2. 上述冷却系统采用成熟的PLC控制器，能够有效实现自动化操作，操作容易、方便，使高压缸和中压缸的通流温度下降率稳定控制在4～5℃/h范围内，确保冷却效果，提高冷却效率（一台普通汽轮机组在冷却3～4天时，即能达到开缸要求），极大的缩短了开缸等待时间，进而提高了汽轮机组的检修效率及企业生产效益，降低了企业生产成本；采用的PLC控制器与DCS监控系统连接，可以对整个冷却过程实现实时、有效的监控，可控性强，自动化程度高；

3. 利用高压缸和中压缸之间的事故排放阀管道引出换热空气的排出管道，使最高温度部件可得到更好的冷却效果，有助于进一步提高冷却效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图中代号含义：1—去再热器蒸汽管道；2—空气滤网；3—第一蒸汽管道；4—真空泵；5—总换热空气排出管道；6—冷凝水排出管道；7—冷却水管道；8—第一冷空气管道；9—第二冷空气管道；10—第一换热空气排出管道；11—第二换热空气排出管道；12—第三换热空气排出管道；13—第四换热空气排出管道；14—第五换热空气排出管道；15—第二蒸汽管道；HP—高压缸；IP—中压缸；CE—凝汽器；TE、TE-108、TE-116—热电偶；C1—空气冷却器；MSV—主汽阀；CRV—中压联合汽阀；BDV—事故排放阀；A1、A2、A4、A5、A6、B1、B2、B4、C2、D1—电动截止阀；A1′、A2′、A4′、A5′、B1′、B2′、B4′、C2′、C3′、C4′、D2—手动截止阀；A3、B3—气动调节阀；C3、C4、—疏水阀。

具体实施方式

参见图1：本发明用作强迫冷却汽轮机组高压缸HP和中压缸IP内的高温部件。本发明具体包括高压缸HP的第一蒸汽管道3和去再热器蒸汽管道1、中压缸IP的第二蒸汽管道15、凝汽器CE上的真空泵4、第一冷空气管道8、第二冷空气管道9、总换热空气排出管道5、空气冷却器C1和PLC控制器。

其中，高压缸HP的第一蒸汽管道3连接在主汽阀MSV上，在第一蒸汽管道3上通过电动截止阀A2和手动截止阀A2′连接有第二换热空气排出管道11，在手动截止阀A2′下游的第二换热空气排出管道11上还连接有气动调节阀A3。高压缸HP的去再热器蒸汽管道1与再热器连接，在去再热器蒸汽管道1上通过手动截止阀A4′和电动截止阀A4连接有第一换热空气排出管道10。在高压缸HP内的调节级后设有热电偶TE-108。

中压缸IP的第二蒸汽管道15连接在中压联合汽阀CRV上，在中压缸IP内前部的第二蒸汽管道15上通过手动截止阀B2′和电动截止阀B2连接有第四换热空气排出管道13，在电动截止阀B2下游的第四换热空气排出管道13上还连接有气动调节阀B3。在中压缸IP内后部的第二蒸汽管道15上通过手动截止阀B4′和电动截止阀B4连接有第五换热空气排出管道14。在中压缸IP的进汽腔室设有热电偶TE-116。

在高压缸HP和中压缸IP汽封之间的事故排放阀BDV的管道上，通过手动截止阀A5′和电动截止阀A5连接有第三换热空气排出管道12。

凝汽器CE上的真空泵4通过电动截止阀D1与凝汽器CE连接，通过真空泵4将外界冷空气吸入至高压缸HP和中压缸IP内，利用冷空气冷却高压缸HP和中压缸IP内的高温部件。在真空泵4上通过手动截止阀D2和电动截止阀A6连接总换热空气排出管道5，真空泵4通过总换热空气排出管道5将高压缸HP和中压缸IP内的换热空气吸出。

第一冷空气管道8上设有空气滤网2。第一冷空气管道8通过电动截止阀A1和手动截止阀A1′连接在高压缸HP的通流中部（即一抽接口）。第一冷空气管道8在凝汽器CE上的真空泵4作用下，将外界冷空气吸入高压缸HP内，进入高压缸HP内的冷空气分成向前流动和向后流动的两股，与高压缸HP内的各个高温部件换热。

第二冷空气管道9上设有空气滤网2。第二冷空气管道9通过电动截止阀B1和手动截止阀B1′连接在中压缸IP的通流中部（即三抽接口）。第二冷空气管道9在凝汽器CE上的真空泵4作用下，将外界冷空气吸入中压缸IP内，进入中压缸IP内的冷空气分成向前流动和向后流动的两股，与中压缸IP内的各个高温部件换热。

总换热空气排出管道5依次连接第一换热空气排出管道10、第二换热空气排出管道11、第三换热空气排出管道12、第四换热空气排出管道13和第五换热空气排出管道14。在凝汽器CE上的真空泵4作用下，总换热空气排出管道5用作将第一换热空气排出管道10、第二换热空气排出管道11、第三换热空气排出管道12、第四换热空气排出管道13和第五换热空气排出管道14排出的换热空气汇集，并经真空泵4排出。

空气冷却器C1连接在第五换热空气排出管道14与真空泵4之间的总换热空气排出管道5上，空气冷却器C1前、后两端的总换热空气排出管道5上分别设有热电偶TE。在空气冷却器C1上通过电动截止阀C2和手动截止阀C2′连接有冷却水管道7；在空气冷却器C1上通过手动截止阀C3′和疏水阀C3连接有一路冷凝水排出管道6，通过手动截止阀C4′和疏水阀C4连接有另一路冷凝水排出管道6。空气冷却器C1通过冷却水管道7进来的冷却水与总换热空气排出管道5排出的换热空气进行换热，降低换热空气温度，使排至真空泵4的换热空气温度符合要求（要求进入真空泵4的换热空气温度≤70℃，通常为65℃）。

PLC控制器采用现有成熟的编程技术，PLC控制器用作接收高压缸HP和中压缸IP内的热电偶以及总换热空气排出管道5上的热电偶传来的温度数据，根据温度数据调节、控制各个调节阀的开度和电动截止阀的开关，达到对冷却介质的流量、流速等控制。为了便于实时监控本系统及保护被冷却汽轮机组，PLC控制器与DCS监控系统连接。

本发明的工作过程是：当汽轮机组停机后，应保证汽轮机组上的疏水阀、止回阀、事故排放阀BDV、主汽阀MSV、调节阀、中压联合汽阀CRV、凝汽器CE上的真空破坏阀全部关闭，并应保证第一换热空气排出管道10、第二换热空气排出管道11、第三换热空气排出管道12、第四换热空气排出管道13、第五换热空气排出管道14、第一冷空气管道8、第二冷空气管道9、冷却水管道7、冷凝水排出管道6、真空泵4入口上的各个手动截止阀开启；当高压缸HP的调节级后温度降至350℃时，启动本系统，开启第一冷空气管道8和第二冷空气管道9上的电动截止阀，并开启第一换热空气排出管道10、第二换热空气排出管道11、第三换热空气排出管道12、第四换热空气排出管道13、第五换热空气排出管道14、总换热空气排出管道5和冷却水管道7上的各个电动截止阀，及第二换热空气排出管道11和第四换热空气排出管道13上的气动调节阀；通过现场调整第二换热空气排出管道11和第四换热空气排出管道13上的气动调节阀，保证高压缸HP调节级后及中压缸IP进汽腔室的温降率不超过4.5℃/h，同时汽轮机组应保证《汽轮机启动及运行说明书》所规定的所有限制值不超标；当中压缸IP的进汽腔室温度降至145℃以下时，关闭第二冷空气管道9上的电动截止阀B1、第四换热空气排出管道13上的电动截止阀B2和气动调节阀B3，以及第五换热空气排出管道14上的电动截止阀B4，使中压缸IP隔离；当高压缸HP的调节级后温度降至145℃以下时，将凝汽器CE上的真空泵4停机，关闭第一冷空气管道8上的电动截止阀A1、第一换热空气排出管道10上的电动截止阀A4、第二换热空气排出管道11上的电动截止阀A2和气动调节阀A3，以及第三换热空气排出管道12上的电动截止阀A5，同时开启冷凝水排出管道6上的疏水阀C3、 C4，待疏水完毕后（约1小时后），关闭总换热空气排出管道5上的电动截止阀A6、以及第一换热空气排出管道10、第二换热空气排出管道11、第三换热空气排出管道12、第四换热空气排出管道13、第五换热空气排出管道14、第一冷空气管道8、第二冷空气管道9、冷却水管道7、冷凝水排出管道6、真空泵4入口上的各个手动截止阀，关闭本系统。当汽轮机组检修完后，准备运行时，应保证汽轮机组上的疏水阀、止回阀、事故排放阀BDV、主汽阀MSV、调节阀、中压联合汽阀CRV、凝汽器CE上的真空破坏阀全部开启，并应保证第一换热空气排出管道10、第二换热空气排出管道11、第三换热空气排出管道12、第四换热空气排出管道13、第五换热空气排出管道14、第一冷空气管道8、第二冷空气管道9、冷却水管道7、冷凝水排出管道6、总换热空气排出管道5上的各个阀门（包括手动截止阀、电动截止阀、疏水阀及气动调节阀）关闭。

Claims (7)

1. 一种汽轮机组强迫冷却系统，用作强迫冷却汽轮机组高压缸（HP）和中压缸（IP）内的高温部件；其特征在于，所述冷却系统包括：

高压缸（HP）的第一蒸汽管道（3）和去再热器蒸汽管道（1），所述第一蒸汽管道（3）通过截止阀连接有第二换热空气排出管道（11），所述去再热器蒸汽管道（1）通过截止阀连接有第一换热空气排出管道（10）；

中压缸（IP）的第二蒸汽管道（15），所述第二蒸汽管道（15）通过截止阀分别连接有第四换热空气排出管道（13）和第五换热空气排出管道（14），第四换热空气排出管道（13）处在中压缸（IP）的前部，第五换热空气排出管道（14）处在中压缸（IP）的后部；

凝汽器（CE）上的真空泵（4），所述真空泵（4）用作将外界冷空气吸入至高压缸（HP）和中压缸（IP）内，并将高压缸（HP）和中压缸（IP）内的换热空气吸出，在真空泵（4）上通过截止阀连接总换热空气排出管道（5）；

第一冷空气管道（8），所述第一冷空气管道（8）通过截止阀连接在高压缸（HP）的通流中部，第一冷空气管道（8）在凝汽器（CE）上的真空泵（4）作用下，将外界冷空气吸入高压缸（HP）内，利用冷空气与高压缸（HP）内的高温部件换热；

第二冷空气管道（9），所述第二冷空气管道（9）通过截止阀连接在中压缸（IP）的通流中部，第二冷空气管道（9）在凝汽器（CE）上的真空泵（4）作用下，将外界冷空气吸入中压缸（IP）内，利用冷空气与中压缸（IP）内的高温部件换热；

总换热空气排出管道（5），所述总换热空气排出管道（5）连接第一换热空气排出管道（10）、第二换热空气排出管道（11）、第四换热空气排出管道（13）和第五换热空气排出管道（14），用作将第一换热空气排出管道（10）、第二换热空气排出管道（11）、第四换热空气排出管道（13）和第五换热空气排出管道（14）排出的换热空气汇集排出；

空气冷却器（C1），所述空气冷却器（C1）连接在总换热空气排出管道（5）上，在空气冷却器（C1）上通过截止阀连接有冷却水管道（7），通过截止阀和疏水阀连接有冷凝水排出管道（6），空气冷却器（C1）通过冷却水与总换热空气排出管道（5）排出的换热空气换热，降低换热空气温度。

2.根据权利要求1所述汽轮机组强迫冷却系统，其特征在于，所述高压缸（HP）和中压缸（IP）之间的事故排放阀（BDV）管道上通过截止阀连接有第三换热空气排出管道（12），第三换热空气排出管道（12）连接在总换热空气排出管道（5）上。

3.根据权利要求1或2所述汽轮机组强迫冷却系统，其特征在于，所述截止阀是由串联在一起的电动截止阀和手动截止阀组成；所述高压缸（HP）和中压缸（IP）内，以及总换热空气排出管道（5）上，分别设有热电偶；所述冷却系统还包括有PLC控制器，PLC控制器用作接收各个热电偶传来的温度数据，并调节、控制各个调节阀的开度和电动截止阀的开关。

4.根据权利要求3所述汽轮机组强迫冷却系统，其特征在于，所述PLC控制器与DCS监控系统连接。

5.根据权利要求3所述汽轮机组强迫冷却系统，其特征在于，所述总换热空气排出管道（5）上的热电偶（TE）为两个，分别布置在空气冷却器（C1）前、后两端的总换热空气排出管道（5）上。

6.根据权利要求1所述汽轮机组强迫冷却系统，其特征在于，所述第二换热空气排出管道（11）和第四换热空气排出管道（13）上分别设有气动调节阀。

7.根据权利要求1所述汽轮机组强迫冷却系统，其特征在于，所述第一冷空气管道（8）和第二冷空气管道（9）上分别设有空气滤网（2）。

Images