李大才，吳克鋒，申建東，肖鋒，李永俊

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司，廣東潮州515723）

哈汽-東芝1 000 MW超超臨界汽輪機中壓轉子冷卻系統(tǒng)優(yōu)化

李大才，吳克鋒，申建東，肖鋒，李永俊

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司，廣東潮州515723）

針對哈汽-東芝1 000 MW超超臨界汽輪機中壓轉子冷卻系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題，分析了中壓轉子冷卻初參數(shù)變化對冷卻效果的影響。通過對該中壓轉子冷卻系統(tǒng)進行的優(yōu)化改進，提高了機組可靠性和運行效率。

1 000 MW汽輪機；中壓轉子；冷卻；優(yōu)化

0 引言

隨著大型機組熱效率的不斷提高，主汽溫度和再熱蒸汽溫度不斷上升，但材料的力學性能有所下降。采用蒸汽冷卻技術，可以降低汽輪機高溫部件的工作溫度和部件之間的溫度差，在一定條件下可以降低這些部件的熱應力。蒸汽冷卻技術現(xiàn)已成為超超臨界汽輪機研制和生產(chǎn)的關鍵技術之一。

廣東大唐國際潮州發(fā)電公司一期擴建2× 1 000 MW機組（以下簡稱一期擴建2×1 000 MW機組）中壓轉子冷卻系統(tǒng)在實際運行過程中發(fā)現(xiàn)了諸多問題，例如中壓轉子冷卻溫度達不到設計值，冷卻流量長期超標，嚴重影響中壓轉子的壽命；因安裝等原因高缸前軸封漏汽量超過設計值，造成高缸前軸封一級漏汽量（簡稱一漏）大于設計值，進汽腔室壓力低于高排壓力，引起汽輪機高壓內(nèi)外缸夾層內(nèi)蒸汽潮流重新分布；中壓轉子系統(tǒng)管路長期振動，造成管路疏水及測點易發(fā)生焊縫開裂。針對以上嚴重影響機組安全性和經(jīng)濟性的問題，根據(jù)同類型機組運行經(jīng)驗，在4號機A修中進行了中壓轉子冷卻系統(tǒng)優(yōu)化，取得了較好的效果。

1 設備概述

一期擴建2×1 000 MW機組汽輪機為哈爾濱汽輪機有限責任公司（以下簡稱哈汽）與日本東芝株式會社（以下簡稱東芝）聯(lián)合設計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級非調(diào)整回熱抽汽、凝汽式汽輪機，型號為CCLN1000-25.0/600/600。

哈汽汽輪機設計制造技術是在引進美國GE公司技術基礎上發(fā)展的，其高溫部件冷卻結構和冷卻系統(tǒng)保留GE公司特點，中壓轉子冷卻用汽從汽輪機高缸前軸封一漏（調(diào)節(jié)級后），通過汽輪機夾層密封環(huán)前下缸引出，將其與汽輪機一段抽汽混合后送入中壓第一級前。中壓轉子冷卻系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 哈汽設計中壓轉子冷卻系統(tǒng)流程

采用導流板隔離+高壓一抽排汽冷卻中壓轉子，中壓進汽口部分采用入口導流板，對高溫再熱蒸汽進行隔離，轉子在中壓通流第一級隔板后才接觸蒸汽；同時在入口導流板中部設置導汽孔，將高壓缸的軸封一漏與一抽汽源混合后引入導流板內(nèi)表面與轉子外表面間隙，冷卻蒸汽覆蓋在轉子的表面，對轉子進行有效冷卻，汽輪機運行時抽取適量的高壓調(diào)節(jié)級后一級漏氣與第一段抽汽混合并經(jīng)過節(jié)流后，引入中壓第一級隔板與葉輪組成的封閉空間內(nèi)對轉子表面進行冷卻。中壓前兩級動葉片采用樅樹型葉根，冷卻蒸汽到達轉子表面之后再通過第一級隔板軸封，其中有小部分通過第一級動葉與靜葉之間的徑向軸封匯入主蒸汽，大部分則通過第一級動葉樅樹型葉根底部間隙流入第二級靜葉前和第二級靜、動葉之間，還有一小部分通過第二級動葉葉根底部間隙流入第三級靜葉前和第三級靜、動葉之間。

2 存在的問題

2.1 中壓轉子冷卻溫度達不到設計值

在汽輪機升速至3 000 r/min后的暖機過程中，因中壓調(diào)門開度很小，高壓軸封一漏到中壓轉子冷卻系統(tǒng)的逆止門被頂開，處于通流狀態(tài)。到并網(wǎng)帶初負荷后，因中壓調(diào)門開大，中壓轉子冷卻系統(tǒng)逆止門逐漸關閉，在400 MW～1 000 MW工況下，因設計的高壓軸封一漏到中壓轉子冷卻混合后的壓差最大為0.378 MPa，頂不開逆止門，中壓轉子冷卻汽源僅為一段抽汽，高缸前軸封一漏流量為0，溫度為377.82℃，與485℃的設計值相差較大。

2.2 高壓軸封一漏汽源受排擠

哈汽1 000 MW機組中壓缸冷卻系統(tǒng)管路中高壓軸封一漏節(jié)流孔板Ⅰ的直徑為16.6 mm，中壓缸冷卻系統(tǒng)總管節(jié)流孔板Ⅱ的直徑為56 mm；當一段抽汽通流量整定不夠大時，如果節(jié)流孔板Ⅱ前的壓力大于高壓軸封一漏壓力，會發(fā)生排擠高壓軸封一漏現(xiàn)象，使高壓軸封一漏通過高缸夾層返回到高壓缸，形成汽輪機內(nèi)部循環(huán)。

2.3 中壓轉子冷卻流量超過設計值

在超超臨界汽輪機蒸汽冷卻技術的工程應用中，冷卻蒸汽流量的控制至關重要，過量的冷卻蒸汽將會帶來過大的對流換熱，進而導致高溫部件產(chǎn)生較大的熱應力，而較小流量的冷卻蒸汽在高溫高壓主蒸汽的作用下，將無法達到預期冷卻效果，從而無法冷卻和保護高溫部件。有關試驗表明，4號機組冷卻用汽量超過了設計值，無法保證將中壓轉子冷卻溫度和流量控制在給定的范圍，同時因安裝原因高缸前軸封漏量（軸封二漏，軸封三漏，軸封四漏）流量均超設計值，造成高缸前軸封一漏處用汽流量偏大，通過冷卻管從高缸夾層返回到高缸而形成汽輪機內(nèi)部循環(huán)，使機組循環(huán)效率降低，經(jīng)濟性下降。

3 中壓轉子冷卻蒸汽流量試驗

3.1 中壓轉子冷卻系統(tǒng)相關設計數(shù)據(jù)

哈汽超超臨界1 000 MW汽輪機高/中壓缸之間的中壓缸冷卻汽總管設計流量約為16.56 t/h（汽輪機熱耗保證工況設計值見表1），但實際運行時中壓缸冷卻汽流量偏大，其主要原因是汽輪機安裝時汽輪機隔板間隙大于設計值。

汽輪機高溫部件冷卻系統(tǒng)因安裝原因導致高缸前軸封漏流量超設計值，高缸前軸封一漏處用汽流量大于設計值，同樣中壓缸一級隔板間隙大于設計值，造成中壓缸冷卻汽流量大于設計值，高缸進汽插管冷卻蒸汽流量也超設計值。

3.2 汽輪機中壓轉子冷卻蒸汽流量試驗

為了確定正常運行時中壓轉子冷卻蒸汽流量，參照高中壓合缸機組過橋汽封漏汽流量的間接測定方法，進行了變汽溫試驗，即分別降低主蒸汽和再熱蒸汽溫度進行試驗，有關試驗結果見表2。經(jīng)試驗計算，中壓缸冷卻蒸汽流量為再熱流量的2.66%，約為60.0 t/h（設計值16.56 t/h的3.6倍），試驗結果曲線見圖2，圖中2條曲線的交點就是實際中壓缸效率對應的漏汽量。

表1 汽輪機熱耗保證工況中壓轉子冷卻蒸汽系統(tǒng)參數(shù)

表2 汽輪機中壓缸冷卻汽流量試驗主要數(shù)據(jù)

圖2 汽輪機中壓缸效率計算值隨漏汽率變化曲線

經(jīng)計算，2臺機組的漏汽率（中壓缸冷卻流量占再熱蒸汽流量的百分比）分別為2.66%和2.86%，2次測量的漏汽量基本相同，均約為60 t/h。由于該流量不是直接測量得到的，故本次試驗結果僅供參考。

4 中壓轉子冷卻系統(tǒng)優(yōu)化

通過對該型汽輪機高溫部件蒸汽冷卻系統(tǒng)的研究和試驗，證明汽輪機運行中存在中壓轉子實際冷卻流量大于設計冷卻流量的問題，故決定進行整體優(yōu)化。將高壓缸進汽插管冷卻蒸汽改為導入中壓轉子系統(tǒng)，取消中壓轉子冷卻系統(tǒng)逆止門，同時在高壓前軸封2段漏汽和高壓后軸封1段漏汽中間增加截止門，通過調(diào)節(jié)截止門開度減小至4段抽汽管路的漏汽量；增加至中壓轉子冷卻管路的汽量，隔斷一段抽汽至中壓轉子冷卻管路汽量，防止管路振動并達到節(jié)能的效果。

5 系統(tǒng)優(yōu)化效果

通過系統(tǒng)優(yōu)化和試驗，并在運行中關閉一抽至中壓轉子冷卻管路的手動門，打開高調(diào)門一段漏汽和高壓缸進汽插管至中壓轉子冷卻管路的手動門，對高壓軸封一段漏汽進行調(diào)整。機組重新啟動后，在1 000 MW工況下的中壓轉子冷卻蒸汽溫度提高了34.07℃，其他負荷工況下的溫升對比曲線如圖5所示。

圖5 中壓轉子冷卻系統(tǒng)優(yōu)化前后溫度對比曲線

6 建議

由于高壓前軸封漏汽量過大，1 000 MW工況下中壓轉子冷卻蒸汽溫度仍較設計值低50℃。建議在下次檢修時重新檢查和調(diào)整高壓軸封間隙，減少軸封泄漏量，同時優(yōu)化控制中壓轉子冷卻進汽，利用節(jié)流孔板測量蒸汽流量，增加中壓轉子進汽氣動調(diào)門，實現(xiàn)中壓轉子進汽流量的在線精確控制，進一步優(yōu)化中壓轉子冷卻系統(tǒng)的冷卻流量和溫度。

[1]楊明，管繼偉，劉云峰.1 000 MW超超臨界汽輪機中壓轉子冷卻耦合換熱數(shù)值模擬研究[G].中國動力工程學會透平專業(yè)委員會2011年學術研討會.

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（本文編輯：龔皓）

Optimization of Cooling System for Intermediate Pressure Rotator of 1 000 MW Supercritical Steam Turbine Designed by HTC and TSB

LI Da cai，WU Ke feng，SHEN Jian dong，XIAO Feng，LI Yong jun
（Guangdong Datang International Chaozhou Power Generation Co.，Ltd.，Chaozhou Guangdong 515723，China）

Aiming at problems in operation of cooling system for intermediate pressure rotator of 1 000 MW supercritical steam turbine designed by HTC and TSB，the paper analyzes impact of initial cooling parameter change of intermediate pressure rotator on cooling effect.By optimization and retrofit of cooling system of intermediate pressure rotator，reliability and operation efficiency of the units are enhanced.

1 000 MW steam turbine；intermediate pressure rotator；cooling；optimization

TM407

：B

：1007-1881（2013）10-0032-03

2013-04-24

李大才（1985-），男，江蘇連云港人，助理工程師，從事發(fā)電廠汽輪機運行管理工作。