660MW超临界空冷汽轮机及运行.ppt

660mw超临界空冷汽轮机及运行 程伟良教授2013 03 16 主要内容 朗肯循环汽轮机结构clzkn660 24 2 566 566汽轮机汽轮机运行 0 1火电厂朗肯循环示意图1 2蒸汽在汽轮机中膨胀做功 将热能转换为机械能 2 3蒸汽在凝汽器中凝结成水 3 4给水在给水泵中升压 4 1工质在锅炉中定压加热 4 1 2 1为一次再热式汽轮机在锅炉内的吸热过程 朗肯循环 汽轮机本体汽轮机本体包括 1 静止部分汽缸 喷嘴室 隔板 隔板套 静叶栅 汽封 轴承 轴承座 滑销系统等2 转子部分主轴 叶轮 或转鼓 动叶栅 联轴器等 叶片与叶轮 叶轮是一种圆盘型零件 一般有轮缘 轮体 轮面 和轮壳组成 叶片是汽轮机中数量最大和种类最多的零件 根据转动与否 可分为动叶和静叶两种 一列喷嘴叶栅 静叶栅 与一列配套的动叶栅构成汽轮机的一级 动静叶栅的实际配合 叶片分为等截面叶片 扭叶片喷嘴 静叶 将蒸汽热能转化为动能 动叶 将蒸汽动能转化为机械功 围带 高压可减小漏汽 中 低压可调频 自带围带 拉金 增加刚度 调频 围带和拉金的主要功能 减小叶片的弯应力和改善叶片的振动特性 叶根的种类 倒t型 菌型 叉型 枞树型较短的直叶片较多地采用倒t型叶根 变截面叶片较多地采用叉型叶根汽轮机的末级叶片经常采用枞树型叶根 叉型 枞树型叶根具有较高的强度 动叶轮 冲动式 效率低 做功能力强 反动式 效率高 做功能力弱 转子按加工工艺分 整锻转子 套装转子 焊接转子整锻转子一般用于高 中压缸套装转子 焊接转子一般用于低压转子 大轴按工作转速与临界转速关系分 刚性轴 挠性轴 nao 刚性轴 工作转速恒低于一阶临界转速挠性轴 工作转速高于一阶临界转速 高中压合缸三缸四排汽空冷机型 660mw超临界空冷机组转子及叶片结构特点 汽轮机转子采用整锻转子 整锻转子无中心孔 汽轮机设计允许不揭缸进行转子动平衡 叶片的设计是精确的 成熟的 能在允许的周波变化范围内安全运行 对汽轮机防止固体颗粒侵蚀 spe 所采用的措施 采用了调节级喷嘴渗硼涂层的方法 进行末级叶片的优化选型 并进行末级叶片的动静频试验 低压末级及次末级叶片具有必要的抗应力腐蚀及抗水蚀措施 汽轮机设有足够的除湿用的疏水口 末几级叶片抗水蚀具体措施如下 叶片设计动应力小 次末级叶片采用喷丸强化 末级叶片焊整块型线状司太立合金片 严格控制叶片制造过程 特别是热处理规范 严格检验机械性能 化学成份 硬度等 并对不同炉批号的成品叶片进行破坏性检查 对叶片进行磁粉检查 如有应力集中 进行除应力处理 汽机高压缸和中压缸第一级叶片的设计考虑固体颗粒侵蚀的影响 具体措施为 高 中压阀门设有临时性和永久性蒸汽滤网 最初运行6个月使用临时性滤网过滤杂质 启动前旁路升温升压 可将管道颗粒带走 采用渗氮处理 强化叶片表面 低压缸末级叶片为661mm末级叶片 采用大刚度 小动应力 加强型的自带围带加凸台拉筋整圈连接型式 660mw超临界空冷机组各转子临界转速 汽缸 汽缸的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开 将蒸汽包容在汽缸中膨胀做功 完成其能量转换过程 汽缸内部装有喷嘴室 喷嘴 隔板套 隔板和汽封等部件 分成高压缸 中压缸和低压缸 一般汽缸都是上下缸结构 中间通过法兰螺栓连接但大机组 尤其是超临界机组高压缸为了减小热应力 采用了一些其它方式 西门子公司 外缸为圆筒形结构 内缸有中分面 用螺栓固定 内缸受外缸约束 定位 石洞口二电厂 abb 元宝山电厂等内缸无法兰螺栓 而采用7只钢套环将上下缸热套紧箍成一圆筒 仅在进汽部分加四只螺栓来加强密封 同时外缸可采用较薄的法兰和细螺栓 减小对汽机启停的限制 大型汽轮机汽缸结构 一 采用双层缸结构 双层缸的优缺点 缸壁内外表面之间的温度差较小 气缸壁和法兰厚度较薄 贵重金属材料消耗少 结构复杂 零件增多 内缸承受蒸汽的温差小 压差大 而外缸承受的温差大 压差小 因此内缸壁中温度梯度不大 引起的热应力较小 外缸承受大温差 但由于缸壁承压小 在工况变化过程中 能承受较大的热应力 将一定压力的蒸汽引入夹层 使蒸汽的总压差 温差分别由内 外壁承担 减小单层汽缸壁厚 法兰厚度 减小热应力 二 高中压分流合缸优点 高温区集中在汽缸中部 夜间停机或周末停机温度衰减慢 启动热应力小 适合两班制运行 两端的温度 压力均较低 从而减少了对轴承和端部汽封的影响 改善了运行条件 减少了轴承数 可缩短主轴长度 缺点 高中压转子合一而变长 变粗 ncr1降低 汽封漏汽量增大 热耗增大 三 低压缸采用多层缸 低压缸的刚度是低压缸最为重要的特性 它包括静刚度 动刚度和汽缸的热变形等 静刚度是指扣与不扣上盖的情况下载荷与汽缸变形的关系 冷态下抽真空与变形的关系 动态刚度是指抗振强度 热变形是指后汽缸排汽温度变化对汽缸及轴承座负荷分配的影响 每个排汽缸上方装有4个薄膜型安全阀 当排汽压力高于0 137mpa时 安全阀动作排大气 防止由于冷却水中断等事故引起的排汽温度升高 排汽缸的下部还设有喷水减温 防止排汽缸超温 因为在启动过程中 尤其在达到额定转数空负荷运行时 可能会出现没有足够的蒸汽流量带走低压缸摩擦鼓风损失 使低压缸超温的情况 但这种情况的运行时间要限制 低压缸体积大 轴向温差大 采用三层缸 即一个外缸和两个内缸 有利于 将通流部分设在内缸 使体积较小的内缸承受温度变化 而外缸及庞大的排汽缸均处于较低温度状态 减小热变形 2内缸两端布置有排汽导流环 与外缸的锥形端壁结合 形成排汽扩压通道 充分利用末级叶片排汽速度 提高汽轮机效率 喷水装置固定与排汽导流环出口的外缘上 当转速达到600rpm时 自动投入喷水 直到机组带上15 负荷 低压缸末级处于湿蒸汽区 在末级叶片顶部装有蜂窝式汽封 用于减小漏汽并排除末级动叶甩出之水分 1 高中压缸采用双层缸结构 低压缸采用三层缸结构 2 高中压缸为合缸分流结构 3 高中压转子设有三个平衡活塞 4 低压缸设有排气隔膜阀 动作参数为0 034 0 048mpa 5 低压缸设有喷水减温装置 6 冷却汽道 一股冷却蒸汽来自调节级后 经高 中压平衡鼓流出 沿中压导流环内侧进入中压第一级 通过第一级动叶根部的缝隙 利用反动式动叶特有的动叶前后的压差流动 从而使转子表面被冷却蒸汽覆盖 不直接接触566 的蒸汽 能大大降低转子的金属温度 从而降低转子的热应力 另一股来自高压排汽区 通过挡汽板进入高 中压外缸与高 中压内缸的夹层内 再经过内缸上的小孔进入中压缸夹层内 冷却高温进汽区 防止高中压外缸过热 660mw超临界空冷机组汽缸结构特点 高中压合缸 高中压合缸 汽封与汽封系统轴端汽封 主轴穿出汽缸处的汽封隔板汽封通流部分汽封 叶根 叶顶汽封 隔板汽封 轴封 迷宫式汽封 轴端汽封 x 腔室与轴封供汽母管相连 y 腔室与轴封排汽母管相连 轴封系统作用 合理利用轴封漏汽 防止空气漏入汽轮机采用略大于大气压力的轴封供汽 具体参数见后 防止蒸汽漏入大气采用略小于大气压力的轴封抽汽 通常维持690pa的负压 允许范围为500 750pa的负压 迷宫式汽封中蒸汽压力下降图蒸汽在迷宫式汽封中的膨胀过程 各汽源的调节阀压力整定值 在正常运行时 靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压缸两端的轴封供汽 不需另供轴封用汽 这种系统叫做自密封系统 一般 15 负荷高压自密封 25 中压 70 全自密封 汽轮机在启动或低负荷下的汽封系统 汽轮机在高负荷下的汽封系统 汽封系统运行限制汽封供汽必须具有不小于14 的过热度 盘车之前不得投入汽封供汽系统 以免转子弯曲 低压缸汽封供汽温度120 180 低压汽封温度控制器整定值为150 为了防止汽封部位由于热应力而造成转子损坏 机组在启动和停机时 要尽量减小汽封蒸汽和转子表面间的温差下 由于热应力而使转子开始产生裂纹的计算循环次数 建议转子循环疲劳能力为10000次 轴承一 滑动轴承油膜形成的原理 油膜形成的三要素 一定的速度沿速度方向的楔形油的粘度如 油温升高 粘度下降 油膜将难以形成 但粘度太大 会使油的分布不均匀 增大摩擦损失 减小偏心距 二 径向支撑轴承 一旦出现扰动 则合力变为f 其中 f1 g将f2分解到沿oo1方向及其垂直方向 前者使轴回到原中心位置 而后者使轴颈绕原中心位置o涡动 经计算其涡动频率为转速的一半 g为重力 f为油膜支撑的合力 g f o o1 当 n ncr1时 可能产生油膜振荡 油膜振荡是自激振荡 其特点为 一旦产生 将在很广的转速范围内继续存在 不能通过提高转速的方法来消除 防止和消除油膜振荡的方法 增大比压 作用在单位面积上的压力 适当提高油温 增大偏心率 采用多油楔 xie 瓦 轴承结构1 径向支持轴承按支承方式可分为固定式和自位式两种 按轴瓦可分为圆筒形轴承 椭圆形轴承 多油楔轴承和可倾瓦轴承等 2 一般圆筒形转子主要适用于低速重载转子 三油楔支持轴承 椭圆形轴承分别适用于较高转速的轻 中和中 重载转子 可倾瓦支持轴承则适用于高速轻载和重载转子 3 可倾瓦支持轴承是密切尔式的支持轴承 一般由3 5块或更多能在支点上自由倾斜的弧形瓦组成 瓦块在工作时可以随着转速或载荷 轴承温度的不同而自由摆动 使每个瓦块作用的轴颈的油膜作用力总是通过轴颈中心 故不易产生轴颈涡动的失稳力 具有较高的稳定性 汽轮机 4瓦块可倾瓦轴承 下轴承瓦块 弹簧 轴承体 上轴承瓦块 进油 进油 进油 进油 回油 回油 进油 进油 发电机轴承 三 推力轴承 以止推轴承的名义间隙0 4为标准以轴承架中心线为基准 离开中心线 任一方向 0 9mm时报警1 0mm时跳闸 推力轴承的瓦块 660mw超临界空冷机组轴承结构特点 4瓦块可倾瓦汽轮发电机组各轴承的型式确保不出现油膜振荡 各轴承的设计失稳转速为额定转速125 以上 具有良好的抗干扰能力 低压缸采用落地轴承座 为了防止进油边与转子轴颈发生制动现象 将上边两块瓦的轴承合金进口边修去 同时在这两块瓦上设有弹簧 可倾瓦的特点是 瓦块多 每个瓦块有一个进油 运行中每个瓦块形成一个油楔 而圆筒瓦只有一个进油 只在下瓦形成一个油楔 可倾瓦每个瓦块都可单独调整其和轴颈间的相对位置 使其在运行时与轴颈间形成合适的间隙 而圆筒瓦要改变间隙时需经机械加工 可倾瓦一般用于轴承比压较小的地方 能有效地防止油膜振荡 使转子平稳运行 可倾瓦的加工工艺较复杂 660mw超临界空冷机组轴承参数 给水泵汽轮机 汽动给水泵 电动给水泵 除氧器 高加 省煤器 水冷壁 汽水分离器 给水系统每台机组配置2台50 锅炉额定蒸发量的汽动给水泵和一台30 启动及备用电动给水泵 机组正常运行为两台汽泵运行 电泵作为备用 汽动泵可以利用发电能力不高的蒸汽来带动小汽机 节省用电 电动给水泵的前置泵由主泵同轴驱动 汽泵的前置泵与主泵是分置式的 前置泵由电机带动 在机组启动时可以采用汽泵前置泵上水 电泵做备用 锅炉点火后直接用辅助蒸汽驱动小汽轮机向锅炉供水 这是一种新的启动方式 乌沙山电厂在运行中已经成功实施了这种方案 在启动过程节省了大量的厂用电 积累了比较成熟的经验 我厂在机组调试期间也可以考虑采用汽前泵的启动方式 小汽机的选择根据 设规 我国是300 600mw汽轮机组才配置汽动给水泵 详后 涉及拖动给水泵的工业汽轮机 以下简称小汽机 的型式 凝汽式或背压式 及其蒸汽源的选择及其如何连入热力系统几个方面 图5 10汽动泵的热力系统连接方式 a 凝汽式小汽机 b 背压式小汽机 小汽机的汽源 1 新蒸汽2 高压缸抽汽3 冷再热蒸汽4 热再热抽汽 中压缸抽汽 小汽机的型式 1 纯凝汽式2 纯背压式3 抽凝式4 抽背式几种常用的是前两种 小汽轮机设备规范 小汽轮机运行参数 五 给水泵汽轮机 驱动给水泵的小汽轮机为单流程冲动式汽轮机 本体结构与主机基本相同 主汽阀 调节汽阀 汽缸 喷嘴室 隔板 转子 支持轴承 推力轴承 轴封装置等样样俱全 小汽轮机配备三路供汽的汽源 即高压汽源 低压汽源 启动及备用汽源 高压汽源来自主汽轮机的再热冷段的蒸汽 低压汽源来自主机的四抽抽汽 启动及备用汽源为辅助蒸汽联箱 小汽机疏放水排至主机疏放水系统 小机的排汽排入主机的凝汽器 在小汽轮机的排气管道上同样设有电动的真空破坏阀 汽动给水泵工作转速控制范围 2800 5800r min小汽轮机的轴封系统与主机轴封系统相联通 小机启动及运行时 由主机的轴封蒸汽向小汽轮机的轴封供汽 轴封回汽排入轴封冷却器 由于小机的运行方式与主机不同 所以每台小机都各自配备一套独立的润滑油系统 用于向小机的轴承 盘车装置 及给水泵的轴承提供润滑油及保安油 该润滑油系统主要包括润滑油箱 两台交流润滑油泵 一台直流事故油泵 排烟风机 两台冷油器组成 控制系统为电液控制系统 meh 与主机共用eh控制油系统 660mw机组小汽轮机目前普遍面临的一个问题 就是汽泵轴承油中进水 在乌沙山实习期间 3号机的2号给水泵就发生了一起因为汽泵油中进水而造成轴瓦烧损的事故 其主要原因就是汽泵密封水回水不畅造成 汽泵的密封装置基本上都是采用螺旋型 密封水是用凝结泵出口凝结水 回水分为两路 一路排至地沟或凝汽器 另一路排至汽泵前置泵入口电动门后 通常称为卸荷水 机组正常运行时 由密封水供水调整门保证密封水供水与回水的差压在120 150kpa范围内运行 当汽泵运行时 水会沿着螺旋槽向汽泵内部流动 在小机停运转速下降时 密封水失去此动力 密封水调门会自动开大维持差压 因此密封水全部向外部流出 此时若不及时切换密封水的回水方式 密封水就会进入汽泵润滑油室 这也是小机油中大量进水的关键 另外如果润滑油室内的负压较高 以及小机轴封压力高也易造成油中进水 因油中进水而造成油质恶化 给小机和给水泵的安全运行带来严重威胁 因此在调试期间应当将防止汽泵油中进水作为一个重点工作制定相关的防范措施 汽动给水泵系统的保护 1 汽泵入口流量低 216t h且电泵再循环调节阀前关或后电动门关或最小流量调节阀开度小于80 延时15s 2 除氧器水位低1450mm延时5s 三取二 3 电泵入口压力 1 0mpa 延时15s 一取一 4 scs顺控停机1 汽动给水泵推力轴承轴瓦温度3与6高高105 2 汽动给水泵推力轴承轴瓦温度4与5高高105 3 汽泵前置泵停 5 电超速6250r min 三取二6 润滑油压低低0 08mpa 三取二 7 真空低 40kpa 三取二 8 eh油压低6 0mpa 三取二 9 汽机轴向位移大0 8mm10 汽机前 后轴承轴振大0 08mm 一取一 正常运行时退出 11 水泵前 后轴承轴振大0 10mm 一取一 正常运行时退出 deh系统 汽轮机调节系统 机械液压调节系统功频电液deh调节系统 deh digitalelectro hydrauliccontrolsystem deh系统 也是一种功率 频率调节系统不同的是 给定 比较 pid运算部分在数字计算机内进行模拟电调 连续控制deh 离散控制 采样控制 deh调节系统 1 内回路 增强调节过程的快速性外回路 保证了输出严格等于给定值 pi调节中 p 比例 运算 处理 放大信息i 积分 保证消除静差 实现无差调节虚拟 开关 由软件实现 k1 k2的指向可提供不同的运行方式 deh调节系统 2 系统 既可按串级pi方式运行 也可按单级pi方式运行系统容错性好 切换方便 ln和lp间受静态关系约束 机组启停或甩负荷时 用转速回路控制并网运行时 不参与调峰 用功率回路控制参与调峰时 用功率 频率回路处理deh有利于机炉协调控制 最优控制 通过计算机实现 各种调节系统的比较 deh具有模拟电调的所有优点 此外 采用分散控制 显著提高了可靠性 计算机应用 在 数据处理 系统监控 可靠性分析 性能诊断和运行管理等方面 可充分发挥作用 调节品质高 静 动态特性良好 此外 系统采用积木式结构 扩展灵活 维修 测试方便冗余控制 保护措施严密 某一回路故障后亦可运行 有利于实现机组协调控制 厂级控制以至优化控制 这是模拟电调无论如何也不能相比的 国内外 300mw以上的大机组 普遍采用deh 无论模拟电调 还是deh 目前都还没有电气元件取代推力大 动作迅速的液压执行机构 都有把电信号转换成液压信号的电液转换装置 采用高压抗燃油系统 对液压机构进行了许多重大的改进例如 液压伺服机构 把油压从过去的 0 98 1 96 mpa提高到 12 42 14 49 mpa 使 结构紧凑 推力大 动作更加迅速 4 2deh调节系统综述 一 deh的组成西屋公司deh iii主要由五大部分组成 电子控制器 数字计算机 插件 电源设备等操作系统 操作盘 图像站 打印机等油系统 高压控制油 eh 与润滑油分开执行机构 伺服放大器 电液转换器 油动机等保护系统 6个电磁阀 用于各种保护之所需此外 为控制和监督服务用的测量元件是必不可少的 二 deh的功能 汽轮机自动程序控制 atc 功能atc 通过状态监测 计算转子的应力 在机组应力允许的范围内 优化启动程序 用最大的速率与最短的时间实现机组启动过程的全部自动化 汽轮机的负荷自动调节功能 1 具有操作员自动 远方控制和电厂计算机控制方式及它们分别与atc组成的联合合控制方式 2 具有自动控制 a和b机双机容错 一级手动和二级手动冗余控制方式 3 可采用串级或单级pi控制方式可由运行人员决定是否采用调节级汽室压力和发电机功率反馈 4 可采用定压运行或滑压运行方式有阀门管理功能 5 可选择调频运行方式或基本负荷运行方式可设置负荷的上下限及其速率等 deh的运行控制十分灵活 汽轮机的自动保护功能deh有如下三种保护功能 1 超速保护 opc opc只涉及调节汽阀 可快关 中压调节汽阀 n 103 n0高 中压调节汽阀 103 n0 n 110 n0 2 危急遮断控制 ets 当n 110 n0时通过ast电磁间关闭所有的主汽门和调节汽门 紧急停机 3 机械超速保护和手动脱扣当n 110 n0时 机械超速保护 属于多重保护 紧急停机当机械超速保护不起作用时 手动脱扣 手动停机 监控功能 包括操作状态 按钮提示 状态指示 crt画面 其中监控内容包括 重要参数 电源和内部程序的运行状态等 crt画面包括 运行曲线 潮流趋势和故障显示等 三 deh的运行方式 有四种运行方式 二级手动 一级手动 操作员自动 汽轮机自动atc紧邻两种运行方式相互跟踪 并可做到无扰切换 硬手动操作 可作为二级手动的备用二级手动 最低级的运行方式仅作为备用运行方式该级全部由成熟的常规模拟元件组成 以便数字系统故障时 自动转入模拟系统控制 确保机组的安全可靠一级手动 一种开环运行方式 作为汽轮机自动方式的备用 可控制各阀门的开度 具有保护功能操作员自动 deh最基本的运行方式 可实现汽轮机转速和负荷的闭环控制 并具有各种保护功能 该方式设有完全相同的a和b双机系统 两机容错 具有跟踪和自动切换功能 也可以强迫切换 汽轮机自动 atc 最高一级运行方式转速 负荷及其速率由计算机或外部设备控制 四 deh的控制模式 一 主汽阀 tv 控制模式主汽阀控制有两种控制方式 自动方式手动方式主汽阀控制系统用于启动升速和机组跳闸时进行紧急停机 启动至转速达到96 额定转速时 转速控制由主汽阀切至调节汽阀 然后主汽阀全开 二 调节汽阀 gv 控制模式 自动方式 数字系统运行有五种运行方式操作员自动控制方式 oa 遥控方式 remote 电厂计算机控制方式 plantcomp 自动汽轮机控制方式 atc 电厂限制控制方式 操作员自动控制方式 oa 系统接受操作员输入的目标负荷及其速率 并进行控制 遥控方式 remote 系统接受协调控制 ccs 或负荷调度中心 ads 输入的目标负荷及其速率 并进行控制 电厂计算机控制方式 plantcomp 系统接受厂级计算机输入的目标负荷及其速率 并进行控制 自动汽轮机控制方式atc 这是一种联合控制方式 组合形式有 oa atcccs atcads atcremote atc前者给定目标负荷和速率 atc负责监控 atc负责从下面的速率中选取最小的一个作为当前执行速率由atc软件计算转子应力所确定的负荷速率 发电机限制的负荷速率 外部输入负荷速率 包括oa remote和plantcomp等 电厂内部允许的负荷速率 如tpc runback限制等 电厂限制控制方式 电厂内部运行条件所制约 规定的运行方式 如 为避免锅炉汽压急剧下降 在主汽压力低时限制汽轮机的负荷 若辅机故障 系统将以一定的速率去关小调节汽门 直到故障消除 手动方式 计算机不参与控制 运行人员发出指令 通过模拟系统输出的信号进行控制 无论主汽门还是调节汽门 都有数字 模拟两种控制方式 它们之间应设有数 模转换和跟踪系统 以便在系统或运行方式变更时 实现无扰动切换 4 3deh的自动控制原理 在汽轮机的运行中 调节阀 gv 自动控制是主要的控制方式 下面重点介绍其控制原理 deh接受的信号调节阀自动控制接受6种信号 1 转速或负荷的给定信号 2 转速反馈信号 两个数字信号和一个模拟系统经a d转换来的数字信号 经比较后选择一个最可靠的转速作为转速的反馈信号 3 调节级汽室压力信号 代表汽轮机功率的反馈信号 4 发电机功率信号 代表发电机功率的反馈信号 5 主汽阀前的主蒸汽压力信号 实际上是负荷限制信号 6 模拟系统的手动信号 用于模拟控制 手操时 对模拟系统进行跟踪 以保证无扰动切换 二 deh的基本控制原理 1 二 deh的基本控制原理 2 当系统受到外扰时 有三个参数会变化调节级汽室压力压力 汽轮机功率 能代表汽轮机功率该压力信号响应较快 可使系统较快作出响应发电机功率由于受发电机自身惯性及中间再热容积的影响 响应较慢机组的转速并网运行机组的转速受电网频率的影响转速受外扰 负荷 的影响较小上述三个变量的响应是不同的 处于调频方式运行时 若电网的负荷 功率给定 频率不变 功率给定不变 电网频率 转速偏差 代表了功率偏差 修正功率给定处于非调频方式运行时 转速偏差信号就不应进入系统或将该偏差乘以较小的百分数 机组对外界负荷变化不敏感 系统只按负荷给定值控制机组若在额定负荷附近设置转速的不灵敏区 则机组就处于带基本负荷运行状态 deh动作过程 内回路与外回路应互为制约 只有把内回路的快速性与外回路相互配合 才能获得最佳的调节效果 外扰 电网频率变化 调节汽门动作 调节级汽室压力响应 反馈 内回路pi2 改变调节汽门的开度 粗调 发电机功率响应 pi1 细调 修正内回路的设定值 deh内外回路的特点 外回路为主调节器 保证了调节的品质内回路 响应迅速 消除内扰的影响 提高机组对外界负荷的适应性当系统只剩外回路时 调节的动态品质将下降 但仍不失为一种冗余控制手段 deh的转速控制和负荷控制原理 deh系统中 中压缸主汽门为开关型汽阀 不参与机组调节其余为控制型汽门 不同程度地参与机组的调节鉴于它们的控制原理基本相同 下面以高压缸调节汽门 gv 为例 介绍转速和负荷的控制原理 润滑油 低压透平油eh油 磷酸酯抗燃油 也称高压抗燃油 eh供油系统 eh供油系统与润滑供油系统分离的原因 1 动力油与润滑油压差越来越大 大型汽轮机因油动机尺寸较大 需要较大的推力和较快的响应速度 eh油的工作油压为14 5mpa 比润滑油提高了十倍多 其推力增加 动作更加迅速 2 动力油与润滑油系统介质不同 油动机在关闭时 时间短 冲击力大 透平油的自燃温度比较低易着火 为了防止油泄露引发火灾 采用了燃点较高的抗燃油 自燃温度在600 以上 而润滑油系统庞大 抗燃油价格昂贵 因而润滑油采用低压透平油 3 动力油和润滑油对清洁度要求不同 电液伺服阀间隙很小 动力油对油质要求很高 同时抗燃油有毒 必须密封循环 而润滑油运行中有蒸汽 水漏入 需要净化 eh油系统的组成 eh油系统 包括供油系统 执行机构和危急遮断系统 eh系统供油系统主要设备 eh油箱 两台eh油泵 控制块 滤油器 磁性过滤器 溢流阀 蓄能器 自循环冷却系统 抗燃油再生装置 抗燃油加热装置 供油系统 eh 油箱 1 3个磁性过滤器 吸附油中的导磁性物质 2 浮子式油位继电器 用于油位高 低报警 油位低于430mm 油箱内加热器将露出 此时投入加热器会使加热器烧坏 油位低于200mm时 油泵吸入滤网露出 泵将吸入空气 使系统压力不稳定或者建立不起来压力 3 eh油加热装置 eh油温控制在38 56度之间 油箱设置有加热装置 eh油温 51度自动停止加热 eh油温 21度自动投入加热 eh油泵 eh油泵为柱塞式变量泵 对油的清洁度及粘度要求很高 必需在确认油温高于20度才允许启动泵组 溢流阀 监视油压 防止eh系统油压过高 对压力母管起保护作用 当压力升高到17mpa时 溢流阀动作 油回油箱 蓄能器 eh油系统 有6个蓄能器 2个高压蓄能器在油箱旁边 为活塞式蓄能器 充氮压力8 6 9 8mpa 作用是吸收eh油泵出口压力的高频脉动分量 维持系统油压平稳 其余4个是低压蓄能器 是皮囊式蓄能器 充氮压力0 16 0 21mpa 分别位于左右两侧高压调门旁边 当系统瞬间用油量很大时 参与向系统供油 保证系统油压稳定 蓄能器 1 作用 储存吸附剂 使抗燃油再生 即将油保持中性 并去除水分 2 组成 再生泵 硅藻土过滤器和精密过滤器 波纹纤维过滤器 串联 硅藻土过滤器 除去液体中含有的酸 精密过滤器 防止泥沙进入液体中 eh油再生装置 eh油比水的密度大 因此运行中漏入的水份浮在油箱上部 为了确保eh油质 设置了独立循环的eh油再生装置 再生装置由再生泵 硅藻土过滤器和精密过滤器 波纹纤维过滤器 串联组成 eh油加热装置 eh油温控制在38 56度之间 油箱设置有加热装置 eh油温 51度自动停止加热 eh油温 21度自动投入加热 eh油系统配有一台冷却水泵 两台冷油器 温度调节装置 油箱温度 56度打开冷却水电磁阀 启动冷却水泵 油箱温度 38度关闭冷却水电磁阀 停止冷却水泵 eh油自循环冷却系统 高压主汽门执行机构 控制型伺服阀 lvdt 快速卸荷阀 高压调节汽门执行机构 控制型 中压主汽门执行机构 开关型两位两通电磁阀 中压调节汽门执行机构 控制型遥控电磁阀 eh油的执行机构 危急遮断油 ast油 lvdt 解调器 电液伺服阀 压力油 排油 高压主汽门执行机构工作原理 deh 高压主汽门执行机构工作原理 从deh控制器来的阀位指令与线性位移差动变送器来的阀位反馈信号在综合比较器中进行比较 其差值信号经过放大器放大后控制电液伺服阀 在电液伺服阀中将电器信号转换成位移信号 使伺服阀的主滑阀移动 接通压力油通道 当高压油进入油动机活塞下部时 油动机活塞便向上移动 使主汽阀开启 当主汽阀需要关时 电液伺服阀使压力油自活塞下部泻出 借助弹簧力使活塞下移关主汽阀 只要阀位指令信号与活塞位移反馈信号的差值不为零 伺服阀就控制油动机活塞的位移 只有差值为零时 伺服阀的主滑阀回到中间位置 此时油动机活塞才停止移动 停留在deh控制器所要求的位置上 从而控制了阀门的开度及汽轮机的进汽量 快速卸荷阀 用于汽轮机故障需要停机时 危机遮断系统动作 通过快速卸荷阀快速卸去油动机下部的高压油 依靠弹簧力的作用 是主汽阀迅速关闭 以实现对机组的保护 危急遮断系统 危急遮断系统的组成 自动停机危急遮断系统分成三个部分 第一是危急跳闸控制系统 ets 的跳闸信号 动作出口是ast电磁阀 使ast电磁阀动作 关闭所有进汽阀 机组停机 第二是机械超速及手动停机部分 当其动作时 是通过隔膜阀 将ast油压卸掉 关闭所有汽轮机进汽阀 机组停机 600mw机组采用了tsi和ets电超速保护 动作值是110 额定转速 仍保留112 机械式超速保护装置是作为后备保护 为了提高安全可靠性 第三是opc超速保护系统 当汽轮机在30 以上负荷时 如果发生发电机跳闸 opc将动作 使高 中压调节汽阀快速关闭 抑制汽机转速的飞升 在汽机转速低于103 额定转速 且opc动作已过某一设定时间 则高 中压调门重新开启 以维持正常的3000转 分转速 等待并网 当汽机转速高于103 额定转速时 opc也将动作 以避免转速进一步的升高 危急遮断系统的组成 pe1危急事故油压pe2危急遮断油压pe3危急继动油压 汽轮机危急遮断保护系统 危机遮断系统 ets 监测的项目包括汽轮机超速 低真空 油压低 轴向位移大 机组振动大 润滑油温高 推力瓦及支持轴瓦温度高 胀差大 偏心大 发电机断水 锅炉燃料跳闸等 项目的监测由tsi系统 电气系统 锅炉控制系统等分别完成 当这些参数超过设定值后 ets动作出口于ast电磁阀 快速切断汽轮机进汽 紧急停机 ets是汽轮机组热控系统之一 它与deh tsi fsss相互联系 相互作用 共同完成机组控制 监测 安全运行任务 tsi系统监视内容 轴承振动 轴向位移 汽缸膨胀 相对胀差 转子偏心 转速 灵转速 轴承金属温度 汽缸壁温 ast系统的作用 危急遮断当发生异常时 关闭所有的进汽阀 立即停机 opc系统的作用 超速保护控制使gv iv暂时关闭 减少汽轮机进汽量及功率 但不使汽轮机停机 1 危急遮断控制块 opc电磁阀 两只 ast电磁阀 四只 单向阀 逆止阀 两只 危急遮断控制块 危急遮断控制块 4个ast电磁阀 2个opc电磁阀 两个电磁阀并联布置一路拒动 另一路仍可动作 opc 正常 关闭状态 当n 103 n0时 励磁打开 opc油管泄放 相应的快速卸荷阀开启 使gv iv关闭 当n 103 n0时 deh控制器的opc控制又使电磁阀关闭 gv iv重新开启 s s 1 超速保护 opc 电磁阀 四个电磁阀串并联布置两个阀并联组成一个通道 通道一和通道二串联 通道中任何一个电磁阀打开 该通道泄放 必须两个通道同时处于泄放状态 ast油路的油才会泄放 不会因某个电磁阀拒动而妨碍ast油路的泄压 若有一只电磁阀误动作 不会使ast油泄压 2 自动停机危急遮断 ast 电磁阀 安装在ast和opc之间当opc油路泄压时 维持ast的油压 主汽门全开 仅将高 中压调速汽门关闭 ast电磁阀动作 则opc油压也下降 关闭所有阀门 opc opc ast 3 单向阀 作用 封闭危急遮断总管的泄油通道 当机械超速和手动遮断管路中的油压消失 在弹簧力的作用下开启隔膜阀 卸去ast油压 机组停机 同时保证了润滑油和eh油的隔离 隔膜阀 跳闸试验块组件 作用 监视eh油压低和试验各压力开关 为双通道 有两个压力表 两个电磁阀 两个手动阀 四个压力开关 1 3开关控制1通道 2 4开关控制2通道eh油压低时 压力开关动作 ets跳闸 ast电磁阀动作 关闭进汽阀 机组正常运行时 可试验 两个通道单独试验 可手动 可遥控 节流孔在试验时 不会使eh系统油压泄压 eh油压低实验装置 凝汽器的工作原理和结构一 凝汽设备的作用 组成作用 1 在汽轮机排汽口建立并维持真空 2 回收纯净的冷凝水 凝汽设备组成 凝汽器在较低温度下将蒸汽凝结成水 循环水泵提供冷却用水 凝结水泵将凝结水带走 加入循环 抽气器将凝汽器中不凝结的空气抽出 哈蒙式间接空冷系统将海勒的混合式加热器换为表面式凝汽器 将常规水冷系统的湿冷塔换为空冷塔 采用表面化热 并用除盐水代替循环水优点 节约厂用电 设备少 冷却水和汽水系统分开 冷却水系统防冻性能好 缺点是空冷塔占地大 效率偏低 海勒式间接空冷系统采用喷射式凝汽器和装有全铝管铝翅散热器的自然通风冷却塔组成 系统冷却水是高纯度中性水 在凝汽器内喷射冷却蒸汽混合后 除少部分到回热系统外 约98 的凝结水由冷却水泵送往空冷塔冷却 循环使用 优点 以微正压的低压水系统运行 年平均背压低 机组煤耗低 缺点是设备多 系统复杂 水质控制困难 纯净水耗量大 二 空气冷却式凝汽器与空冷系统直接空冷系统 由若干外表面整体热镀锌 套有矩形钢翅片的椭圆形钢管组成的表面式换热器主凝结区多设计成汽水顺流式 冷凝后凝结水的流动方向与蒸汽流动方向相同 凝结约70 到80 的蒸汽 辅凝结区则一般为逆流式 逆流部分应保证 不会在顺流部分造成完全冷凝 以避免过冷 溶氧以及冻害的危险 直接空冷系统的优点是设备少 系统简单 基建投资较少 占地少 缺点是运行时粗大的排汽管到密封困难 维持真空困难 启动时维持真空时间较长 此种类型的机组国外单机容量已达330 665mw 我国目前也正在发展600mw机组 如内蒙上都 山西运城 直接空冷系统图 空冷散热片翅片剖面 空冷单元冷却空气导流技术及装置 通过空冷单元内部导流装置及环境风诱导装置可优化空冷单元及空冷岛外部空气流场所 提高空冷机组运行的安全性和经济水平 提出了空冷单元内空气流场组织的新思路 开发了空冷单元冷却空气导流技术及装置 突破了现有空冷单元空气流场不均的固有缺点 实现了空冷凝汽器传热表面的有效利用和热力性能的提高 2 660mw机组空冷系统 空冷凝汽器采用单面覆铝钢基管 铝翅片单排管散热器 空冷凝汽器由顺流 指蒸汽和凝结水的相对流动方向 管束和逆流管束组成 顺流管束是冷凝蒸汽的主要部分 可冷凝75 80 的排汽 设置逆流管束主要是为了避免运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区 冬季形成冻结的情况 顺逆流比例为5 2 空冷凝汽器每个单元配置一台风机 由大直径轴流风机 减速齿轮箱和风机电动机组成 安装在凝汽器a型框架内的风机桥上 本工程两台机组共设2 56台风机 采用变频调速方式运行 直接空冷凝汽器主要技术参数 clzkn660 24 2 566 566汽轮机型式 超临界 一次中间再热 单轴 三缸 四排气 直接空冷式汽轮机机组设置七级抽汽 最大允许系统周波摆动范围为48 5 50 5hz 高压缸排汽压力4 6mpa 背压为14kpa 主蒸汽流量为1913 08t h 再热蒸汽流量为1620 9t h 高压缸 1个单列调节级 9个反动级中压缸 6个反动级低压缸 2 2 6个反动级给水回热系统 3高加 1除氧 3低加 7为双列 保证净热耗率 7572kj kw h给水温度 trl工况 280 7 3 35 容量的电动给水泵配汽方式 喷嘴旋转方向 顺时针 从调端看 额定背压 14kpa a 夏季背压 33kpa a 可连续运行最高背压 60kpa a 跳闸背压 65kpa a 调节控制系统型式 deh最大允许系统周波摆动 48 5 51hz各轴承处最大垂直振动 双振幅 0 025mm盘车转速 3 35rpm全真空惰走时间 65min无真空惰走时间 25min缸效率 高压缸 中压缸 低压缸 86 64 93 03 92 05 机组工况的定义1 铭牌功率 额定功率 最大连续功率出力 工况 t mcr 汽轮发电机组能在下列规定条件下 在保证寿命期内任何时间都能安全连续运行 发电机输出额定功率660mw 当采用静态励和 或采用不与汽机同轴的电动主油泵时 扣除各项所消耗的功率 此工况称为额定出力工况 此工况下的进汽量称为额定进汽量 是机组热耗保证值 出力保证值的验收工况 其条件如下 主蒸汽流量 1913 08t h 主蒸汽温度 再热蒸汽温度和压力为额定参数及所规定的汽水品质 汽轮机低压缸排汽背压为 14kpa a 补给水率为 1 所规定的最终给水温度 280 7 全部回热系统正常运行 但不带厂用辅助蒸汽 三台电动调速给水泵并联运行 在额定电压 额定频率 额定功率因数0 9 滞后 额定氢压 发电机冷却器冷却水温为20 时 发电机效率为98 98 2 热耗率验收 tha 工况 条件同1 补水率为0 作为汽轮机热耗保证工况 3 调节门全开 vwo 工况 汽轮发电机组在调节阀全开 其它条件同1 时 补给水率为0 进汽量不小于105 的铭牌工况进汽量 此工况称为调节门全开 vwo 工况 并作为汽轮机进汽能力保证值和强度保证工况 4 高加全切工况 汽轮发电机组能在高压加热器全部停运时安全连续运行 除进汽量及这部分回热系统不能正常运行外 其它条件同1 此时机组能保证输出铭牌功率 5 阻塞背压工况 汽轮机进汽量等于额定进汽量 在下列条件下 当外界气温下降 引起机组背压下降到某一个数值时 再降低背压也不能增加机组出力时的工况 称为额定进汽量下的阻塞背压工况 此时输出功率671 5mw 此背压称作额定进汽量下的阻塞背压 其条件如下 额定主蒸汽再热蒸汽参数及所规定的汽水品质 汽轮机低压缸排汽背压为 补给水率为 0 所规定的给水温度 280 8 全部回热系统正常运行 但不带厂用辅助蒸汽 三台电动调速给水泵并联运行 在额定电压 额定频率 额定功率因数0 9 滞后 额定氢压 发电机冷却器冷却水温为20 时 发电机效率为98 98 6 汽轮机能承受下列可能出现的运行工况 汽轮机轴系 能承受发电机及母线突然发生两相或三相短路或线路单相短路快速重合闸或非同期合闸时所产生的扭矩 甩去外部负荷时能在额定转速下空转 即不带厂用电 持续运行的时间 不少于15分钟 汽轮机并网前能在额定转速下空转运行 其允许持续运行的时间 至少能满足汽轮机启动后进行汽轮机及发电机试验的需要 一般不低于24小时 汽轮机能在低压缸排汽温度不高于85 下长期运行 高压缸排汽温度 正常运行最高450 报警475 停机480 低压缸排汽温度 正常运行最高85 报警90 停机121 程伟良2013 9 5 660mw汽轮机运行 汽轮机组启动的一般规律 冲转参数的选择蒸汽与金属温度匹配 28 56 以免造成热冲击盘车预热在盘车的状态下通入蒸汽加热转子和汽缸 使其温度达到150 这样不仅避免冲转时热冲击 同时转子已渡过了材料脆性转变温度启动控制指标温度变化率 主汽温度变化率 2 min汽缸 法兰温度差 过大会导致热应力和热变形振动胀差 超标会导致动静碰摩转子热应力 影响寿命损耗 启动前的准备设备 系统检查暖管油系统循环调节保护装置试验盘车投入启动辅机 凝汽器建立真空 冲转和升速暖机 通常汽轮机冲转前需具备下列条件蒸汽参数达到要求 过热度不小于50 凝汽器真空保持在60 67kpa范围内润滑油压及轴承油流正常 油温30 45 汽缸上下缸温差不大于50 盘车正常 大轴原始晃度不大于0 02mm热态启动部件金属温度较高 蒸汽参数 凝汽器真空要维持稍高些中速暖机 1200rpm 和高速暖机 2500rpm 的目的是防止材料脆性破坏和避免过大的热应力 并网接带负荷 达到额定转速 经检查确认运转正常后 即可并网接带负荷机组并网后带初负荷 5 10 暖机 暖机的目的是缓和带负荷后出现较大温升 热应力和胀差 改进措施现代大机组多数配置转子应力监控装置和自启停装置 直接控制升速 升负荷 运行方式 定压运行在高负荷下定压运行 热效率高 调峰时多改为变压运行 变压运行保持汽轮机调节汽门全开或部分全开 通过改变锅炉出口蒸汽压力 温度不变 来满足电网负荷要求 也称 滑压运行现代大机组多数设计为变压运行 变压运行分类纯变压运行节流变压运行复合变压运行 也称为 定 滑 定复合变压运行 机组带厂用电运行operationatauxliarypowerload 优点 系统故障时 可加快恢复电网供电 进一步提高厂用电源的可靠性 保证重要地区负荷的需要 缺点 对机组是一种恶劣工况 会影响机组的寿命 因此 应尽可能缩短运行时间 一般推荐带负荷运行时间为10 20min 汽轮机异常工况运行 汽轮机处于正常工况容许变动范围之外 但尚不至于立即发生设备损坏事故的工况下运行会导致汽轮机效率的显著恶化并加速设备运行寿命的损耗常见的异常工况有 主蒸汽参数偏差过大高背压低真空运行回热加热器停运叶片截短或缺级运行超出力运行 等 停机后的维护 停机后要打开规定的疏水门盘车期间保持油系统运转正常停机在两周以上的 开启通大气的疏水 放水 排汽阀门 每周油箱底部放水一次 起动油泵 油系统循环一次 活动调速系统一次 盘车30min 长期停机要考虑进一步保养措施 影响机组运行的关键因素 热应力 疲劳寿命损耗 热应力的基本概念 热变形受到约束时 在物体内部产生热应力 当物体的温度不均匀时 即使没有外界约束 也将产生热应力 热应力的数值可以用简单的虎克定律表达 转子热应力的特点 直接求取转子热应力很困难由于汽轮机是高速旋转的部件 目前尚无直接测量其金属温度及热应力的有效手段 需要通过理论计算来解决 有些进口的机组虽然装有转子温度探针 其实这种探针同样是通过数学模型来显示转子内外温差的 并非直接测量转子内外壁的温度 因此它的准确计算同样依赖于数学模型的建立 转子的热应力 过渡工况下的热应力 汽轮机在启动 停机或负荷变化时 转子金属内部将产生较大的温度梯度并由此产生热应力 这种过渡工况下的热应力是影响机组寿命损耗的重要因素 重点部位 汽轮机高 中压转子的前轴封段和前几级 在启停及负荷变动过程中 汽温的变化最为剧烈 导致了该部位温度梯度及热应力为最大 成为整个转子的最危险部位 转子的应力集中的部位 转子的应力集中的部位 在汽轮机转子外表面的叶轮根部圆角 轴肩以及槽沟等部位都存在不同程度的热应力集中现象 在机组启停时 这些部位特别是轴封弹性槽处的热应力可能达到很高的水平 是影响机组启停安全和寿命损耗的重点部位 热应力集中的特点 应力集中均密集在槽底1 2mm深度以内 在这个深度以外 应力迅速衰减至公称应力水平 因此初始裂纹深度常为1 2mm 在这个深度以外 原有的应力水平很低 当加工车去表面裂纹后 新表面还可有相当高的疲劳寿命 汽温波动对热应力的影响 当启动或正常运行时 由于锅炉燃烧或其它不定因素 常常引起主汽温的波动 导致调节级汽温也随之发生变化 调节级汽温对汽缸和转子热应力的影响 除了汽温变化幅度外 汽温的变化频率也是一个重要的因素 计算表明 如果汽温波动不超过25 在转子和汽缸上不会产生有害的热应力 压力的变化对热应力的影响 蒸汽的压力往往影响放热系数在一般粗略的计算中 可以把两者之间的关系归纳为 转子光轴处 高压轴封入口 外表面可以视为第三类边界条件 压力越大 对流系数就越大 热冲击 金属材料受到剧烈的加热或冷却 引起内部产生很大的温差 形成很大的冲击热应力的现象称为热冲击 热冲击时承受很大的热应力 有时仅一次热冲击就可能造成零部件的永久性破坏 汽轮机热态启动时 如主蒸汽管道暖管 疏水不充分或正常运行中 锅炉汽包水位失调而造成满水等均可能产生汽轮机的热冲击 同样 当电网或发电机故障而引起汽轮机甩负荷后带厂用电或空负荷运行 也将造成汽轮机的热冲击 热冲击可能对汽轮机产生严重的损伤 因此 在机组启停和正常运行中 应特别注意 寿命损耗 疲劳损伤由材料力学可知 金属材料在交变应力反复作用下 会出现疲劳损伤 即使应力不超过材料的屈服极限 经过一定次数的循环 交变应力反复作用 金属材料也将产生微观裂纹 如果应力足够大 则循环次数不多 材料也将断裂 寿命损耗 寿命工程上 将致裂疲劳循环周次 致裂寿命 称为 有效寿命 工程上 将产生宏观初始裂纹至断裂之间的循环周次 即断裂寿命与致裂寿命之差 称为 残余寿命 低周疲劳汽轮机在启停和工况变化过程中 转子承受交变热应力 这种低周疲劳的特点是 交变循环周期长 频率低 疲劳裂纹萌发的循环次数少 影响寿命损耗的因素 影响汽轮机寿命的因素有很多 如蠕变断裂 热脆性 热疲劳以及高温介质的氧化和腐蚀等 主要的影响因素是受到交变热应力作用引起的低周疲劳寿命损耗 以及受到高温和工作应力作用而产生的蠕变