超超临界机组运行特性.pdf

超超临界机组运行特性超超临界机组运行特性超超临界机组运行特性超超临界机组运行特性 范浩杰范浩杰范浩杰范浩杰 上海交通大学上海交通大学上海交通大学上海交通大学 热能工程研究所热能工程研究所热能工程研究所热能工程研究所 TelETelE mail mail hjfan hjfan 一 超超临界机组的运行特性一 超超临界机组的运行特性 1 低负荷滑压运行 超超临界机组的良好性能是基于低负荷滑压运行 即主汽压力随着 负荷的降低而降低 低负荷滑压运行 超超临界机组的良好性能是基于低负荷滑压运行 即主汽压力随着 负荷的降低而降低 2 负荷变化范围负荷变化范围 超超临界机组的负荷可在超超临界机组的负荷可在10 100 BMCR之间变动 锅炉最 低稳燃负荷约 之间变动 锅炉最 低稳燃负荷约30 BMCR 在约 在约35 BMCR以上时纯直流运行 以上时纯直流运行 在丹麦 当带厂用电运行时 蒸汽通过高低旁路排入凝汽器 在丹麦 当带厂用电运行时 蒸汽通过高低旁路排入凝汽器 3 负荷变动率负荷变动率 超超临界机组的负荷变化范围很大 负荷变动率也很高 超超临界机组的负荷变化范围很大 负荷变动率也很高 由于超超临界机组的高效率只有在高参数 高负荷时才显示出 来 同时由于超超临界机组厚壁部件热应力对负荷变动率的限 制 因此 超超临界机组在运行中应尽可能带高负荷 并尽量避 免大幅度和快速变动负荷 由于超超临界机组的高效率只有在高参数 高负荷时才显示出 来 同时由于超超临界机组厚壁部件热应力对负荷变动率的限 制 因此 超超临界机组在运行中应尽可能带高负荷 并尽量避 免大幅度和快速变动负荷 通常降负荷时的负荷变动率要比升负荷时要求的更严一些 通常降负荷时的负荷变动率要比升负荷时要求的更严一些 4 负荷阶跃负荷阶跃 对于超超临界机组 在对于超超临界机组 在70 95 MCR负荷范围内 能做到负荷范围内 能做到5 额定负荷的负荷阶跃 其中 额定负荷的负荷阶跃 其中2 5 以上在 以上在5秒内完成 其余秒内完成 其余2 5 在 在30秒内完成 仅通过停止凝结水及相应的抽汽快关阀 秒内完成 仅通过停止凝结水及相应的抽汽快关阀 在在70 负荷以下另需采用汽轮机进汽阀节流来获得 负荷以下另需采用汽轮机进汽阀节流来获得5 的负 荷阶跃 也就是在负荷阶跃前 机组必须改进滑压运行方式 的负 荷阶跃 也就是在负荷阶跃前 机组必须改进滑压运行方式 在在40 MCR 负荷时 为满足 负荷时 为满足5 的负荷变动率 汽轮机节 流约为 的负荷变动率 汽轮机节 流约为8 10 5 启动时间启动时间 热态启动通常发生在晚间停机后 温态启动通常发生在周末停机后 热态启动通常发生在晚间停机后 温态启动通常发生在周末停机后 二 超超临界机组运行的一些特殊问题二 超超临界机组运行的一些特殊问题 1 汽流对转子的激振增加 汽流激振力提供的能量强弱取决于蒸汽密度和激振位置 超 超临界机组高压部分的蒸汽密度极大 级间压差大 相应的 蒸汽激振力也大 因此 超超临界机组汽流对转子的激振增 加 除要研究和精心设计轴系及汽封结构外 在运行中对轴 系稳定性问题要格外地精心调试和组织 汽流对转子的激振增加 汽流激振力提供的能量强弱取决于蒸汽密度和激振位置 超 超临界机组高压部分的蒸汽密度极大 级间压差大 相应的 蒸汽激振力也大 因此 超超临界机组汽流对转子的激振增 加 除要研究和精心设计轴系及汽封结构外 在运行中对轴 系稳定性问题要格外地精心调试和组织 2 固体颗粒冲蚀趋于严重固体颗粒冲蚀趋于严重 超超临界机组采用直流锅炉 锅炉及再热器管道内产生的氧化剥 离物 超超临界机组采用直流锅炉 锅炉及再热器管道内产生的氧化剥 离物 取决于压力 温度 材料氧化特性及机组运行方式取决于压力 温度 材料氧化特性及机组运行方式 进入蒸 汽中 使汽轮机高中压主汽调节阀 第一级喷嘴 动叶和再热后 第一级静叶片 动叶片受到的固体颗粒冲蚀趋于严重 进入蒸 汽中 使汽轮机高中压主汽调节阀 第一级喷嘴 动叶和再热后 第一级静叶片 动叶片受到的固体颗粒冲蚀趋于严重 3 关键零部件的疲劳损耗趋于严重关键零部件的疲劳损耗趋于严重 超超临界机组压力 温度的提高后 要解决好锅炉 汽轮机耐 压部件的强度 壁厚 膨胀 蠕变 热应力和低周疲劳性能之 间的矛盾 超超临界机组压力 温度的提高后 要解决好锅炉 汽轮机耐 压部件的强度 壁厚 膨胀 蠕变 热应力和低周疲劳性能之 间的矛盾 若汽轮机转子材料仍用铬钼钒钢时 为适应若汽轮机转子材料仍用铬钼钒钢时 为适应600 的再热进汽 温度 要采用蒸汽冷却转子的高温部分 使其工作温度降至 的再热进汽 温度 要采用蒸汽冷却转子的高温部分 使其工作温度降至 510 左右 这也要解决好汽轮机中压进汽部分的冷却技术 包 括冷却方式 冷却效果及转子温度场 温度应力及兼顾部件强 度 膨胀 蠕变 热应力和低周疲劳性能之间的矛盾 左右 这也要解决好汽轮机中压进汽部分的冷却技术 包 括冷却方式 冷却效果及转子温度场 温度应力及兼顾部件强 度 膨胀 蠕变 热应力和低周疲劳性能之间的矛盾 在满足对超超临界机组的运行性能的要求时 还要兼顾和解决 超超临界机组关键零部件的疲劳损耗趋于严重的问题 在满足对超超临界机组的运行性能的要求时 还要兼顾和解决 超超临界机组关键零部件的疲劳损耗趋于严重的问题 三 旁路系统三 旁路系统 对超超临界机组而言 当输电线路等故障 当机组只带厂用电运 行 对超超临界机组而言 当输电线路等故障 当机组只带厂用电运 行 即即FCB工况工况 或维持或维持3000r min空转运行时 此时旁路系统吸收 锅炉负荷与汽机负荷之差 且尽可能不使安全阀动作 则旁路容量 选择比较大 空转运行时 此时旁路系统吸收 锅炉负荷与汽机负荷之差 且尽可能不使安全阀动作 则旁路容量 选择比较大 高压旁路容量至少要高压旁路容量至少要75 BMCR容量以上 低压旁路容量可以采 用 容量以上 低压旁路容量可以采 用50 BMCR容量 旁路阀全开时间不超过容量 旁路阀全开时间不超过3秒 若旁路系统仅满 足正常启动时机组的要求 旁路容量一般选用约 秒 若旁路系统仅满 足正常启动时机组的要求 旁路容量一般选用约40 BMCR容量左 右 容量左 右 我国超超临界机组旁路系统宜选择两级串联旁路系统 使机组具 有较高的运行灵活性 以加快机组的启动速度 缩短启动时间 并 具有较好的调峰能力 机组旁路系统的容量应结合机组的运行方式 及旁路系统具有的功能来确定 我国超超临界机组旁路系统宜选择两级串联旁路系统 使机组具 有较高的运行灵活性 以加快机组的启动速度 缩短启动时间 并 具有较好的调峰能力 机组旁路系统的容量应结合机组的运行方式 及旁路系统具有的功能来确定 四 高蒸汽参数对锅炉启动系统及变负荷运行特性的影响四 高蒸汽参数对锅炉启动系统及变负荷运行特性的影响 1 锅炉启动系统锅炉启动系统 直流锅炉在启动前必须建立一定的启动流量和启动压力 强迫工质 流经受热面 使其得到冷却 直流锅炉在启动前必须建立一定的启动流量和启动压力 强迫工质 流经受热面 使其得到冷却 直流锅炉不像汽包锅炉那样有汽包作为汽水固定的分界点 而在启 停或低负荷运行过程中有可能提供的不是合格蒸汽 是汽水混合物 甚至是水 直流锅炉不像汽包锅炉那样有汽包作为汽水固定的分界点 而在启 停或低负荷运行过程中有可能提供的不是合格蒸汽 是汽水混合物 甚至是水 直流锅炉必须配套一个特有的启动系统 以保证锅炉启停和低负荷 运行期间水冷壁的安全和正常供汽 直流锅炉必须配套一个特有的启动系统 以保证锅炉启停和低负荷 运行期间水冷壁的安全和正常供汽 启动流量一般选取为额定流量的启动流量一般选取为额定流量的30 35 丹麦 丹麦 30 MCR 我国引进前苏联超临界锅炉启动流量为我国引进前苏联超临界锅炉启动流量为30 MCR 石洞口二厂锅炉 石洞口二厂锅炉 35 MCR 日本超临界锅炉日本超临界锅炉25 30 MCR 推荐的超超临界锅炉启动系统为 内置式分离器启动系统 我国 扩容器式内置式分离器启动系统 推荐的超超临界锅炉启动系统为 内置式分离器启动系统 我国 扩容器式内置式分离器启动系统 2 高蒸汽参数对锅炉变负荷运行特性的影响高蒸汽参数对锅炉变负荷运行特性的影响 a 高参数对锅炉变负荷速率的影响 亚临界自然循环汽包锅炉允许变负荷速度为 高参数对锅炉变负荷速率的影响 亚临界自然循环汽包锅炉允许变负荷速度为0 6 MCR min 控制循环汽包锅炉 控制循环汽包锅炉 3 6 MCR min 螺旋管圈式直流锅炉 螺旋管圈式直流锅炉 5 8 MCR min 超超临界机组的调峰速度主要取决于汽轮机热应力 胀差等因 素 锅炉变负荷速度完全可以满足机组的负荷变化速度 国外超 超临界机组的变负荷速度一般为 超超临界机组的调峰速度主要取决于汽轮机热应力 胀差等因 素 锅炉变负荷速度完全可以满足机组的负荷变化速度 国外超 超临界机组的变负荷速度一般为2 MCR min b 超超临界锅炉的调峰幅度超超临界锅炉的调峰幅度 安全性 超超临界锅炉最低负荷主要决定于水冷壁的安全负荷 一般超超临界锅炉的最低稳定负荷为 安全性 超超临界锅炉最低负荷主要决定于水冷壁的安全负荷 一般超超临界锅炉的最低稳定负荷为30 35 BMCR 经济性 调峰幅度还应考虑锅炉不投油最低稳燃负荷 经济性 调峰幅度还应考虑锅炉不投油最低稳燃负荷 c 锅炉滑压运行应注意的几个问题锅炉滑压运行应注意的几个问题 锅炉负荷降低时 水冷壁中的质量流速也按比例下降 在直流运 行方式下 工质流动的稳定性受到影响 为了防止出现流动的多值 性不稳定现象 要限制最低直流负荷时水冷壁入口工质欠焓 同时 压力不能降得太低 一般最低压力在 锅炉负荷降低时 水冷壁中的质量流速也按比例下降 在直流运 行方式下 工质流动的稳定性受到影响 为了防止出现流动的多值 性不稳定现象 要限制最低直流负荷时水冷壁入口工质欠焓 同时 压力不能降得太低 一般最低压力在8MPa左右左右 即所谓定一滑一定 运行方式 即所谓定一滑一定 运行方式 低负荷时 水冷壁的吸热不均匀将加大 可能导致温度偏差增大 低负荷时 水冷壁的吸热不均匀将加大 可能导致温度偏差增大 在临界压力以下运行时 会产生水冷壁管内两相流的传热和流 动 要防止膜态沸腾而导致的水冷壁管超温 在临界压力以下运行时 会产生水冷壁管内两相流的传热和流 动 要防止膜态沸腾而导致的水冷壁管超温 在整个滑压运行过程中 蒸发点的变化使水冷壁金属温度发生变 化 要防止因温度频繁变化引起的疲劳破坏 在整个滑压运行过程中 蒸发点的变化使水冷壁金属温度发生变 化 要防止因温度频繁变化引起的疲劳破坏 随着机组蒸汽参数提高 有些部件可能采用奥氏体钢 这样对机 组运行方式可能产生不利影响 过热器末级受热面高温腐蚀危险性 更大 随着机组蒸汽参数提高 有些部件可能采用奥氏体钢 这样对机 组运行方式可能产生不利影响 过热器末级受热面高温腐蚀危险性 更大 五 高蒸汽参数对汽轮机变负荷运行特性的影响五 高蒸汽参数对汽轮机变负荷运行特性的影响 限制机组启停和变负荷运行的主要因素有 限制机组启停和变负荷运行的主要因素有 汽轮机蒸汽室 阀门和内缸热应力增加 汽轮机蒸汽室 阀门和内缸热应力增加 汽轮机转子低周应力增加造成转子寿命缩短 汽轮机转子低周应力增加造成转子寿命缩短 因剥离物造成汽轮机叶片固体颗粒侵蚀加重 因剥离物造成汽轮机叶片固体颗粒侵蚀加重 高压转子因蒸汽激振力冲击的增加使轴系稳定性问题趋于严重 汽 轮机在启动和停机过程中的振动 高压转子因蒸汽激振力冲击的增加使轴系稳定性问题趋于严重 汽 轮机在启动和停机过程中的振动 需要改进汽轮机的控制系统以缩短再次启动和带负荷的时间 其中汽轮机蒸汽室 阀门和内缸热应力 转子周期应力和启动 时间约占限制机组启停和变负荷运行因素的 需要改进汽轮机的控制系统以缩短再次启动和带负荷的时间 其中汽轮机蒸汽室 阀门和内缸热应力 转子周期应力和启动 时间约占限制机组启停和变负荷运行因素的70 对超超临界机组的要求是能以最小的寿命损耗进行启停 和变负荷运行 机组的运行特性应满足下列要求 负荷变化范围 对超超临界机组的要求是能以最小的寿命损耗进行启停 和变负荷运行 机组的运行特性应满足下列要求 负荷变化范围 35 100 MCR 启动时间 见表启动时间 见表4 41 增负荷速率 增负荷速率 30sec内内 5 MCR 负荷变化率 见表负