第12章 汽轮机自启动旁路和旁路控制系统(王4万字).doc

第一章第一章 汽轮机自启停和旁路控制系统汽轮机自启停和旁路控制系统 第一节第一节 汽轮机自启停系统汽轮机自启停系统 一 概述一 概述 汽轮机自启动指汽轮机启动过程中的各步序都自动完成 即从暖阀到日标负荷 包括 选择目标转速 升速率 高低速暖机时间 初负荷保持时间 目标负荷 升负荷率等 汽 轮机在启动过程中要测定和控制转子热应力 汽缸及主要阀门的有关温差 使其在允许条 件下 以最快速度升速 以缩短启动时间 在给机组加载或减载时 应根据应方是否在允 许范围内 决定加裁或减载速率 尽可能地提高机组响应外界负荷的能力 又将汽轮机的 寿命消耗控制在正常范围以内 还要控制汽轮机各辅助系统和辅机的运行 在升速期间 机组升速到第一次保持转速时 一方面进行速度保持 一方面定时计算转子最大应力 直 到计算出的结果小于允许应力时便中断保持 将速度升到上一档并保持转速 在给机组加 载或减载时 随着应力的增加 加载率就会自动降低 如果超过了允许应力水平时 就保 持负荷 允许应力是可以由操作员选择的 其数值相对于寿命消耗而变化 高 正常和低 的寿命消耗对应的应力限值不一样 当采用较高的应力限值时就意味着选择了较高的寿命 消耗 在启动全过程中 还要监视汽缸及主要阀门的有关温差 如果有任何温差接近其限 值 就要开始保持加热量不变或者负荷不变 因此汽轮机启动和加载 减载是一个极其复杂 的测定和控制过程 对于大型再热机组其任务尤为繁重 汽轮机自启动系统 TAS 又称自动汽轮机控制 ATC 要具有极其复杂的测定 计算和 控制功能 一般要通过使用计算机方能实现 平圩电厂 北仑港电厂的 600MW 机组汽轮 机自启动功能是内汽轮机的 DEH 系统来实现的 华能上海石洞口二厂 600MW 超临界机组 的自启动系统的功能扩大到整个单元机组的自启动 从锅炉点火前的机 炉辅机的启动 锅炉点火 升温升压 制粉系统 磨煤机组 的投运等 直到带满负荷 均由机组自动管理 系统 UAM 即机组自动启动系统发出指令 在操作人员少量干预下自动完成 例如 磨 煤机组启动台数需操作员预先手动设置后自动完成启动 其机组自动管理系统 UAM 由分 散控制系统 N 90 的硬件和软件来实现 二 汽轮机的启动过程基本步骤二 汽轮机的启动过程基本步骤 a 暖管 暖阀 b 冲车至暖机转速 c 暖机 d 升速至额定转速 e 额定转速暖机 f 并网 g 低负荷暖机 h 带至额定负荷 在以上的每一步中都面临的 2 个问题是 如何判断当前情况是否已经满足向下一步进行 的条件 如何判断在执行当前这一步时 当前的热力参数及应力情况是在允许范围之内 这 2 个问题是整个汽轮机启动过程中的核心问题 也是那些不能实现自启动的汽轮机在启 动过程中需要运行人员运用经验来人为判断的原因 三 瑞金电厂三 瑞金电厂 350MW350MW 机组的自启动控制机组的自启动控制 空缺 第二节第二节 旁路控制系统旁路控制系统 从汽轮机安全运行出发 在冲转启动时 对来自锅炉的冲转蒸汽的温度 压力和流量 有一定的要求 从冲转启动到并网带负荷 也要求蒸汽参数能满足随汽机的需要而变化 锅炉设计首先是按最大连续出力和额定蒸汽参数设计布置受热面 由于锅炉在汽机冲转启 动和并网带负荷过程中往往不能按汽机所需的蒸汽温度 压力和流量来工作 特别是再热 机组 也就是说在启动 停机过程中锅炉和汽机的运行是不协调的 在满足了蒸汽温度和 压力时 锅炉的产汽量往往比汽机冲转进汽量大得多 设置汽机的旁路系统就是为了使锅 炉和汽机能以非协调方式运行 另一方面 对于超临界机组来说 固体颗粒侵蚀现象要比 亚临界机组严重 采用旁路系统可以减少启动过程中因过热器的温度变化而产生固体颗粒 的数量 同时把产生的颗粒全部排到凝汽器 使汽机免受其害 设有旁路系统的机组特别适应调峰机组快速启动或停机的要求 同时能大量节省暖机 和稳燃的费用与时间 火力发电机组中的汽轮机和锅炉在工作特性上存在较大的差异 同时根据中间再热式 汽轮发电机组的运行要求 再热蒸汽的压力一般要随机组的负荷变化而变化 因此 目前 大多数中间再热式单元机组均配备了不同型式和容量的旁路系统 该系统是中间再热式单 元机组的重要辅助系统 旁路系统使锅炉所产生的蒸汽部分或全部地绕过汽轮机通过减温 减压直接排入凝汽器或大气 这种设计不但改善了机组的安全性 而且增强了机组运行的 稳定性 灵活性和经济性 一 旁路系统的型式 一 旁路系统的型式 1 一级 整体 旁路系统 此种旁路系统的蒸汽旁通整台汽轮机 直接引至凝汽器 其特点是系统简单 投资少 适用于采用高压缸启动的机组 在启动过程中汽轮机中压调节阀在机组运行过程中处于全 开状态 不参与调节 便于操作 可满足机组起动 停机过程中回收工质并加快起动速度 的要求 另外在启动过程中高压缸排汽容积流量大 鼓风损失小 不用担心高压缸排汽温 度的升高 由于再热器流量来自高压缸排汽 流量较小 再热器基本处于干烧状态 因此一级大 旁路的缺点是再热蒸汽系统的暖管升温受到限制 对机组的热态起动不利 也使锅炉再热 系统的材质 布置及再热器区的烟气温度受到限制 在运行中一级旁路系统调节灵活性不 高 负荷适应性较差 不能完全起到旁路系统应有的作用 2 二级旁路系统 该系统由高压和低压旁路串联组成 其特点是在机组起动和甩负荷时保护再热器 防 止其干烧损坏 能够满足热态起动时蒸汽温度与汽缸壁温的匹配要求 缩短机组在各种工 况下的起动时间 满足机组带中间负荷及调峰的需要 此系统的适应性较强 是目前国内 大容量火电机组普遍采用的一种旁路型式 3 三级旁路系统 该系统由一级与二级旁路系统并联而成 系统的适应性强 运行灵活 满足机组的各 种运行工况 兼有一级大旁路系统和二级串联旁路系统的优点 但其系统复杂 钢材消耗 量大 投资昂贵 现在基本上已不再采用 4 三用阀旁路系统 该系统的特点是高压旁路阀兼有启动调节阀 减温减压阀和安全阀的作用 故称为三 用阀 三用阀系统亦为二级旁路系统 容量配置较大 一般推荐采用 100 容量的高压旁 路 60 70 容量的低压旁路 并设置带有附加控制的再热器安全阀 三用阀是可控的 能实现快速自动跟踪超压保护 省去了锅炉过热器安全阀 通过调节控制汽压以适应机组 不同工况的滑参数起停和运行 机组甩负荷后 锅炉不立即熄火能带厂用电运行 事故排 除后机组即可重新带负荷 既减少了锅炉起停次数 又减轻了对汽轮机的热冲击 缩短恢 复带负荷时间 三用阀的结构尺寸小 便于布置和检修 由于三用阀具有多种功能 对热 控和调节系统等方面的要求较高 使液压控制难度增大 耗功较高 全容量旁路系统的管 道尺寸增加 使其投资增加很多 欧洲大容量超超临界机组一般采用三用阀旁路系统 如 SIEMENS 主机的大部分旁路 ALSTOM 主机的部分超 超 临界机组亦采用三用阀旁路 系统 二 旁路系统的主要功能 二 旁路系统的主要功能 1 改善机组起动性能 机组冷态或热态起动初期 当锅炉产生的蒸汽参数尚未达到 汽轮机冲转条件时 这部分蒸汽由旁路系统通流到凝汽器 以回收工质和热能 适应系统 暖管和储能的要求 2 适应机组的各种起动方式 在机组起动时 可通过控制高压旁路阀和高旁喷水阀 来控制新蒸汽压力和中 低压缸的进汽压力 以适应机组定压运行或滑压运行的要求 单 元机组滑参数运行时 先以低参数蒸汽冲转汽轮机 随着汽机暖机和带负荷的需要 不断 提高锅炉的主蒸汽压力和主汽流量 使蒸汽参数与汽机的金属状态相适应 3 保护再热器 在锅炉起动或汽轮机甩负荷工况下 锅炉新蒸汽经旁路系统进入再 热器 以确保再热器不超温 注 部分再热器能承受干烧的机组可选择一级大旁路 4 汽轮机短时故障 可实现停机不停炉运行 停机时 锅炉产生的新蒸汽经旁路系 统减温 减压后进入凝汽器 回收了工质 5 电网故障时 通过旁路系统的能量转移 机组可带厂用电负荷运行 6 当主蒸汽压力或再热蒸汽压力超过规定值时 旁路阀迅速开启进行减压泄流 从 而对机组实现超压保护 总之 汽机旁路系统具有起动 泄流和安全三项功能 从而较好地解决了机组起动过 程中机 炉之间不协调问题 改善了起动性能 对于再热器保护问题 回收工质问题都可 解决 特别是对调峰机组 旁路系统的作用更是明显 三 旁路控制系统功能三 旁路控制系统功能 汽机旁路系统的功能要想得到充分的应用 必须配备一套完善的控制设备 旁路控制 系统的功能也应该是完备的 由于国内大多数单元机组配置两级串联的旁路系统 因此对 于两级串联旁路系统 其控制系统应包括以下的子系统 高压旁路控制系统 1 主蒸汽压力及汽轮机甩负荷压力保护回路 2 主蒸汽压力自动给定和手动给定控制回路 3 高旁后蒸汽温度控制回路 低压旁路控制系统 1 再热蒸汽压力及汽轮机甩负荷保护回路 2 再热器出口蒸汽压力控制回路 3 低旁后蒸汽温度控制回路 4 凝汽器保护回路 设置了以上子系统的旁路控制系统 可起到以下控制作用 1 高压旁路控制系统 1 当主蒸汽压力超过限值 汽轮机甩负荷或紧急停机时 高压旁路系统可迅速自 动开启进行泄流 维持机组的安全运行 2 在机组起动过程中 主蒸汽压力给定值依据机组起动过程中各阶段对其值的不同 要求 自动或由运行人员依据运行现状手动给出 控制系统按给定值自动调整旁路阀开度 保证主蒸汽压力随给定值变化 3 高压旁路开启后 为保证高压旁路出口蒸汽温度满足再热器的运行要求 控制系 统自动调整喷水阀开度 控制喷水量达到调整温度之目的 2 低压旁路控制系统 1 当再热蒸汽压力超过限值 或汽轮机甩负荷时 控制系统可立即自动开启低压旁 路阀和喷水阀 以保证机组安全运行 在手动或自动停机时 低旁阀也会自动快速开启 2 在机组运行期间 再热蒸汽压力是一与机组出力有关的变数 低压旁路控制系统 可依据机组的出力给出再热蒸汽压力定值 通过调整低压旁路阀的开度来保证再热蒸汽压 力在给定值 而满足机组的运行要求 3 为保证凝汽器正常运行 低旁后的蒸汽温度应在规定的范围内变化 低压旁路控 制系统可自动调整喷水量来保证温度在该范围内变化 4 由于低压旁路系统出口蒸汽直接排入凝汽器 鉴于凝汽器的安全运行 应不能对 凝汽器的真空和水位造成影响 因此 当出现凝汽器真空过低 水位过高 喷水阀出口水 压过低或喷水阀打不开等情况时 控制系统可迅速关闭低压旁路阀 解列低压旁路系统 无论是进口旁路还是国产旁路 均应有完善的调节 控制和保护功能 压力控制 能 控制主蒸汽和再热蒸汽压力 设有定阀位控制 定压控制和跟踪滑压控制以适应机组定压 滑压运行 低压旁路设有低压力限值 以保证启动阶段再热器的最小通流量 设有高压力 限值 以保证机组升负荷后低旁阀位全关 温度控制 能控制高 低压旁路阀后温度 保 持再热器冷段蒸汽温度及不使凝汽温度过高 以实现不同蒸汽流量工况下的变参数调节 旁路阀快开 快关功能 为了机组及设备的安全 快关优先于快开 高旁阀开 低旁 阀开 低旁阀关 高旁阀关 快开 在机组事故工况下 旁路快开 起超压保护作用 快 关 高旁出口温度过高或低旁关闭均使高旁快关 在凝汽器真空低 凝汽器温度高 凝汽 器水位高 低旁减温水压力低等均使低旁快关 四 旁路系统的控制特性四 旁路系统的控制特性 旁路系统的控制特性是指系统中的阀门特性 衡量旁路系统性能优劣的重要标志是阀 门特性的好坏以及执行机构的动作速度和可靠性 目前 旁路系统中的执行机构一般分为 电动执行机构 液动执行机构和气动执行机构三种 其性能参见下表 比较内容气动执行机构液压执行机构电动执行机构 行程速度 较快 在实现回收工质的功能的 同时 对高压缸 凝汽器等系统 设备起到保护作用 动作快 能及时 保护系统设备 较慢 对系统设备保 护作用较差 动力要求 仅需要电厂常规的 5 7kg cm2的压 缩空气 执行机构本身备有过滤减 压阀 对气源品质无特殊要求 且执行机构本身备有储气罐 提 高了安全性可靠性 体积小 提升力 大 关闭严密 要求满足最低电压 否则马达无法动作 失电 失 气保护 在无动力下 靠储气罐使阀门动 作到安全位置 保障安全生产 运行费用高 耗 电大 在无动力下 阀门无 法动作 可靠性 无转动部件 运行非常可靠 免 维护 油系统接头易漏 需采用抗燃油 必须通过机械转动来 实现动作 频繁工作 转动部件易损 维 修 因系统简单 无转动部件 维修 最为简单 维修工作量大 转动部件易损 需经 常更换部件或电机 重 量较 轻较 重很 重 价 格较 贵贵较便宜 因此 气动旁路系统的优点在于系统简单 功能完善 能完全达到简易旁路的功能 回收工质 而液动旁路阀门的动作速度更快 可以实现快速开启和关闭 对系统设备特别 是对高压缸和凝汽器等重要设备起到保护作用 因此江西瑞金电厂 350MW 旁路控制采用了气 动执行机构 但是需注意以下几点 一般气动执行器调节精度有限 执行器阀门定位器维修较困难 注意气源品质 如气源带水等因素易造成阀门定位器的损坏 堵塞生锈 六 旁路控制装置六 旁路控制装置 空缺 第三节第三节 瑞金电厂瑞金电厂 350MW350MW 旁路控制系统介绍 旁路控制系统介绍 TBPTBP 为了降低火力发电厂的单位千瓦投资及降低单位发电煤耗 取得更好的综合经济效益 目前我国火力发电机组的建设向高参数大容量的方向发展 同时与主机配套的各类辅助设 备的容量与价格也在增涨 华能集团提出了 经济适用 系统简单 备用减少 安全可靠 高效环保 的基建原则 在此情况下 江西瑞金电厂 350MW 超临界机组采用了 40 流量 的一级旁路型式 系统的设计按以下功能考虑 1 使机组能适应频繁起停和快速升降负荷 并将机组压力部件的热应力控制在合适的 范围内 2 改善机组的启动性能 缩短机组启动时间 减少汽机的寿命损耗 对于直流炉来说 汽机旁路更具有重要作用 例如 直流锅炉有最低直流运行的负荷 工况 此工况下产汽量往往大于汽机耗汽量 因此需要旁路按设定压力维持升压和稳压 协调机炉之间的差别 根据上述功能要求