联合循环发电设备的启动和停运.ppt

2020 3 31 1 燃气 蒸汽联合循环运行与维护 华北电力大学能源与动力工程学院 2020 3 31 2 燃气 蒸汽联合循环发电设备的启动和停运 燃气轮机的启动燃气轮机的停运余热锅炉一汽轮机的启动余热锅炉一汽轮机的停运母管制余热锅炉的并汽无烟气旁路的联合循环启停特点 2020 3 31 3 燃气轮机的启动 燃气轮机的启动过程可以自动按程序控制进行 亦可以分段进行 在调试过程中可以分段进行机组启动 而通常采用自动程序控制启动 2020 3 31 4 燃气轮机启动过程 机组启动步骤 1 启动前的检查 准备阶段启动前的准备是一项内容繁多而又细致的工作 启动前 必须对设备系统进行详细全面地检查 确认设备具备启动条件和确定应该采取的措施 并进一步掌握设备现状和特性 当一切设备均处于预启状态时 方可开始启动操作 2020 3 31 5 燃气轮机启动过程 2 启动盘车主机转子在静止状态 需要盘车装置有比较大的扭矩才能克服转子的惯性和静摩擦把转子缓慢转动起来 检查机组动静部分有无摩擦和异声 通常规定燃气轮机启动前盘车系统必须至少连续运行1h 2020 3 31 6 燃气轮机启动过程 3 冷拖 清吹盘车运行后 启动装置带动转子升速 清吹的目的是在机组点火之前 在一定的转速 约20 25 n0 下 利用压气机出口空气对机组举行一定时间的吹扫 吹掉可能漏进机组热通道中的燃料气或因积油产生的油雾 2020 3 31 7 燃气轮机启动过程 清吹的时间要根据排气道的容积来选择 至少能将整个排气道体积三倍的空气吹除掉 这样可避免爆燃 如果余热锅炉无旁通烟囱 则每次点火前都应进行清吹 而且清吹时间要相对延长 冷拖还用于机组假启动或启动失败时 以及运行停机及熄火以后 在这些情况下冷拖的目的是吹掉燃烧室内的积油或冷却机组 2020 3 31 8 燃气轮机启动过程 4 点火 暖机清吹结束后 机组转速降至点火转速 可进行点火 点火转速ni一般为机组额定转速的15 20 为了保证点火成功 点火时给出的燃料行程基准FSR比较大 即相应的燃料量比较多 使燃烧室启动富油点火燃烧 而且点火装置连续点火30 60s 2020 3 31 9 燃气轮机启动过程 如果火焰探测器探测到燃烧室中的火焰 控制系统便发出暖机信号 使机组进入暖机阶段 暖机的目的是使高温燃气通道中受热部件 气缸与转子有一个均匀受热膨胀的时间 减少热应力 保证机组在启动过程中有良好的热对中 防止转子与静子之间出现过大的相对膨胀而发生动静碰擦 从而安全启动机组 在1min的暖机期间 燃料行程基准FSR从点火值降到暖机值 供入机组的燃料量比点火时要少 2020 3 31 10 燃气轮机启动过程 假启动用以在燃气轮机检修后 检查机组或燃料系统的密封性和工作情况 由启动机带动至燃油喷油点火转速时只让燃油系统喷油而不点火 切除点火电源开关 假启动并不是每次正常启动所必需经过的步骤 2020 3 31 11 燃气轮机启动过程 5 升速暖机阶段结束时 由暖机计时器发出信号 使机组进入升速阶段 燃料行程基准FSR由控制系统按控制规范的规定上升 启动机的功率和透平发出的功率会使机组转速迅速上升 2020 3 31 12 燃气轮机启动过程 随着机组转速的上升 通过压气机的空气流量增加 压气机出口压力也增加 供入机组的燃料量也增加 因此透平的输出功率也增大 当机组转速在启动机的帮助下上升到50 60 n0的范围 且透平已有足够的剩余功率使机组升速时 启动机可以脱开而停止工作 这称为脱扣 脱扣之后燃气轮机靠自身加速至空载工况 2020 3 31 13 燃气轮机启动过程 2020 3 31 14 燃气轮机启动过程 6 全速空载机组转速达到95 n0时 运行转速继电器14HS投入发出信号 此时压气机防喘放气阀关闭 辅助滑油泵停止运转 机组继续加速进入全速空载状态运行 此时的机组转速略高于电网频率 在机组升速过程中应严密监视机组的振动情况 当转子通过临界转速时的最大振动值的变化是分析燃气轮机通流部分结垢或异常的最有效手段之一 2020 3 31 15 燃气轮机启动过程 2020 3 31 16 燃气轮机启动过程 燃气轮机投运时的标准启动曲线是比较和评价机组以后运行过程中参数变化的一个极好的参考标准 燃气轮机启动过程各个环节上的时间和转速以及燃料量信号 排气温度等均可自动记录下来 一旦这些系统和装置发生故障 通过启动过程中所记录的曲线 经过对比 能很快地找出故障所在部位或整定值的变化以及有关零件损坏情况 2020 3 31 17 并网 带负荷 1 同期阶段当机组进入全速空载状态后 启动控制系统退出控制 机组进入同期控制 所谓同期 就是发电机发出的交流电 其频率 电压和相位与电网的这三个参数相匹配 当同期条件满足时 发电机断路器自动闭合 称之为并网 2020 3 31 18 并网 带负荷 2 带负荷当机组完成同期并网后 机组转为转速控制 根据操作者指令 机组可以按如下方式带负荷 如果运行人员没有下达带负荷指令 并网后 则机组自动加载到旋转备用负荷 典型值为5 额定负荷 以防止系统频率升高 机组逆功率保护动作 并网 带负荷 2020 3 31 19 如果选择自动带基本负荷运行指令 则机组按规定的升荷率自动加载 MS7001E燃气轮机加载满负荷时间为12min 加载过程机组仍为转速控制 当机组带满基本负荷 机组由转速控制进入温度控制状态 如果选择中间某一负载值进行加载 则首先要向控制盘输入负载指令值 然后再按预选值进行加载 FSR逐渐增大 机组以规定的速率进行加载 2020 3 31 20 二 并网 带负荷 当操作者选择手动加负载时 则通过发电机控制盘上调节速度控制整定点升 降按钮70RS L4来进行 通常 手动加减负载的速率是自动加减负载速率的两倍 手动加载时其加载数值只能加到基本负载以内 2020 3 31 21 快速启动和快速加载启动 燃气轮机的运行方式一般可分为应急型 尖峰负荷型 中间负荷型和基本负荷型四大类 它们的年运行时间数 年启动次数 每次的连续运行时间数以及启动加载时间 彼此都有很大差异 2020 3 31 22 三 快速启动和快速加载启动 担任应急或尖峰负载的燃气轮机 快速启动时需注意以下参数的调整 重新调整点火转速信号的触发值 使其在10 12 n0提前动作 进行点火 减少或取消暖机时间 提高升速时FSR的上升速率 提高排气温度上升速率 典型值由2 8 s改为8 4 s 提高机组加速率限制 典型值从1 n0 s改为2 n0 s 2020 3 31 23 快速启动和快速加载启动 快速启动对机组寿命不利 所以非不得已时一般不采用 快速加载启动 仅仅在加载时的加载速率与手动加载不同 而启动过程和正常启动是一样的 2020 3 31 24 启动过程中参数的变化 点火 自持 脱扣 2020 3 31 25 启动过程中燃气温度点火后不久出现峰值 排气温度变化要比缓慢 点火前透平中热部件是凉的 点火后透平入口温度突然升高时要吸热 使得排气温度变化较为平缓 点火成功后的透平入口温度有一突升 使得启动过程曲线向上弯曲 突增量越大启动可能越快 但机组容易发生喘振 部件热应力增大 热冲击严重 放气阀关闭后 使启动过程曲线出现突跳 启动过程要限制透平入口温度 重型燃机启动过程透平入口最高温度要比低200 300 C或更大 启动过程中参数的变化 2020 3 31 26 启动过程中参数的变化 2020 3 31 27 升速过程中FSR两次减少 升速过程中原来冷的部件已经 吸足 了热量因而不再从燃气中热量吸收热量 稍小一点的FSR仍能满足机组加速的需要 机组到达运行转速之后不再继续升速 对透平输出功率要求减小 减小FSR有利于控制燃气温度不会急剧升高或急剧降低 避免受热部件热冲击 启动过程点火喷入燃料量较多 点燃后适当减少 之后随转速增加而增加 启动加速至空载工况 转速调节系统投入 燃料量降至空载值 启动过程中参数的变化 2020 3 31 28 透平入口温度和出口排气温度达到峰值下降的原因 压气机在较低转速范围时 空气流量随着转速的升高增量较小 而燃料量在点火时的突增量大 并且随后燃料量还在增加 使得透平入口温度很快增加 压气机加速至较高转速范围内 空气流量随着转速的升高增量变大 但燃料量增加量与原来差不多 使得透平入口温度升高变慢 压气机进口导叶开启后空气流量突然增大 透平入口温度最终由升高变为降低而出现峰值 由于热部件的吸热作用 排气温度变化曲线较入口温度曲线变化平缓 启动过程中参数的变化 2020 3 31 29 燃气轮机的停运 燃气轮机发电机组从带负荷的正常运行状态转到静止状态的过程称为停机 停机过程实质上是燃气轮机各金属部件的冷却过程 起主导作用的是停止向燃气轮机燃烧室供给燃料的过程 燃气轮机的停运方式 1 正常停机 亦称热态停机 既不同于燃气轮机点火前 冷拖时 停机 又区别于紧急停机 2020 3 31 30 当接到电网调度命令或运行中发现影响正常运行的故障 但尚不需采取紧急停机时 可以进行正常停机 停机过程中逐步减少燃料量 直到较低转速才切断燃料 减速过程中燃气温度不断降低 热部件中产生与加速过程时作用方向相反的暂时热应力 减速越快 该热应力也越大 一般的重型燃气轮机都以暂时热应力来限制减载的速度 燃气轮机的停运 2020 3 31 31 2 自动停机在运行中 控制系统检测到某些可能会影响机组的正常 安全运行的因素时 如压气机进气滤网压差高 轴承振动传感器失效等 自动触发燃气轮机的减负载 停机程序 3 保护跳机 在运行中 控制系统检测到某些危及机组安全运行的因素时 自动切断燃料供给 机组迅速停机 超速 超温 振动 熄火保护和燃烧监测保护系统动作 以及滑油母管压力和控制油工作压力降至最低值 润滑油母管温度高于上限值 机组各舱室发生火灾时等 燃气轮机的停运 2020 3 31 32 4 紧急停机在运行中 发现某些危及人身 设备安全运行的因素时 立即手动切断机组燃料供给 迅速停机的过程 正常停机和紧急停机过程除切断供给燃料的时间不同外 停机速度快慢相应地也不同 其他过程完全相同 燃气轮机的停运 2020 3 31 33 正常停机程序正常停机包括停机前的准备工作 减负载 解列及降低转速等过程 燃气轮机的停运 2020 3 31 34 当发电机负载减至零出现逆功率时 逆功率继电器动作 发电机断路器跳闸 发电机与电网解列 这以后FSR继续降低 机组开始减速 转速下降至95 n0或以下值 转速继电器14HS返回 压气机防喘放气阀打开 压气机可转导叶角度逐渐关小 辅助润滑油泵 辅助液压油泵 辅助雾化空压机等辅助设备投入工作 2020 3 31 35 1 正常停机的程序 在正常情况下 FSR逐渐下降 直至降到约20 n0转速或火焰探测器指明熄火时 主保护逻辑L4置O FSR箝位至零 关闭截止阀而切断燃料 主燃油泵离合器20CF失电脱开 机组则进人惰走 正常停机程序较之以前用转速降至95 n0或46 n0时切断燃料供应有较大改进 后者处于较高转速 熄火时热通道温度也较高 因而热应力也更大 当转速降至 零 转速时 盘车装置投运 机组开始冷机程序 2020 3 31 36 1 检查机组各部位振动情况 内部声音以及润滑油母管油压 2 记录机组熄火转速和惰走时间 正常停机时燃气轮机熄火至盘车投入的时间 情走时间的长短可以判断燃气轮机设备的某些性能 并可以检查设备的某些缺陷 3 自动投入盘车后 加强监视转子转动情况 倾听机组内部声音 并注意烟囱的冒烟情况 防止燃油漏入燃烧室贴壁自燃 停机过程中注意的事项 2020 3 31 37 冷运转时 机组仅由启动机带动 达到规定转速后运转10min左右 然后停运启动机 测定惰走时间 如果测得的时间不小于允许的正常数值 就表明内部没有增大阻力的异常情况 冷拖停机 2020 3 31 38 手动紧急停机的条件1 运行参数达到跳机限额 而自动保护装置拒动 2 机组内部有明显的金属撞击声 3 机组任何一轴承断油或冒烟时 4 压气机发生喘振 5 轮机间燃油管路大量漏油 6 机组突然发生强烈振动 振动值突增12 7mm s 7 运行中烟囱大量冒黑烟 机组燃烧恶化 8 发生其他危及人身和设备安全的情况时 手动紧急停机 2020 3 31 39 操作及注意事项1 可按压Mark V控制盘上紧急停机按钮 若在辅机间则扳动手动紧急事故跳闸装置或手击危急遮断器杆 均能使机组立即停机 2 机组紧急停机 主保护逻辑L14立即转 零 FSR降到0 发电机断路器跳闸 机组熄火 3 如属轮机转动部分故障 停机后 不应投入盘车 4 紧急停机后 查明原因 正确处理 2020 3 31 40 1 正常停机要立即进行盘车冷机 防止转子弯曲和叶片变形 2 在冷机状态任何时刻 机组可以启动 带负荷 3 盘车过程中转子缓慢冷却 一般情况下不少于24h 直到透平轮机间温度低于60 后 可以停止盘车 冷机过程中不可打开燃气轮机舱室门或打开保温板来加速冷却 冷机 2020 3 31 41 余热锅炉 汽轮机的启动 余热锅炉 汽轮机的启动是指把燃气轮机的排烟引入余热锅炉 产生参数合格的蒸汽 冲转汽轮机升速 并网 并将负载逐渐增加到额定负载的过程 在启动过程中 各部件的金属温度将发生剧烈的变化 即从冷态或温度较低状态加热到对应负荷下运行的高温工作状态 故启动过程实质上是对金属部件的加热过程 2020 3 31 42 一 余热锅炉一汽轮机的启动方式 为了在启动过程中将余热锅炉一汽轮机各部件的温差 汽缸与转子的胀差等控制在规定范围内 以减小各部件的热应力和热变形 并且在保证安全的条件下尽量缩短启动时间 就需要制订合理的启动方式 2020 3 31 43 按启动过程中主蒸汽的参数是否变化划分额定参数启动在整个启动过程中 从冲转直至机组带额定负载 电动主汽阀前的主蒸汽参数始终保持额定值 缺点是蒸汽与汽轮机金属部件间的初始温差大 冲转流量小 调节汽阀节流损失大 调节级后温度变化剧烈 零部件受到较大热冲击 为了设备安全 必须加长升速和暖机时间等 额定参数启动一般适用于昼开夜停调峰运行的余热锅炉一汽轮机 尤其是采用母管制供汽的汽轮机 启动方式分类 2020 3 31 44 一 按启动过程中主蒸汽的参数是否变化划分 滑参数启动启动时电动主汽阀前的主蒸汽参数随机组转速或负载的变化而滑升 汽轮机定速或并网后 调节汽阀处于全开状态 经济性好 部件加热均匀 故在单元制供汽的余热锅炉 汽轮机中采用 根据汽轮机在冲转时主汽阀前的压力大小又可分为滑参数压力法启动和真空法启动 2020 3 31 45 1 真空法启动余热锅炉启动前从锅炉汽包到汽轮机之间的蒸汽管道上的所有阀门均全部开启 机组热力系统上的空气阀 疏水阀全部关闭 汽轮机抽真空一直抽到汽包 余热锅炉升压产生蒸汽后 直接冲动汽轮机转子 此时主汽阀前仍处于真空状态 故称真空法 汽轮机的升速和带负载均由余热锅炉的烟气挡板或燃气轮机调整控制 2020 3 31 46 2 压力法启动余热锅炉启动前汽轮机主汽阀和调节汽阀处于关闭状态 只对汽轮机抽真空 锅炉启动升压后 待主汽阀前蒸汽参数达到一定值时开始冲动转子 冲转过程一般均由汽轮机调节汽阀控制 蒸汽参数不变 并网后随主汽参数提高逐渐增加负载 2020 3 31 47 2 滑参数启动 二者对比从理论上讲 真空法滑参数启动可以最大限度地减少蒸汽对汽轮机受热部件的热冲击 且操作简单 但是在余热锅炉控制不当时 可能使蒸汽带水 进入汽轮机 造成水冲击事故而损坏设备 此外 需要抽真空的系统庞大 不易控制转速等 因此 目前大容量联合循环机组广泛采用压力法滑参数启动 2020 3 31 48 二 1 按启动前汽轮机金属温度 内缸或转子表面的温度 水平分冷态启动 金属温度低于满负载时金属温度的40 或低于150 180 以下者 温态启动 金属温度介于满负载时金属温度的40 80 或介于180 350 者 热态启动 金属温度高于满负载时温度的80 或高于350 以上者 极热态启动 有的还把金属温度高于450 时称为极热态启动 按启动前汽轮机金属温度水平分 2020 3 31 49 二 按启动前汽轮机金属温度水平分 2 按照启动前余热锅炉汽包的压力分冷态启动 汽包没有压力的启动方式 温态启动 汽包压力小于50 额定压力的启动方式 热态启动 汽包压力大于50 额定压力的启动方式 2020 3 31 50 根据余热锅炉和汽轮机各自所处的状态 单元机组启动方式的选择原则1 余热锅炉 汽轮机均处于冷态时 机组按冷态方式启动 2 余热锅炉 汽轮机均处于热态时 机组按热态方式启动 3 余热锅炉处于冷态 而汽轮机处于热态时 余热锅炉用冷态方式选择升压率 机组的冲转时间 初负载暖机时间 升负载率按照热态启动方式选择 2020 3 31 51 按照联合循环发电机组配置方式可分为单轴机组的启动方式和分轴机组的启动方式 单轴机组还可分为 燃气轮机与汽轮机通过刚性联轴器连接的同步启动方式 通过3s联轴器连接的燃气轮机与汽轮机彼此独立的顺序启动方式 顺序启动方式与分轴机组的启动方式相似 按燃气轮机与余热锅炉 汽轮机的配置方式划分 2020 3 31 52 二 滑参数启动一般都采用机炉联合启动的方式 在启动过程中 余热锅炉蒸汽参数逐渐升高 汽轮机就用参数逐渐升高的蒸汽来暖管 暖机 升速 带负载 直至蒸汽参数达到额定值时 汽轮机可带到满负载或预定的负载 加快了联合循环机组的启动速度 滑参数启动不仅适用于单元制的余热锅炉 汽轮机系统 而且也可用于切换母管制系统的余热锅炉 汽轮机系统 启动时要将启动机炉切换成独立单元 余热锅炉 汽轮机的冷态滑参数启动 2020 3 31 53 余热锅炉 汽轮机的冷态滑参数启动余热锅炉启动余热锅炉上水当余热锅炉全部检查完毕 且确认整个机组具备启动条件时才能进行上水 上水温度和速度冷态上水温度与汽包壁金属温差应不大于40 尽量采用正温差 上水温度与汽包壁温度之间差值超过40 或更高 会产生较大温差 从而产生较大的附加应力 使汽包 联箱弯曲变形和管座焊日产生裂纹 2020 3 31 54 产生汽包壁温差的因素还与上水的速度有关 上水的速度越快 产生的温差就越大 要控制上水时间 但上水的时间又与上水温度有关 若上水温度与汽包壁温差很小 上水速度可以适当加快 水质的要求余热锅炉上水应为除氧除盐水 在余热锅炉上水前 锅内系统充满了空气 一般进人汽包的水温只有50 60 水与空气接触后 氧便或多或少的溶解于水中 从而引起锅炉金属的氧腐蚀 若余热锅炉启动前炉水水质不合格 应将存水放尽 重新上合格的水 2020 3 31 55 水位的要求余热锅炉在升压 升温的过程中 蒸发器中的炉水受热要膨胀 水将产生汽化 汽包水位就会逐渐上升 一般余热锅炉上水至汽包正常水位线下700mm左右 该水位又称为启动水位 2020 3 31 56 启动初期是一个非常不稳定的运行阶段 为确保余热锅炉设备的安全运行 锅炉受热前 应将各联锁 保护全部投入 为彻底清除可能残存在烟道内的可燃气体 防止燃气轮机点火时发生爆燃 余热锅炉启动前应进行彻底通风吹扫工作 通风时间应大于5 10min 强制循环余热锅炉在启动前先建立正常的水动力循环 即锅炉汽包进至启动水位后启动循环泵 使蒸发器水管内建立较高的质量流速 然后再进行锅炉的受热 升温 升压 余热锅炉启动 升压 2020 3 31 57 利用水的强制循环可使各受热部件得到均匀加热 使汽包内壁的温度能保持与汽水混合物的温度大致相同 从而保证在启动时汽包壁温均匀 避免了自然循环锅炉启动时汽包上下壁温差的限制 可以大大提高低负荷时锅炉启动速度 自然循环锅炉则利用余热锅炉吸热后产生的汽水比重差建立循环 由于汽水密度差相对较小 要想建立可靠的水循环比较困难 启动速度受到制约 2020 3 31 58 余热锅炉各部分逐渐受热 蒸发受热面和其中炉水的温度也逐渐升高 水开始汽化后 汽压也逐渐升高 从余热锅炉受热直到汽压升至工作压力的过程 称为升压过程 水和蒸汽在饱和状态下 温度和压力之间存在一定的对应关系 所以 蒸发设备的升压过程也就是温升过程 通常以控制升压速度来维持温升速度的大小 因为温差过大会产生较大的热应力而引起设备发生变形 故升压速度不可能太快 2020 3 31 59 升压初期 烟气充满程度较差 故受热面的加热不均匀程度较大 又由于受热面和炉墙温度较低 故受热面内产汽量少 不能从内部促使受热面均匀受热 因而 蒸发设备的受热面 尤其是汽包 容易产生较大的热应力 所以 升压过程的开始阶段温升速度比较慢 另一方面 压力愈低 升高单位压力时相应饱和温度的上升速度愈大 因此 开始的升压应特别缓慢 在升压的后阶段 汽包的上 下壁温差已大为减小 升压速度可以比开始升压初期阶段快些 但由于压力升高产生的应力也较大 后阶段的升压速度也不应超过规定的升压速度 2020 3 31 60 二 锅炉启动 升压 如比利时CMI公司170t h强制循环余热锅炉在启动过程中升压速率规定 当汽包压力小于1 5MPa时 升压率小于0 3MPa min 当汽包压力大于1 5MPa时 升压率小于0 4MPa min 荷兰NEM公司170t h强制循环余热锅炉只规定冷态启动升压率小于0 3MPa min 2020 3 31 61 二 锅炉启动 升压 余热锅炉启动 升压过程中注意事项在锅炉升压过程中 还应注意汽包上下壁温差和各受热面的膨胀情况是否正常 启动前后均应记好各部位的膨胀指示值 并且分析膨胀值是否正常 在升压过程中 除严格按规定的升压 升温曲线进行外 还应注意保护设备的安全 升压过程中对汽包的保护锅炉的启动过程中 汽包的受热是不均匀的 汽包壁的温度是不断变化的 2020 3 31 62 二 锅炉启动 升压 在锅炉进水时 汽包下半部壁温高于上半部壁温 余热锅炉受热后 水温逐渐上升 产生蒸汽 自然循环余热锅炉启动初期产汽量较少 水循环不良 汽包内的水流动很慢 由于蒸汽凝结时的放热系数要比汽包下半部水的放热系数大几倍 故汽包上半部温升较快 上半部壁温由低于下半部很快变为高于下半部壁温 因而 形成汽包壁温上部高下部低的温差 使汽包趋向于拱背状的变形 这样就必然产生热应力 上部金属受轴向压应力 下部金属受轴向拉应力 上下温差愈大 则热应力也愈大 一般规定 汽包上下金属的温差不许超过40 2020 3 31 63 二 锅炉启动 升压 防止余热锅炉启动汽包温差过大的主要措施 严格控制升压速度 尤其是低压阶段的升压速度应力求缓慢 这是防止汽包温差过大的重要的和根本的措施 在升压过程中 若发现汽包温差过大时 应减慢升压速度或暂停升压 控制升压速度的主要手段是控制烟气挡板的开度和调节燃气轮机的负载 此外 还可调节主蒸汽旁路的开度 升压初期汽压上升要稳定 尽量不使汽压波动太太 因低压阶段 汽压波动时饱和温度变化率很大 饱和温度变化大必将引起汽包温差大 尽量提高给水温度 给水温度低 则进入汽包的水温也较低 会使汽包上 下壁温差大 2020 3 31 64 二 锅炉启动 升压 升压过程中对过热器的保护余热锅炉在冷态启动前 过热器管内没有蒸汽流动 过热器处于干烧的状态 而起压后低温蒸汽又对受热面快速冷却 将造成交变的应力疲劳损伤 一般规定 在余热锅炉蒸发量小于10 额定蒸发量时 必须限制燃气轮机排烟温度不超过过热器金属温度允许值 随着汽包压力的升高 过热器内蒸汽流量增大 管壁逐渐得到良好的冷却 这时可逐渐提高烟温 2020 3 31 65 二 锅炉启动 升压 升压过程中对水位的控制余热锅炉在启动过程中 汽包水位会发生很大的变化 在启动过程中应严密监视 在升压过程中 有一些操作对水位会产生影响 如燃气轮机升负载 烟气挡板开大 汽轮机冲转和校验安全阀时 都会引起水位上升 在进行这些操作时 应提前有所准备 可将水位维持低一些 密切监视水位 当发现水位上升时 不要大量减少给水量 因此时水位上升是虚假水位 应及时补水 以保持水位正常 2020 3 31 66 二 锅炉启动 升压 省煤器的保护启动初期 余热锅炉只是间断的给水 在停止给水时 省煤器内局部的水可能汽化 甚至产生汽蚀 间断给水时省煤器的水温也就间断地变化 使管壁金属产生交变的热应力 从而影响金属和焊缝的强度 为了保护省煤器 大多数锅炉都装有再循环管 当停止给水时 开启再循环管上的再循环门 使汽包与省煤器之间形成自然水循环回路 以冷却省煤器 或从省煤器出口至除氧器装有一根再循环水管 这样 在整个启动期间就可使省煤器得到较好的冷却 2020 3 31 67 三 暖管 暖管用新蒸汽逐渐加热汽轮机电动主汽阀前主蒸汽管道的过程 称为暖管 电动主汽阀后至自动主汽阀前一段主蒸汽管道的暖管 通常与启动暖机同时进行 暖管过程中 必须严格控制金属管壁的温升速度 并随管壁温度的升高逐渐提高蒸汽压力 以保证管道均匀膨胀 若管壁温升速度过快 管道内蒸汽压力提高过急 会导致蒸汽与管壁温差及放热系数增大 造成管壁热应力增大 2020 3 31 68 三 暖管 暖管所需时间取决于管径尺寸 管道长短及壁厚 管子材料和蒸汽参数的高低等因素 一般中参数联合循环汽轮机的暖管时间为20 30min 高参数联合循环汽轮机为40 60min 暖管通常可分两步进行 即低压暖管和升压暖管 暖管压力一般由主蒸汽管道上的旁路阀和烟气挡板的开度或燃气轮机负载来控制 低压暖管采用低压力 大流量的蒸汽进行 一般维持在0 25 0 3MPa压力 大功率汽轮机维持在0 5 0 6MPa压力 管道内壁的温升速度一般控制在15 20 min 当管壁温度升高到上述压力下的饱和温度时 低压暖管即可结束 2020 3 31 69 三 暖管 升压暖管是通过逐渐提高蒸汽的压力和温度来进行的 直至蒸汽参数达到额定值时 暖管即告结束 升压速度取决于管道强度所允许的温升速度 一般中参数汽轮机为25 30 min 高参数汽轮机则不超过20 min 在暖管的初始阶段 疏水量大 疏水不能及时排走 积存于管内不仅影响传热效果 而且可能引起管道的水冲击 造成阀门 管道法兰的损坏 如果疏水进入汽缸内 还会发生更严重的水冲击事故 随着金属受热程度的增大 凝结的疏水量渐趋减少 疏水阀也应逐渐关小 当汽轮机冲转后或投入旁路后 锅炉侧主汽管道疏水可全部关闭 汽轮机侧疏水视情适当关小 2020 3 31 70 三 暖管 暖管过程中应注意管内汽流声音是否平稳 管道及其支吊架膨胀是否正常 如有异常情况 应停止暖管并分析原因设法消除异常情况后再进行暖管 暖管时应缓慢进行 不许采用倒暖管 防止疏水倒流产生冲击 当汽轮机主汽阀前的汽温汽压达到冲转要求值时 蒸汽管道暖管完毕 汽轮机冲转前的一系列准备工作做好 即可开始进行汽轮机的冲转 升速 2020 3 31 71 四 汽轮机冲转 升速 暖管汽轮机冲转 升速联合循环汽轮机的冲转一般用主蒸汽调节汽阀控制冲转 现代大型联合循环汽轮机的冲转过程通常由自动控制系统完成 启动过程中运行人员也可以进行干预 冲转时蒸汽参数的选择为了减缓冲转时产生的热冲击 冲转时宜采用放热系数较小的低压过热蒸汽 以便与汽轮机金属温度合理匹配 同时 在保证允许的金属温度变化率的条件下 低参数蒸汽将有较大的流量 使得机组可以很快达到并网带负载的条件 2020 3 31 72 四 汽轮机冲转 升速 汽轮机冲转时要求的蒸汽压力大约为20 30 的额定值 蒸汽压力太低会使冲转动力不够 压力太高则节流损失大 冲转蒸汽温度要高于对应压力下的饱和温度50 是微过热蒸汽 同时还要求高于汽轮机汽缸 转子的温度 汽轮机冷态启动时冲转蒸汽参数约为Ps 1 5 2 5MPa Ts 250 300 对联合循环余热锅炉来说 汽压通常能较早地达到这个要求 而汽温则因主蒸汽管道的长短而异 一般可用开大旁路的办法适当减缓升压速度 以等待汽温的升高 同时也可以保护过热器和再热器 2020 3 31 73 四 汽轮机冲转 升速 对于具有高压和中 低压两级旁路的系统 在汽轮机冲转之前 通常是高压旁路 一级旁路 全开 中 低压旁路 二级旁路 开20 50 再热汽压升到0 2MPa时 关闭再热器空气门及疏水门 汽轮机冲转后 随着汽轮机用汽量的增加 逐渐关小高压和中 低压旁路 冲转前真空建立过低时会增加冲转所需蒸汽量 增大摩擦鼓风损失 排汽缸温度升高 热膨胀过大将在转子中心引起振动以及损坏真空表计等 真空过高时 蒸汽焓降增大 冲转时会使汽轮机转速发生较大变化 不易控制 另外 冲转所需的蒸汽量将减少 影响汽缸加热效果 尤其对低压缸更为不利 2020 3 31 74 四 汽轮机冲转 升速 升速的操作转子一旦转动后 应立即关小或关闭冲转的阀门 保持转速在300 500r min下对机组进行听音等全面检查 确信无异常后 方可重新开启冲转阀门 进行低速暖机 对于单轴联合循环发电机组 为了防止汽轮机的通流部分因摩擦鼓风而发热 在燃气轮机点火的同时 必须向汽轮机喷注一定数量的冷却用蒸汽 也有的大型联合循环发电机组用辅助蒸汽冲转汽轮机 带动燃气轮机升速启动 2020 3 31 75 2 升速的操作 为防止各部件受热不均产生过大的热应力和热变形 在冲转后的升速过程中 需要有一定时间的暖机 暖机一般分为低速暖机 200 500r min 中速暖机 1000 1400r min 和高速暖机 2200 2400r mln 低速暖机对中参数汽轮机约为20 30min 高参数汽轮机由于此时暖机进汽量少 放热系数小 加热作用不大 仅是作为冲转后进行全面检查的一个阶段 因此时间较短 2020 3 31 76 2 升速的操作 中速暖机对高参数汽轮机大约需要15mim左右 中 低参数汽轮机可稍短些 因为大多数高参数汽轮机为挠性转子 中速暖机后要通过临界转速 若中速暖机不充分 高速暖机时金属温升率就可能过高 对挠性转子的汽轮机 在中速暖机结束之后 应增大进汽量 使汽轮机迅速通过轴系各阶临界转速 由于此时转速变化较快 进汽量变化较大 容易使金属部件产生较大温差 为避免其温差引起过大热应力 使各部件膨胀不匀而引起振动 当汽轮机通过临界转速后 应立即进行高速暖机 高参数汽轮机的高速暖机时间大约为30min 2020 3 31 77 2 升速的操作 升速过程注意事项汽轮机启动过程中 不仅转速发生变化 而且各部分金属温度也在逐渐升高 这个过程能否正确进行 将对汽轮机各个部件的热膨胀 热变形 热应力和振动等都有直接影响 在升速暖机过程中 应严格控制金属的温升率 即控制升速速度 对中参数汽轮机按5 10 n0 min升速 对高参数汽轮机 按2 3 n0 min进行升速 2020 3 31 78 2 升速的操作 升速时要监视汽轮机温度变化情况 一般以启动过程中温度变化比较剧烈的进汽室下汽缸内壁温度 或上下缸的平均温度 作为启动过程中金属温度的监视指标 升速暖机过程中还应严密监视机组的振动情况 当暖机不足 升速过快 引起各部件变形过大或中心偏移时 都会使机组振动异常 汽轮机定速后 应对各项监视指标进行全面检查 并进行调节及保护系统的静态试验 当确信一切正常且试验合格后 方可将机组并列和携带负载 2020 3 31 79 汽轮机与电网并列后 应立即带上少量负载而不宜在空负载下运行时间过长 因为在空负载时通过汽轮机的蒸汽量太少 不足以将转子转动时摩擦鼓风产生的热量带走 会使排汽缸温度升高乃至超过允许值 汽轮机金属温度的升高速度与负载的增加速度成正比 所以加负载过程中控制金属温升率就归结为控制汽轮机的加负载速度 允许的加负载速度取决于最危险区 通常指进汽室附近 金属的允许升温速度 一般中参数汽轮机为5 10 n0 min 高参数汽轮机为3 8 n0 min 汽轮机并列和带负载 2020 3 31 80 五 并列和带负载 在汽轮机从空负载至满负载的加负载过程中 除应严格控制金属温升率外 还应在几个不同负载阶段停留一段时间进行暖机 以控制各部件的温差不致过大 2020 3 31 81 六 二次蒸汽的供汽 多压联合循环的低压部分在启动时 达到全压所需要的时间要比置于上游的高压部分所需的时间长 因此 二次蒸汽通常是在汽轮机并网后加负载过程中并入汽轮机的 为避免汽缸本体热变形的影响 通常要求在低压进汽处主流蒸汽温度和低压补汽温度的差别不能超过50 二次蒸汽并汽 2020 3 31 82 七 单轴联合循环机组的启动 单轴联合循环机组的启动利用变频器启动的GT ST同步启动方式 VEGA109F单轴燃气 蒸汽联合循环机组的冷态启动曲线 该机组通过变频器借助于同步发电机作为启动机 余热锅炉是三压再热式循环系统 2020 3 31 83 1 利用变频器启动的GT ST同步启动方式 2020 3 31 84 1 利用变频器启动的GT ST同步启动方式 首先用变频器和同步发电机把整个转子升速到20 n0 在此转速下对燃烧室和余热锅炉清吹5min左右 随后把转子的转速降至10 n0左右 在第8min时向燃气轮机喷入燃料点火启动 到第22min时转子达到额定转速 历时共12min 即增速率为250r min 此后 燃气轮机同步并网 并开始携带负载 为了防止汽轮机的通流部分因摩擦鼓风而发热 在向燃气轮机喷入燃料点火的同时 必须向汽轮机喷注一定数量的冷却蒸汽 2020 3 31 85 1 利用变频器启动的GT ST同步启动方式 当燃气轮机并网后 大约在2 5min内带上燃气轮机自身基本负载PGT的20 其增负载速率为8 PGT min 带少量负载的目的是为了维持较低的透平排气温度T4 390 以避免余热锅炉启动过程的热冲击 在20 PGT负载工况下维持运行40min 以便使余热锅炉缓慢地升压 在升压过程中 余热锅炉的高压和中压蒸汽的压力和温度都能达到稳定状态 高压蒸汽的参数为5 5MPa 360 中压蒸汽的参数为1 2MPa 330 2020 3 31 86 1 利用变频器启动的GT ST同步启动方式 升压过程结束后 燃气轮机的功率仍然维持为20 PGT不变 在机组启动后的第65min左右 可以把高压蒸汽和中压蒸汽供入汽轮机 使其逐渐携带负载 在15min之内汽轮机的功率增至自身额定功率PST的15 在此负载工况下燃气轮机和汽轮机均维持恒定负载运行20min 使汽轮机进行暖机 以便下一步加负载 在这个阶段内燃气轮机的排气温度恒定为390 蒸汽的参数则继续恒定为5 5MPa 360 和1 2MPa 330 2020 3 31 87 1 利用变频器启动的GT ST同步启动方式 从机组启动后的第100min开始 燃气轮机可以逐渐增加负载 相应地汽轮机的负载也随之增升 大约要耗费70min 才能使燃气轮机的功率由20 PGT增至基本负载 汽轮机的功率则由15 PST增至满负载 当燃气轮机的功率增加时 燃气轮机的排气温度首先增高 相应地高压蒸汽和中压蒸汽的温度也逐渐地按线性关系增高 但高压蒸汽的压力PHP和中压蒸汽的压力PIP却仍然维持恒定不变 PHP一直要恒定到第125min时为止 而PIP则要恒定到第112min时为止 大约到燃气轮机的负载达到50 PGT左右时 高压蒸汽和中压蒸汽的压力和温度都将随燃气轮机负载的增加而不断地按线性关系增加 2020 3 31 88 大约当燃气轮机的负载达到75PGT时 燃气轮机的排气温度T4 达到最高值600 随着燃气轮机负载的进一步增高 压气机的进口可转导叶将逐渐打开 T4 由600 渐降至额定负载工况下的585 在这个负载范围内 利用调整压气机进口导叶角度的方法以控制压气机的进气流量 使透平前的燃气初温恒定不变 这将有利于提高联合循环的变工况效率 在这个阶段内 蒸汽参数也相应地在增高 最终会使高压蒸汽参数达到11 0MPa 540 中压蒸汽参数达到2 7MPa 540 2020 3 31 89 2 利用辅助蒸汽启动的GT ST同步启动方式 利用辅助蒸汽启动的GT ST同步启动方式在这种模式的单轴联合循环装置中 由其他设备或辅助锅炉提供蒸汽驱动汽轮机来启动 当转速低于燃气轮机开始产生正的加速扭矩的转速时 单轴联合循环装置的转速和加速两者均受汽轮机调节汽阀的控制 随着转速增加 逐渐转换到受燃气轮机燃料阀控制 当转速超过80 n0时 将完全受燃气轮机的控制 并且汽轮机调节汽阀位置保持不变 以便提供冷却流量防止汽轮机低压段过热 2020 3 31 90 三 热态启动 热态启动热态启动主要是余热锅炉一汽轮机停机不久或是夜间停机以后的启动 汽轮机在短时间停机期间未完全冷却 加上各金属部件的冷却速度又不相同 所以存在着一定的温差 并将造成动静间隙变化 给热态启动带来困难 因此在启动前应测试各部分金属的温度 并采取一些相应措施 以使汽轮机能顺利启动 尽快接带负载 2020 3 31 91 三 热态启动 热态启动参数的确定一般单元机组锅炉热态启动达到汽轮机冲转的参数主要根据汽轮机高压缸内上壁金属温度而定 汽轮机冲转前进入汽轮机的蒸汽温度应高于汽轮机高压缸内上壁金属温度50 100 一般70 左右为最佳 由于启动初期主蒸汽管道温度较低 暖管需一定时间 故余热锅炉过热器出口蒸汽温度应较汽轮机要求的进汽温度高20 30 热态启动时的主蒸汽压力一般应与汽温相适应 但不宜过高 因汽压过高当汽轮机冲转时调速汽门节流损失大而且进汽分配不均匀 故一般热态启动时汽压为额定压力的20 左右 2020 3 31 92 三 热态启动 热态启动前应具备的条件热态启动前盘车装置连续运行不少于4h 以消除转子临时产生的热弯曲 汽轮机上下缸温差应在允许范围内 汽轮机胀差应在允许范围内 汽轮机大轴晃度不允许超过规定值 转子在没有残余热挠曲状态是汽轮机热态启动的关键条件 热态启动时 汽轮机会很快升到额定转速 不能期待在升速过程中矫正转子的残余热挠曲 因此 热态启动前必须检查确认转子没有热挠曲 即大轴晃动度不超限 2020 3 31 93 三 热态启动的特点 热态启动注意事项 热态启动时要先送轴封蒸汽后抽真空 以防冷空气进人汽缸内 汽轮机在热态下 高压转子前后轴封与中压转子前轴封金属温度均较高 仅比汽缸后温度低30 50 如果不先向轴封供汽就开始抽真空 则大量的冷空气将从轴封段吸入汽缸内 使轴封段转子收缩 胀差负值增大 甚至超过允许值 另外还会使轴封套内壁冷却产生松动及变形 缩小了径向间隙 轴封供汽温度应根据转子表面和汽缸温度水平及胀差确定 汽缸金属温度在300 以内时 轴封用低温汽源 当汽缸金属温度高于300 时 应投高温汽源 为此热态启动时要使用高温轴封蒸汽 2020 3 31 94 三 热态启动的特点 热态启动因升温 升压变化幅度较小 故允许变化率较大 升温升压速度可较冷态启动快些 根据汽轮机热态启动要求的参数与余热锅炉启动前尚有参数之差来确定升温升压幅度及升温升压速度 根据高压缸第一级金属温度在热态启动曲线上确定汽轮机冲转参数 如初负载 指高压缸调节级汽温与金属温度不匹配度低于精确匹配线以下所确定的最低负载 5 额定负载保持时间 升速率 2020 3 31 95 三 热态启动的特点 热态启动升速过程中或并网后可不必暖机 只要检查和操作能跟上 应尽快地达到对应于该温度水平的冷态滑参数启动时汽轮机汽缸温度对应的工况 然后可按冷态滑参数启动曲线进行直到带至满负载 冲转过程中 密切注意机组振动及上下缸温差 检查各管路疏水畅通 防止汽缸内进水或冷气 2020 3 31 96 三 热态启动的特点 2020 3 31 97 三 热态启动的特点 2020 3 31 98 三 热态启动的特点 在热态启动过程中燃气轮机和汽轮机在45min内就能够带满负载 燃气轮机达到基本负载 汽轮机为95 PST 汽轮机的负载增速率为10 PST 燃气轮机只需在15 PGT条件下暖机15min 但在冷态启动过程中则需要耗费180min左右的时间 才能使燃气轮机和汽轮机达到上述负荷水平 当余热锅炉中的高压蒸汽起压之后 就可以打开蒸汽的旁路阀 使蒸汽旁通进入凝汽器 在汽轮机打开调节汽阀之前 旁通蒸汽量将随余热锅炉中蒸汽压力的增高而逐渐加大 当汽轮机开始携带负载后 蒸汽旁路阀将逐渐关小 2020 3 31 99 余热锅炉一汽轮机的停运 余热锅炉 汽轮机从带负载运行状态卸去全部负载 解列发电机 余热锅炉停止受热和供汽 到汽轮机转子静止下来的过程 称为停运 停运过程实质上是各部件降温冷却的过程 因为各部件的冷却条件不同 也将出现温差 产生热应力和热变形 其情况与启动过程正好相反 由于金属部件的快速冷却比快速加热更危险 而且汽轮机通流部分的动叶进口边与静叶出口边的轴向间隙小于动叶出口边与下级静叶进口边的轴向间隙 当停机出现负胀差时 对汽轮机的安全威胁更大 因此 在停机减负载过程中 对金属温差 温度变化率 温降率 的控制数据应比启动过程更为严格 停机过程中的减负载速度应小于启动过程中的加负载速度 2020 3 31 100 余热锅炉一汽轮机的停运 停运方式分类当余热锅炉一汽轮机根据电网调度停机时 称为正常停机 如果电网或运行设备突然发生事故时强迫停机 称为事故停机 由于停机目的不同 还可以把正常停机分为额定参数停机和滑参数停机 2020 3 31 101 余热锅炉一汽轮机的停运 如果停运后要求余热锅炉蒸汽压力 汽轮机金属温度保持在较高水平 以便随时启动 则采用额定参数停运方式 此时在减负载过程中主蒸汽参数维持在额定值不变 只通过关小汽轮机调节阀减少进汽的方法减负载 额定参数停机适用于昼开夜停的联合循环机组 2020 3 31 102 余热锅炉一汽轮机的停运 如果希望停运后余热锅炉 汽轮机金属温度降到较低水平 以利于检修 对单元制或切换母管制汽轮机可采用滑参数停机 滑参数停运时 汽轮机调节阀全开 依靠燃气轮机负载降低 烟气温度下降 主蒸汽压力和温度的逐渐降低将机组负载逐渐减到零直至停机 由于蒸汽参数降低 通流部分通过的是大流量 低参数的蒸汽 各金属部件可以得到较均匀地冷却 热应力和热变形都较小 2020 3 31 103 一 额定参数下的正常停运 额定参数正常停运余热锅炉 汽轮机额定参数下停运过程主要可以分为减负载 解列发电机 转子惰走 余热锅炉停止受热等几个阶段 余热锅炉 汽轮机停运前应对余热锅炉各受热面进行一次全面吹灰 然后以3 5MW min的速度降负载 减负载时 逐渐关小调节汽阀减少进汽量 使负载下降至零 2020 3 31 104 一 额定参数下的正常停运 在减负载过程中必须严格控制汽轮机金属的温降率和温差变化 通常要求降压速度应为0 1 0 15MPa min 温降率在4 5 min之内 因此每减一定负载后 应停留一段时间 使汽缸和转子温度均匀下降 另外 还应控制好胀差的变化 特别是大功率汽轮机 由于转子和汽缸的质面比相差较大 在减负载过程中往往使胀差负值增大较多 2020 3 31 105 一 额定参数下的正常停运 在减负载过程中应将必要的辅助系统切除 还应随时调整轴封供汽维持其正常工作 为防止高压缸前轴封处转子因漏汽量减少 温度下降过快而使胀差负值过大 要适时投入高温供汽汽源 在汽轮机减负载过程中 应逐步减少余热锅炉热负载 降低燃气轮机负载或关小烟气挡板 在减负载过程中 还须注意不使汽轮机在较低负载和空负载工况下停留时间过长 因为此时蒸汽流量小 进汽室温度降低 使汽缸热应力增大 同时也使转子与汽缸 特别是低压部分 胀差负