汽机旁路控制系统.ppt

旁路与启动 目次 汽轮机及锅炉旁路系统旁路与汽轮机运行2 1汽轮机启动2 2旁路容量匹配2 3保证安全运行的设计与控制3 三种启动规范 LPTurbine 锅炉产生的蒸汽全部或部分 绕过汽机 过热器 减温 减压 进入凝汽器 1 汽轮机及锅炉旁路系统 单双回路幻灯片30 不设旁路 美国一级旁路 主蒸汽直接进入凝汽器 不保护再热器 Pr及Tr提升慢 不利于热态启动 国内部分 长兴 铁岭等 锅炉一级5 疏水旁路 旁路系统的配置分类 初期来源于直流炉 一定压力和流量才能运行 必须设置点火系统清洗水质 幻灯片3 二级串联旁路 满足快速启动要求 保护再热器 Pr及Tr满足汽机热态启动要求 目前国内主要大容量具有启动 溢流 安全功能的旁路系统 除启动外 还具备快速降负荷功能 FCB带厂用电 代替锅炉过热安全门 三用旁路控制阀 欧洲 如石洞口二厂 提高灵活性 使锅炉与汽机能独立运行 冲转前循环保证参数要求 水质 硬质颗粒 提供辅助蒸汽 缩短参数协调时间 再热压力提前增压升温 对热态快速特别重要 旁路的功能 保护再热器 有利于锅炉 目前锅炉并不坚持 快速负荷变化 接受机炉流量不平衡量 回收工质 电厂特殊运行工况要求 甩负荷停机不停炉 带厂用电运行 保证电网安全 替代过热器安全阀 再热安全阀等释放阀 环保要求 2 旁路与汽轮机运行2 1汽轮机启动 启动基本要求汽机对蒸汽参数的要求温差 速率及寿命损耗 汽轮机启动及运行的基本要求使汽轮机部件维持适当的热应力水平 保证足够的使用寿命 避免局部热 冷 损伤是汽轮机在启动 负荷变化 甩负荷等各种工况运行中最基本的要求 按 温差 寿命损耗 变化速率 规律避免热应力损伤按气动原理 注意小容积流量下 高背压 的鼓风发热损伤 幻灯片12 汽机启动前参数的要求 汽机的参数是个范围一定温差范围内可不计寿命损耗 冷冲击温差要求更严汽机对压力限制更松 压力要求往往来自锅炉 汽包炉4 2MPa 甚至可更低 杨柳青6MPa 聊城 5MPa 冷 10MPa 热 超临界 日立 5 4MPa ABB超 8MPa 三菱超8 92MPa 要注意启动阀门流量 压力特性的匹配 STC主汽门小阀启动 切换转速与阀门的能力 西门子 三菱及STC核电主调门启动 STC汽机启动参数的要求 冷态最高温度 426 最高压力不大于12 8MPa 56 过热度 其他20 50 再热温度 260 再热压力 0 828MPa 热态对转子 第一级后温度 的冷冲击 56 日立 28 其他 0 点评 参数要求全面 合理 统一以温差为基准 再热压力与背压 对背压要求 考虑温度影响 保护低压缸 超 超超临界冷态 主蒸汽温度 360 400 最高压力9MPa 冷态 150 360 440 压力无限制 西门子启动参数要求 冷态 点评 360 压力超过9MPa 过热度小于56 压力无限制是 超临界热态 主蒸汽温度 min 430 压力无限制 超超热态 主蒸汽温度 min 560 压力无限制 西门子启动参数要求 热态 点评 超临界热态430 意味着第一级约 56 的冷温差 超超临界热态560 意味着第一级0 的冷温差 双重热应力标准 欧洲大旁路 炉不停 易满足热态启动0温差要求 汽机进汽参数范围按选定的进汽参数求出第一级处蒸汽温度第一级处的转子与蒸汽温差由温差决定寿命损耗和变化速率 温差 变化速率及寿命损耗幻灯片7 弹性计算力学理论 局部应力 应力集中 超过材料的屈服极限 应力重新分配 材料的硬化 重复一定次数出现足够引起损伤的裂纹 为低周疲劳极限 它与应力大小有关 应力由两部分组成 转速有关的离心力 热应力 作为合理的设计 离心力应为低周疲劳应力的40 以下 对一特定的机组 可控的是热应力 大小取决于温差和变化速率 该大小又决定了疲劳次数 汽轮机冲转曲线 举例 金属温度250 启动参数8MPa 425 并网5 负荷时 温度升到475 则启动时间为40min 30min 70min 变负荷曲线 举例 5 负荷蒸汽475 8MPa 升到满负荷 调节级后温升80 由430到510 蒸汽温度升高63 由475到538 总温升80 63 143 按0 01 寿命损耗 求得时间83min 从冲转到满负荷共153min幻灯片47 转子寿命损耗计算 对高中压转子分别以高压调节级后 中压以第三级后按图表决定寿命损耗率 取大的数值作为转子的损耗 高中压可采用同样的图表寿命损耗对应一个回合的升降负荷 如升降损耗率不同 应求取当量损耗率还要单独计算启动及停机时 转子汽封处温差变化引起的寿命损耗 显然温差越大 损耗越大在其他规定的运行参数内 不另计寿命损耗 幻灯片13 2 2旁路容量匹配高低压旁路设置旁路容量 HP旁路由锅炉厂提供 为实现锅炉启动及保护过热器满足锅炉启动要求 汽包炉5 超临界25 35 为满足汽机的参数要求 容量越大 时间越短 为调峰 过热器安全门功能 甩负荷的稳定安全 欧洲普遍配100 容量高压旁路高旁容量定义通常为BMCR压力下的流量与BMCR流量之比 锅炉再热器可干烧时 锅炉方面没容量要求 但LP旁配置可加快提升再热压力及温度 高低串联流量连续 LP旁路由设计院配置 容量定义 按额定负荷再热压力下通流量与额定再热量之比 也有按70 负荷再热压力下通流量与额定再热量之比 基准压力越低 同样比例下的旁路容量越大 汽机对再热压力有限制 取决于锅炉负荷 LP容量 35 容量满足冷 热态汽机参数要求 包括主汽56 过热度及中压大于260 冷态可省时间3小时 45 50 满足极热态汽机启动参数要求85 以上可满足甩负荷时 锅炉维持在40 负荷不投油 FCB功能 替代再热安全门功能 旁路容量匹配 高旁容量由锅炉决定 容量定义为XX 的BMCR流量 额定压力低旁流量 HP的流量 喷水量 低旁容量确定 1 容量 GV 还取决于LP的压力定义 2 校核能否满足汽机对旁路压力的要求 3 校核能否满足启停及特别工况的溢流要求 LP旁路进口压力定义影响容量的大小以及通流量 LP压力越低 容量 尺寸及通流量 越大 见下例 600MW举例 BMCR 2028t h 启动时LP旁路容量的校核 按BMCR压力定义 30 高旁容量配置的LP旁路在启动再热压力0 828MPa时的通流量为 GLP 0 828 3 61 30 BMCR HP喷水量 约等于9 的额定主流量 按70 负荷的压力定义 30 高旁容量配置的LP旁路在启动再热压力0 828MPa时的通流量为 GLP 0 828 2 25 30 BMCR HP喷水量 约等于15 的额定主流量进入凝汽器的低旁出口流量为GLP再加低旁喷水流量 FCB要求的LP旁路容量 锅炉40 BMCR 举例 甩负荷 汽机空转 锅炉不投油40 工况 高旁出口流量40 712t h LP旁路容量计算 按额定再热参数定义 为 折算到基准压力下的通流量GHP 3 234 1 354 712 1700t h 考虑温度修正 通流量GHP为1400t h 空载流量5 约90t h 应配置低旁通流量GLP 1310t h 容量比例约为90 2 3保证安全运行的设计与控制 带与不带旁路启动防HP鼓风损伤关键技术 单 双回路 各种带旁路启动模式 高排压力及温度保护 高中压流量调节流量升程特性设计 高中压阀门流量升程曲线 通风阀 主门小阀启动 汽机带旁路启动 汽机不带旁路启动 锅炉再热压力 温度提升快 易满足汽机启动参数要求锅炉再热量 汽机再热量 汽机再热压力Pr由旁路决定 与中压进汽量不成比例 中压调门必须控制 除低压排汽端外 高压排汽端要防鼓风发热损伤要求旁路压力稳定 可控 锅炉再热压力 温度提升慢 对冷态的260 对热态造成冷冲击锅炉再热量 汽机再热量 汽机再热压力Pr与中压进汽量成比例 中压调门全开 不控制 仅低压排汽端要防鼓风发热损伤 汽机不带旁路启动 旁路系统状况 1 仅锅炉5 的启动疏水旁路 不配低压旁路 如大多美国机组 2 仍配容量30 左右的高低压两级串联旁路 中国电厂 加快参数到位的时间 冷态省3小时 极热态难以升温 锅炉点火到汽机冲转前 带旁路运行 当参数达到汽机要求时 旁路切除 再热器处在 干烧 状态 仅控制高压进汽 中压门全开 称高压缸启动模式 单回路蒸汽系统 高压缸启动 不带旁路的单回路蒸汽 启动时间长 热态与汽机无限制的快速启动不匹配单回路 主调门进汽 高压缸排再热器 进中压缸 低压缸 凝汽器各段压力 流量 2640r min 3 额定流量 3000r min5 额定流量 并网5 负荷 10 额定流量 安全性节点 热应力 控制温差 高压第一级 中压第三级 汽封 及速率 鼓风仅在低压末端 汽机带旁路启动 锅炉点火到汽机冲转 带负荷 始终带旁路运行 启动时锅炉再热器不处在 干烧 状态 加快锅炉参数的提升 可适应特殊工况的要求 FCB 停机不停炉 大幅度快速调峰 汽机 压力 流量 不连续 再热压力不取决于进中低压缸的流量 中压调门控制启动过程 汽机带旁路启动关键是中压调门控制启动 带旁路启动的本质是 中压调门控制启动过程 实际有 中压缸启动模式 仅中压调门控制 高压调门不再控制 高 中压联合启动模式 除中压缸调门控制外 高压调门仍继续参与控制 安全性节点 热应力 控制温差 速率 低压末端鼓风 高压末端鼓风 防止HP鼓风损伤的关键技术点 单 双回路及通风阀压力限制 压比 温度保护高中压汽量调节控制 单 双回路及通风阀幻灯片3 双回路 冲转到并网 高压排汽与低压旁路隔离 高排逆止门关闭 高压排汽通过高排通风阀与凝汽器连接 中压缸启动必须双回路 单回路 高排汽与低压旁路相通 高排逆止门开 高中压缸联合启动可单回路 也可双回路 避免双回路高压排汽鼓风损伤的两个关键 连接高压排汽与凝汽器的高排通风阀 高压缸的进汽流量 汽机带旁路启动的配置 点评 日立 东汽 主推中压缸启动模式 高中压启动 通风阀关闭的单回路 1 2MPa压力下 高排最高鼓风温度到424 中压缸启动 通风阀开的双回路 1 2MPa压力 并网时降到0 8MPa 下 高排最高温度为310 日立高中压启动不足的原因在于采用了单回路形式 日立的通风阀是可调节的 在中压缸启动切换到高压调门过程中 通风阀逐渐关闭 点评 中压缸启动模式 必须双回路 通风阀起抽真空作用 冷态冲转前 高压缸要预暖 由高压排汽进 通过进汽回路通风阀 凝汽器 启动升速过程要有暖机 AST倒暖到1000r min 对高中压合缸机组日立在400r min热泡后 1500r min暖机2 5小时 使高压缸得到加热 约370 STC也为高压缸设置600r min流量 增加倒暖系统 并设置倒暖背压保护 抽真空保护 仅IP进汽 对旁路稳定性要求更高 否则易波动 本体的差胀特性对参数要求严格 否则易振动及LP正差胀跳机 对再热参数要求严格 冷态不能大于400度 热态必须超过金属温度50 100度 点评 西门子主推高中压启动模式 高中压启动 旁路压力低于2MPa 采用通风阀关闭的单回路 但其圆筒结构的高排压力限制为2MPa 高排温度限制为530 正式曲线为510 与单回路相配 热应力关注的重点是高压缸 冷态启动前阀门要加热 然后高压缸先进汽 高中压流量按高排温度自动控制 如高排温度高 则增加高压开度 减小中压缸开度 两个调门及两个再热调门控制转速 点评 西门子启动独特之处 除极冷态 大小修后 所有的启动均5分钟达到3000r min 以操作充分简化 要求差胀性能特别好 按速率与温差 热应力肯定大 由一系列应力特性特别好的结构来实现 包括大量的膨胀波纹管 L型密封 点评 STC启动模式 主汽门小阀控制转速 控制更平稳 高中压调门开度可设比例调整流量比 为防高压鼓风损伤 设置多道保护控制 高压排汽通过通风阀与凝汽器相连 保证高排不超温 中压缸从开始冲转就有足够的加热 在加负荷过程不会出现其他方式中压转子热应力高的问题 安全节点控制严格 先保证低压不鼓风损伤 中压先进汽 达到2640r min 即3 流量后 中压停开 并转到HP主门 在2900切换到调门时高中再同时进汽 点评 STC启动模式 阀门切换 转速停顿多 先IP 600开HP主 暖机2000 2640停IP 转HP主 2900转HP调门 小阀控制要注意转速 流量 与压力参数的匹配 高压缸汽量 即通风阀流量受参数及尺寸限制 低速过程中通风阀可能使高压转子温度太低 停机时高压降温太快 如改为可调式 增加控制程序 通风阀易漏 影响运行经济性 ABB及西门子按高排温度自动调整流量的功能更为科学 点评 西门子HP缸能承受更恶劣的鼓风工况单回路启动的高排压力高 更为不利 启动时高排保护限制 按高排温度控制高中压进汽流量 ABB无启动时态划分 全过程由热应力控制 AST按转子热应力控制主调门及再热调门开度 并有高排真空及高排压力 1 7MPa 跳机保护 STC中压先进汽 设置开度比例 显示转子热应力 有高排压力 温度及高压缸压比的限制及保护西门子高压先进汽 并按高排温度调整高压与中压门的开启度 ABB 热应力控制全过程 实时的相对应力 转子应力与极限允许应力之比控制启动的速率 决定是否定速 定负荷暖机 先按金属温度确定转速初始速率 200 5 300 10 升速过程 100 下降转速 中压 高压阀门开度比K 冲转时为1 高压略超前 并网后逐步升到5 即中压开100 高压开20 开度比按 自动调整 如高排温度超 K下降 即增加高压进汽流量 K最小为0 2 并网初始设定5MW 10MW min 按 自动增减速率或决定是否定荷暖机 ABB 热应力控制全过程 两个关键点 因冲转主要关注HP进汽 中压进汽很小 故带负荷后 中压转子热应力 易超 低负荷要定荷暖机 要求再热温度必须较大的正温差 冷态20 温热态50 100 高排温度保护 投 自动调整开度外 还有温度及压力跳机保护 AST中压缸热应力监视器 高压缸暖机190 开始冲转 到1050r min结束 中压启动压力1 5MPa 满足15 负荷 要使切换到HP时 高压排汽不超温420 高排压力限制为1 7MPa热应力监视器计算热应力余量系数K 理想为0 全过程高压及中压转子热应力监视 指导运行人员控制保护设置 在超限时 决定定负荷暖机 主调门流量特性设计 中压调门流量特性设计 在0 2600r min为保证中低压至少3 流量 高中压阀门升程比例按小于等于1考虑 在下列两种情况下 可增加中压的开度 启动压力低 或启动阀尺寸小时 为了留有使高压进汽独立升速2600 2900的能力 通风阀能力达不到5 时可增加中压的开度比例DEH中均要设立压力修正 流量升程特性设计 通风阀尺寸 1981年300MW 6寸 杨柳青300MW为高中压联合启动 10寸 600MW也多为10寸 对高压缸启动模式 对单回路的高中压启动 该阀没用 仅停机时放汽用 对双回路的高中压启动要通过高压缸的流量 该阀对高中压流量匹配有关系 如10寸阀对300MW杨柳青5 60t h 对600MW仅2 5 流量 在确定阀门流量时 为保护高压排汽 以压力不超过0 6MPa 温度360 为基准 阀门流量按临界计算 通风阀可否可不用 300MW有的用户不选用 仅能高压缸启动 单回路 如日立 西门子通风阀仅放汽功能 主汽门小阀启动 STC核电由456mm口径的阀门启动 开度也仅0 4mm 三菱 哈汽在超临界600MW没小阀 直接用主门或调门冲转启动 其他公司均直接用主调门 无小阀 流量特性太陡 影响低转速稳定性 沁北超临界600MW的启动出现主门开度太小 高中压流量控制不准确 易受干扰 不稳定的问题 对将来运行留下隐患 暖机时高压转子始终90 说明高压没汽 采取手动调节通风阀开度 金属温度波动大对蒸汽参数要求高 临时由三菱的8 92MPa 360 改为5 4MPa 360 其中也有日立锅炉的问题 3 为用户提供三种