调峰与变压运行.ppt

调峰和变压运行，海外特别是西欧，日本非常重视新设计单元的调峰性能，这些单元的容量大多在500MW以上，而且1000MW的超临界压力单元也设计成可变压运行和双换档运行。调峰单元的主要性能要求是： (1)良好的起停特性。 夜间负荷下降时停止数小时后，次日负荷高峰时可在短时间内施加满负荷，启动损失小，设备可靠性高，热应力和寿命损失小。 (2)能够在低负荷下维持稳定的运转。 (3)能够以足够快的负荷变化速度安全稳定地升降负荷。 (4)即使在低负荷运转时也能维持高热效率。 单元可能参与峰值调整的方式如下：负载跟踪方式恒压运行或变压运行； 两班制运转方式机组白天完全运转，夜间停止68小时，早晨在炎热状态下启动。 在少汽无负荷方式夜间的电网负荷下降时，将单元负荷减少到零，困惑，从电网吸收少量的电力，在维持怠速运转的同时，为了迅速夺取送风摩擦产生的热量，持续向汽轮机供给少量的低参数蒸汽。 早晨电网出谷时，再次带负荷，转入发动机方式。 低速旋转热备件在使负载为零之后与电网断开，向涡轮流入少量的低参数蒸汽，使涡轮转子在低于第一临界旋转速度的状态下旋转。 另一方面，变压运转单元的运转现在有定压运转(或等压运转)和变压运转(或滑压运转)两种基本形式。 定压运转是指汽轮机在不同状况下运转时，通过汽轮机调节蒸汽阀的开度，使机组的电力发生变化，汽轮机前的新蒸汽压力不变。 变压运转是指汽轮机在不同状况下运转时，不仅主汽门，调节汽门也全开(或部分全开)，机组电力的变动通过汽轮机前的主汽压力的变化实现，但主汽温度维持了额定值。 用定压法跟踪负荷峰值，汽轮机内发生较大温度变化，低负荷时主蒸汽节流损失大，机组热效率下降。 变压运行中的机组在外部负荷变动时，以涡轮机追随的控制方式，负荷变动指令直接给予锅炉燃烧调整系统和供水调整系统，锅炉按指令变更燃烧状况和供水量，使出口主蒸汽的压力和流量符合外部负荷变动后的需求。 在定压运转时，该负荷指令是向汽轮机调整系统发送改变汽门开度的指令。 (1)变压运转方式分类1纯变压运转是在全负荷变化范围内汽轮机全开的运转方式。 只需通过锅炉蒸汽压力的变化来调节机组的负荷。 该方式无节流损耗，高压缸可获得最佳效率和最小热应力，给水泵的功耗也最小。 其缺点是对负载的适应能力差，锅炉的调整时滞大，不能满足电网调频的要求，一般很少采用。 双节流变压运行为了弥补纯变压运行负荷适应性差的缺点，正常情况下汽轮机门不全开，节流为5%15%，预备负荷急剧增加时打开，利用锅炉蓄热量暂时满足负荷增加的需要。 锅炉的输出增加，蒸汽压上升，调速阀的开度变化被吸收。 该方式有节流损失，比纯变压运行经济吸收负荷变动，峰值调整能力强。 3复合变压运转在高负载区域(额定输出的约100%90% )保持恒压运转，在增减喷嘴开度调节负载的中低负载区域(90%50% )，在全开部分的调速阀(例如三阀全开)进行变压运转的极低负载区域，在低压力下恢复恒压运转方式。 该运行方式被普遍采用，因为汽轮机在全负荷范围内维持高效率，同时具有高负荷响应性能。，(二)变压运行的特征与定压运行相比，变压运行具有以下优点： 1、锅炉汽温控制点的变压运行可延长时，负荷降低时压力也同时降低，汽压降低时工程质量过热与蒸发热的比例发生变化，过热减少。 由于每公斤的蒸汽从饱和温度加热到相同的主蒸汽温度，所以吸收的热量减少。 蒸汽压力的降低使蒸汽的比定压热容量减少。 与定压运转相比，同量的蒸汽吸收同样的排烟热，其温度上升很大。汽压下降，汽比体积增大，过热器中流动的汽容流量与额定负载时大致相同，即汽流速几乎不变，过热器外壁的烟温随负载减少而下降，但压力下降时饱和汽温也相应地下降，因此过热器的传热温度差不大变化。 综合上述各要素，变压运行时的主蒸汽温度在较宽的负荷范围内几乎可以维持额定值。变压运行对再热汽温变化的影响与过热汽温相似。 但是，蒸汽温度特性的改善更好。 这是因为在定压运转时，高压气缸的排气温度和再热蒸汽温度随着负荷的降低而减少。 变压运转时，由于高压气缸的容积流量几乎没有变化，因此高压气缸的排气温度(再热器入口温度)没有大的变化，只有一点点上升。 另外，滑动压力下的主蒸汽焓，蒸汽温度同时比定压运转高，高压缸的排气焓也变高。 因此，再热蒸汽温度也能在较宽的负荷范围内维持额定值。 在变压运转时的蒸汽温度特性曲线图中采用变压运转的情况下，过热蒸汽温度可在40%100%的负荷范围内维持额定值，再热蒸汽温度可在55%100%的负荷范围内维持额定值。 变压运转的这种蒸汽温度特性确实可以改善机组低负荷状况下的循环热效率。 2、低负荷时的涡轮内效率比定压运转变压运转时高时，涡轮调速阀全开(或部分阀全开)，节流损失小，调整级前后的压力比和其后各级的压力比几乎不变，另一方面，主蒸汽压力随负荷升降，低负荷时压力也低，蒸汽容积流量几乎不变汽轮机级效率等级的前后压力比与通过级的蒸汽容积流量有关，这两者几乎没有变化。 3、负荷变化时涡轮热应力小，寿命变长，负荷变化时，涡轮高压缸各级温度几乎不变(其中低压缸也同样能维持各级温度)，改善涡轮热状态，减少热应力和热变形，提高寿命。 机组全变压运转时，调节水平的温度变化实际上较小的复合变压运转时，调节水平的温度变化也不超过78。 在变压运行中，高压缸不再受温度变化率过大而产生应力的限制，机组负荷变动率可大幅增加(取决于锅炉应力)。 变压运行中负荷变动率不变化的话，单元的寿命会延长。 4、供水泵耗电少的变压运转机组采用变速供水泵。 低负荷运转时，供水泵不仅流量减少，供水压力也降低，因此供水泵的消耗电力减少。 下图是某亚临界机组以不同的运转方式比较给水泵的电力。 由图可知，机组在50%负荷下运转时，变压运转供水泵的消耗电力仅为定压运转时的55%。 延长、5、锅炉受压部件和涡轮调速阀的寿命低负荷时压力降低，减轻从给水泵到涡轮高压缸的所有部件(包括锅炉、主蒸汽配管、阀等)的负荷，延长系统各部件的寿命。 汽轮机调速蒸汽阀始终处于全开状态，大大减轻了磨损，减少了维护工作量。 变压运行也存在一些固有缺点： (1)负荷变动时，滚筒等厚壁部件会产生附加的温度应力，限制机组的变化速度。 (2)机组的循环热效率随负荷下降而下降。 (3)变压运转使水循环发生变化。 (4)变压运转的汽包锅炉汽包水室容易汽化，容易发生汽水共腾现象。(5)超临界压力锅炉的变压运转，工质通过亚临界压力、临界压力、超临界压力三个区域。 在亚临界参数范围内，水冷壁中工质的饱和温度仅随压力变化，不随水冷壁的吸热量变化。 在临界压力和超临界压力的范围内，水冷壁中的工质饱和温度不仅随着压力的上升而上升，还随着水冷壁吸热量的增加而上升。 汽温受水冷壁出口的工质温度的影响，汽温的调整更加困难。 (3)变压运行的适应范围变压运行具有低负荷、提高高压缸内的效率、提高主蒸汽温度和再热蒸汽温度、降低给水泵的功耗、使汽轮机偏向所有机器等优点，但也有因压力降低而降低循环热效率的缺点。 因此，是否采用变压运行，是进行综合经济技术的比较，并非所有负荷都是变压运行经济。(四)变压运行对锅炉运行的影响1 .负荷变化率采用变压运行时，蒸汽温度和涡轮各部分的温度基本稳定，负荷变化率对涡轮的影响不大，但重要的是锅炉。 限制负荷变化率的主要因素主要是饱和温度变化速度和滚筒上下壁温度差。 鼓包的饱和温度变化速度一般根据制造商提供的数据规定(国内一般为90/h )。 滚筒上下壁温差一般以40以下为基准。 2 .锅炉最低负荷运行问题单元的最低负荷极限一般依赖于锅炉。 锅炉负荷的下限主要取决于燃烧的稳定性和水动力状况的安全性。 锅炉低负荷运行时主要面临的问题和解决办法是： (1)低负荷燃烧稳定性。 (2)空气预热器堵塞灰、腐蚀和烟道烟囱腐蚀。 (3)过热蒸汽、再热蒸汽温度过低。 (4)过热器管的超温和左右蒸汽温度偏差。 3 .水动力箱安全性低负荷时炉膛燃烧的不均匀度大，在滚筒锅炉中，热量弱的水冷壁管有可能发生循环停滞或逆流现象。 一般来说，大容量锅炉在50%额定负荷以上时发生水循环事故的可能性较低。 在直流锅炉中，变压运转成为某种低负荷时，水冷壁系统的压力低，苏打比体积的变化大，水力特性变差，有可能影响各侧壁的后壁水冷壁的流量分配，产生部分水冷壁出口管的过升温现象。 运行中的一个要限制最低负荷，两个要适当调整燃烧器的运行方式。 例如，通过上位煤机运转，减轻上述管壁的过热状况。 4 .对运转调节的影响变压运转的情况下，压力变化速度慢，温度变化速度快，过热器、再热器容易过度升温，需要强化蒸汽和金属壁温度的监视的水冷壁的蓄热能力高，过热器、再热器的蓄热能力低，因此为了调节压力，需要过度调节燃烧量， 汽温变化幅度变大的低负荷运行时压力较低，苏打比体积变化大，水位变动剧烈，需要根据水位超前信号控制水位。 另外，由于滚筒的壁温差变化较大，锅炉的升温升压速度也受到限制。 几种典型的锅炉调峰性能，(1)自然循环锅炉调峰性能1变负荷速度首先取决于滚筒的疲劳寿命。 从2锅炉点火到蒸汽机的同步运转，变化负荷速度由汽缸与蒸汽机的壁温差、燃烧速度、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度及蒸汽机的上升转速等要素决定。 然后取决于汽轮机的热应力和膨胀差。 3自燃循环锅炉循环倍率最大，水冷壁金属消耗量最多，热惯性最大，影响了锅炉的变负荷速度。 (二)控制循环锅炉调峰性能的汽包有汽水夹层，负荷速度不受汽包壁温差的限制。 循环倍率小，水冷壁的金属消耗量也相应减少，热惯性小。 同时，低负荷时可利用循环泵加速循环，提高蒸发速度，进一步提高负荷变