调峰运行教学课件

1、第五节 单元机组调峰运行,一、单元机组调峰运行,单元制火电机组参与调峰的必要性 工业用电比重相对降低，电网峰谷差日益增大； 水电机组易受季节影响； 适应调峰需要的抽水蓄能电站较少； 核电主要承担电网基本负荷； 中小火电机组逐步退出运行。,电网负荷分析,基本负荷,调峰负荷,中间负荷,核电、高效率火电,抽水蓄能、中小火电,大容量火电、水电,年运行小时2000h,年运行小时7000h,火电调峰机组的性能要求,具有良好的启停灵活特性 能及时停机或带最低负荷稳定运行； 热态启动时间短（1-2h），启停损失和寿命损耗小。 具有良好的低负荷运行特性 快速的变负荷能力 较高的热经济性,燃煤机组40%MCR 燃

2、油机组25%MCR,最低连续稳定运行负荷,MCR：最大连续蒸发量,调峰机组的运行方式,两班制启停方式：白天运行，夜间停机；调峰幅度大；启停频繁。 两班制低速热备用方式（少蒸汽运行）：调峰时，机组与电网解列，蒸汽推动汽轮发电机组低速旋转，处于备用状态。 两班制调相运行：调峰时停炉停机，发电机与电网不解列，以电动机方式带动汽轮机以额定转速转动。 变负荷运行：调峰时，机组应能以较快速度变化机组负荷以适应电网的需要。,单元机组的变负荷运行,变负荷运行,定压运行 变压（滑压）运行,纯变压运行 节流变压运行 复合变压运行,变压运行：维持主汽门全开，调速汽门全开或固定在某一适当开度，蒸汽压力随负荷变化而变化

3、，但主蒸汽和再热蒸汽温度不变。,变压运行的优点,负荷变化时蒸汽温度变化小：负荷降低，压力降低，加热到同样蒸汽温度的吸热量减少，燃料量减少时，蒸汽温度的变化减小。 变压运行可以改善机组部件的热应力和热变形：变压运行时，锅炉来的蒸汽温度变化小，进入汽轮机第一级前又无节流，温度基本无变化。 低负荷时汽轮机保持较高的效率：负荷减小，压力下降，而温度不变，进入汽轮机的蒸汽容积流量变化小，汽流流动偏离设计工况小。,变压运行的优点,给水泵耗功减小：负荷降低，给水流量和给水出口压力都降低，给水泵功率降低幅度较大。 有利于机组变工况运行和快速启停操作：变压运行时，汽轮机温度工况较好。 再热汽温易于控制：变压运行

4、时，负荷降低，高压缸排汽压力降低，再热蒸汽比热容减小，燃料量减小对再热蒸汽温度变化较小。 减轻汽轮机结垢：变压运行低负荷时，汽包受水力冲击而破碎的水垢减少，蒸汽溶解盐分的能力减少。,返回,定压运行,定压运行：自动主汽门前的压力和温度均保持不变，依靠改变调速汽门个数及调速汽门的开度来调整机组功率，以适应负荷变化的需要。,负荷变化引起汽轮机内各级温度变化较大，尤其是调节级变化最明显，将引起较大的热应力和相对热膨胀，从而限制了机组负荷的适应性； 定压运行时以调节进汽量来增减负荷，蒸汽流量的变化还将引起级效率的降低。,纯变压运行,纯变压运行：在整个负荷变化范围内，所有调节阀均处于全开位置，完全靠调整锅

5、炉燃烧适应负荷变化。 这种方法操作简单，维护方便； 负荷调节存在时滞，即不能对负荷变化快速响应，中间再热机组尤为明显，难于适应负荷频繁变动工况； 调速汽门长期处于全开状态，易于结垢卡涩，需要定期手动活动调速汽门。,节流变压运行,节流滑压运行：正常情况下，调速汽门不全开，对主蒸汽压力有一定的节流。当负荷突然增加时，立即开大调速汽门，利用锅炉的蓄热，达到快速增负荷的目的。待锅炉调整燃烧工况使新汽压力升高后，蒸汽的做功能力已经能满足当时负荷的要求时，再把调速汽门关小，恢复至原来的位置。 这种方式弥补了纯变压运行负荷适应性差的缺点； 调速汽门经常处于部分开启状态，存在节流损失。,复合变压运行,复合变压

6、运行,变压定压 定压变压 定压变压定压,复合变压运行方式既具有较高的经济性，又具有较强的负荷适应性，故应用最广。 例如：哈尔滨汽轮机制造厂制造的600MW凝汽式汽轮机采用“定压变压定压”的复合变压运行方式(3080负荷范围内变压运行）。,低负荷运行时机组的效率高 变压运行时，调节阀处于全开状态，调节级前后压比基本不变，调节级和其他各级效率也几乎不变。 高压缸内各段温度的变化 变压运行时调节级汽温变化较少，可认为基本不变。 汽温控制特性的改善 变压运行有利于锅炉过热蒸汽温度及再热汽温的控制，从而可以降低机组的最低负荷点。,二、火电厂调峰运行方式的经济性分析,机组循环热效率 变压运行时，初压下降，

7、循环热效率降低，因此变压运行时主蒸汽初压不宜太低。 低负荷时的给水泵耗功 变压运行时，负荷降低，流量越小。定速给水泵节流损失大，给水泵出口压力较高，耗功较大。变速给水泵通过降低转速减小流量，给水泵出口压力随负荷降低，耗功较小。 目前大型汽轮机组均采用汽动变速给水泵。,汽动变速给水泵,二、调峰机组锅炉的一些问题,（一）燃烧系统: 变负荷与低负荷燃烧稳定问题突出。 （二）过热器再热器系统超温问题 变负荷时过热器与再热器受热面金属易超过其材料的许用温度，故对受热面金属材料有更高的要求。,（三）水冷壁系统安全问题 400t/h超高压自然循环锅炉滑压变负荷试验表明，负荷高时水冷壁循环流速高，负荷低时循环

8、流速低。低负荷时炉膛热负荷不均匀性增大，并且热负荷高的水冷壁的循环流速比热负荷低的水冷壁高好几倍，个别热负荷低的管子在低于界限循环倍率下工作。 滑压变负荷运行提高水循环可靠性的措施主要是炉膛热负荷，特别是提高角隅处的热负荷；改善角隅处水冷壁的水循环，如增加下降管断面积和导汽管的断面积等。,（四）空气预热器低温腐蚀问题 要求空气预热器在低负荷时能提供一定温度的空气，并防止低温硫酸腐蚀。 空气预热器进口装置暖风器，用辅助汽源加热空气。 热风再循环，提高空气预热器的进口风温。 加强对空气预热器的吹灰。,影响机组寿命的主要因素 温度变化：（1）频繁的周期性温度变动；（2）在两种以上不同的温度下长期运行

9、。 高温蠕变：金属在高温下，即使其所受的应力低于金属在该温度点下的屈服点，但只要在这样的应力下长期工作，也会发生缓慢连续的塑性变形，这种现象称为蠕变。 低频疲劳（低周疲劳）：机组启停或负荷变化过程中金属承受的交变热应力。,三、单元机组寿命分析,汽包的热应力 受热面间相对位移 省煤器热应力和氧腐蚀 过热器与再热器受热面在变负荷时易发生超温，空气预热器易发生低温腐蚀，这些使 锅炉使用寿命缩短,锅炉寿命管理,汽轮机的寿命一般是指从投运至转子出现第一条宏观裂纹（直径0.2-0.5mm）期间总的工作时间。,汽轮机寿命管理,避免短时间内负荷的大幅度波动； 严格控制运行中转子表面温度变化率； 防止主/再热汽

10、温度及轴封供汽温度与转子表面金属温度严重失配。 在汽轮机启动、运行、停机及停机后未完全冷却之前，均应严防湿蒸汽、冷气和水进入汽缸。,二、单元机组寿命分析,二、单元机组寿命分析,第三章 机组控制与保护,第一节、单元机组控制系统构成,单元机组控制可以概括为自动检测，热工保护，顺序控制，连续控制。,p105,一、单元机组控制结构,二、火电厂DCS控制系统,DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System）。它的主要基础是4C技术，即计算机Computer、控制 Control、通信Communication和CRT显示技术。,DCS与PLC的区别,PL

11、C可以说只是DCS系统的一个控制器,下图以一个水位信号调节的例子简单地说明DCS的应用过程：,DCS的概念,我们可以把上述过程引申如下：,DCS的概念,DCS组成结构,DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、高性能的中央处理器（CPU）、网络接口组成。 高性能的中央处理器是现场过程控制的中心，存放并运行所有的过程控制程序以及现场仪表数据和控制数据。DCS的控制决策都是由它来执行的。 过程控制站的网络接口是同上一级的操作员站和工程师站的连接通道。操作员的操作控制信息和工程师站的组态程序都是通过这一通道发送到过程控制站，过程控制站收集整理的现场数据也是通过这一通道传递到操作员站上。

12、过程控制站同I/O模块之间通过现场总线连接。,DCS组成结构,一台用于操作、监视、报警、趋势显示、记录和打印报表的PC机。操作员站通常装有操作软件以完成上述功能，并且是通过以太网同过程控制站相连。,DCS组成结构,一台用于组态过程控制软件，诊断、监视过程控制站运行情况，供DCS工程师开发、测试、维护DCS系统使用的计算机。,DCS系统,分散处理单元 DPU,现场控制站(正面) 现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成，采用分布式结构设计，扩展性强。,三、DCS画面,红色代表开启,绿色代表关闭,手操器,第二节单元机组负荷控制,一单元机组负荷控制问题,单元机组负荷

13、控制的任务 单元机组负荷控制的特点,炉,汽机,发电机,电网,值班员或控制系统,用户,负荷调节问题示意图,单元机组负荷控制的基本任务和要求,快速响应外部负荷要求，具有一定的调频能力。 保持主蒸汽参数稳定。,单元机组负荷控制的特点,机、炉对象特性的差异：汽轮机负荷响应快，惯性小；锅炉负荷响应慢，惯性大，有蓄热。 负荷响应速度和主汽压稳定这两个要求存在矛盾。 解决矛盾的方式：负荷控制方式。,二单元机组负荷控制方式,1）什么是负荷调节方式？ 2) 负荷调节方式优劣的评价标准 3) 负荷调节方式分类,1 什么是负荷调节方式？,机组负荷由谁控制。机和炉谁先（谁后）调整出力。 维持汽压稳定的任务由谁来完成。

14、,电网负荷变化时，机、炉在调整出力过程中的分工协作方式。其基本内容：,2负荷调节方式优劣的评价标准：,负荷响应速度 过渡时间长短； 汽温、汽压波动幅度。,3负荷调节方式分类：,炉跟机 机跟炉 机炉协调,炉跟机方式工作原理示意图,负荷响应快；能利用蓄热 汽压波动幅度大；汽压下降后，调门过开 过渡时间长。,机跟炉方式工作原理示意图,负荷响应慢。不能利用蓄热。 过渡时间长。 汽压波动幅度小。,什么是协调？,协调机组、电网之间维持能量供求平衡； 在机组内部锅炉、汽轮机之间协调。,机炉协调方式工作原理示意图,负荷响应快。 过渡时间短。 汽压波动幅度小。 对机、炉性能，及控制系统性能要求高。,负荷调节的基

15、本要求： 使机组出力和电网要求相等； 维持锅炉出口蒸汽压力、温度稳定 特点：因炉慢变，机快变，两个任务有矛盾。 负荷调节方式分类： 炉跟机：机调功，炉跟随调压 机跟炉：炉调功，机跟随调压 机炉协调：机炉同时调功、调压,三协调控制系统,1CCS的功能和任务 2CCS的基本组成及相互关系 3协调控制系统内的信号处理过程,1CCS的功能和基本任务,功率调节器+压力调节器,输入：电网负荷指令和值班员负荷指令（通常为阶跃信号信号）以及机组保护对机组负荷的要求|功率实测值；主汽压力设定值|实测值。,输出：汽轮机出力给定值（至DEH）和锅炉的燃烧率给定值（至燃料调节器，引、送风调节器，给水调节器）。,炉,汽

16、机,发电机,电网,负荷控制系统,值班员负荷指令,电网负荷调度,协调控制系统由负荷控制系统与局部控制系统构成,机组监视参数、保护,煤、油、风、水主控等,DEH,CCS的基本组成,负荷控制系统（主控系统） 局部控制系统（DEH；FSSS，煤，风，水）,2CCS的基本组成及相互关系,负荷控制系统与局部控制的关系,负荷控制系统指挥局部控制系统。 指挥工作方式：为局部控制系统提供给定值。 局部控制系统投自动是上级系统投运的基本条件。,炉,汽机,燃烧调节系统,DEH,负荷协调控制系统,流量（或阀位）给定值,燃烧率给定值,CCS的结构实质,CCS实际上是一个两级串联调节系统。 处于上位的是负荷控制系统。充当

17、功率、压力调节器。 处于下位的是燃烧系统 和DEH 。充当煤、风、水流量调节器和阀位调节器。,四300MW机组负荷控制系统介绍,1负荷控制系统的基本组成 负荷指令处理回路 （LMCC） 主控制器 2负荷指令处理回路概述（功能和实质） 3负荷指令处理回路和主控制器的关系。 4主控制器概述,负荷指令处理回路,主控制器,修正出力指令,炉主控指令,燃料； 给水、送风量调节,DEH,负荷控制系统,1）负荷控制系统的构成示意图,机主控指令,2负荷指令处理回路概述,功能：选择外部负荷指令（ADS，手动，调频）（阶跃），加工为修正出力指令（斜坡），作为功率给定值送到主控器。 实质：主控器（功率调节器+压力调节

18、器）的功率给定值提供回路。 基本工作方式：AGC（接受ADS遥控）、ALR（就地自动）和跟踪（功率调节器未投入）, 主控制器概述,构成：两大回路（机主控制器、炉主控制器）， 功能：将机组外部要求（负荷指令）和内部要求（主汽压力给定值）加工为DEH的调门开度（主蒸汽）流量给定值和炉的燃烧率给定值（煤、风、水调节器的流量给定值）,主控制器基本特点：,由机、炉主控制器两个回路构成。 两大回路中每一分回路由调功、调压的反馈或前馈信号形成。 两回路之间不同工作方式的组合形成主控制器的工作方式。,主控制器的基本工作方式：,1协调控制方式正常运行、正常变负荷时采用 接受三个外界负荷指令No（发电量指令）协调

19、控制机、炉 机、炉自动调节系统均投入运行,2汽机跟随，输出功率可调的控制方式带基本负荷时采用 （1） 机组部参与电网调频，不接受中调负荷指令，只接受运行人员手动指令。 所以，负荷跟踪性能差。 （2） 机、炉自动调节系统均投入运行,3汽机跟随，输出功率不可调的控制方式锅炉故障时采用 如：R、B时（炉主要辅助设备部分故障迫使机组减负荷） 机组部接受任何外部负荷指令，只能维持实际允许的输出功率 炉主控手动 机自动或手动,4锅炉跟随，输出功率可调的控制方式启动或正常运行时采用 负荷适应性快：炉跟踪汽压，机跟踪功率 炉主控自动，机主控自动 （若机主控器不正常，则手动）,5锅炉跟随，输出功率不可调的控制方

20、式汽机局部故障或机组启动时采用 机组部接受外界指令，输出功率为实际所能输出的功率 炉主控自动，机主控手动,6煤、重油手动控制方式用于机组启停或机组发生FCB时 FCBa) 当机组汽机或发电机跳闸时，实行停机不停炉 b) 电网故障时，机组甩负荷，但汽轮发电机完好，可实行带厂用电运行 （1） 机、炉均处于手动操作 燃烧调节系统投自动，但处于运行人员手控状态设定值调节 （2） 机器主控系统出力指令一直跟踪机组实际出力，为切换到其它运行方式时实行无扰动切换作准备。,第三节汽轮机数字电液调节系统,一、DEH控制系统的组成, 电气部分,人机接口（M M I）,主控制器（DPU）,数据高速公路（D/W）,过

21、程输入/输出单元（I/O）,MMI, 液压部分,调节保安系统：, 功能：,提供压力油 控制汽轮机运行 调节阀门开度 危急遮断及保护,采用14MPa高压抗燃油(EH)纯电调控制系统。,低压透平油系统,危机遮断系统采用1.96MPa透平油系统。, 超速保护, 自动停机保护输出开关量, 机械超速 和 手动脱扣,（OPC动作电磁阀）,（AST电磁阀）ETS动作关主门、调门,危急遮断器滑阀、解脱滑阀,二、DEH控制系统自动保护,关调门,OPC,AST,高主门,高调门,高中压转子,低压转子,发电机,1）、103%保护（OPC）,目的：n = 3000 rpm, OPC电磁阀复位（关闭）, OPC电磁阀动作

22、（打开）, 泄OPC油, 关调门, n 103%,n 103%,OPC 电磁阀： （2个）, 不常带电, 并联,（防止电磁阀拒动作）,n 110%,目的：紧急停机保护（ETS）, AST电磁阀动作（打开）, 泄AST油（关所有阀门）, 停机（脱扣）, 属于 ETS 停机保护之一,2）、110%保护（AST）, 常带电, 并串并方式,（防止电磁阀拒动和误动）,AST 电磁阀：（四个）,3）、机械超速和手动脱扣,机械超速, 泄透平油安全油压泄AST油, 停机（脱扣）,当汽轮机超过额定转速10-20(3300-3360)遮断器动作，撞击子飞出，泄掉危机遮断系统保安油，使薄膜阀打开，泄掉EH油系统的A

23、ST油压，使主汽门和调节汽门快速关闭，汽轮机停机。,手动脱扣,保护逻辑：,保护：,软件,硬件,DPU控制逻辑,卡件,甩负荷预保护,逻辑 保护,返回, 按温度分：,冷态,温态,热态,极热态, 按参数分：,滑参数启动,定参数启动, 按汽缸分：,高压缸启动,中压缸启动, 按控制方式分：,手动,自动,（DEH手操盘控制）,（MMI站控制）,主要包括有： a).程控启动 b).ATC启动 c).操作员自动,三、DEH控制系统的启动方式,负荷控制,盘车,低速暖机,高速暖机,定 速 运 行,并 网,冲转,转速控制,摩擦检查,a).超速试验 b).阀门严密性试验 d).飞锤试验,a).阀门活动试验 b).甩负

24、荷试验,DEH的启动曲线,同 期,1、手动：,2、自动：,（DEH手操盘）,DEH手操盘, 卡件, 端子板, 现场,MMI, DPU, 卡件, 端子板, 现场,四、DEH控制系统的手/自动控制方式,DEH 手操器,3、手/自动切换：,2）、手动自动,1）、自动手动,手操器钥匙打到“手动”位,DEH系统自行切换到“手动”,手操器钥匙打到 “自动”位,发出切“自动”申请,DEH 手操器,手动控制,自动控制,DEH手操盘,超速试验,严密性试验, 转速控制,功率控制,（一） 转速回路： （外环）,BR=0 ：纯转速控制,BR=1：一次调频,实际转速 = 给定转速,五、DEH控制系统的自动调节,功频,功

25、频 （300MW）,功能,功频,功频 （300MW）,（二） 功率回路,（三） 压力回路,实际功率= 给定功率,实际压力给定压力,功能,六、DEH控制基本功能,1、启动方式：,1）、程控启动（经验曲线启动）：,从当前转速开始，将汽机转速升到3000 rpm的过程,自动完成升速、暖机、过临界,根据汽轮机的第一级金属温度，判断机组处于冷、温、热、极热态，根据汽轮机运行规程和运行经验，从而选择不同的升速率，自动产生目标值和暖机时间，自动地将机组带到额定转速。并网以后，自动转入操作员自动方式。,返回,返回,升速率在临界区时自动设到最大,转速不能在临界区保持,操作员（MMI）, 设定目标转速、升速率,

26、选择 进行 / 保持, n =3000 rpm, 同期, 并网,选择 进行 / 保持,设定目标功率、变负荷率,目标值不能设在临界区 最大值=3050 rpm, 实现：冲转、暖机；自动过临界,并网后自动带初始负荷,3000 rpm 20,2）、操作员自动（OA）：,2、摩擦检查：,机组启动过程中，为保证机组运转正常，需要在低转速下，检查汽轮机转动情况和监测仪表系统的工作是否正常。DEH中设计了摩擦检查功能，通过按钮，DEH自动将机组冲动至500600rpm，停留5分钟后，自动关闭调节汽门，以便运行人员检查机组运转情况。,3、超速试验：,DEH手操盘钥匙开关打到“试验”位, 选择：103% / 1

27、10% / 机械超速 试验, 设定目标转速、升速率,注：试验必须分开进行 各试验间相互屏蔽, 进行,DEH 手操器,机组并网并暖机一段时间后，解列进行超速保护试验,4、严密性试验（29803020rpm）：,DEH手操盘钥匙开关打到“试验”位, 选择：主汽门 / 调门 严密性试验,在30分钟内如果汽机转速能够从当前转速下降到目标转速， 则该试验合格,DEH 手操器,5、同期（3000rpm 20）,DCS（电气）, 同期允许, DEH, 自动同期, DCS（电气）,同期,6、并网,（自动带初始负荷）,8、阀门试验,试验进入,选择一个试验阀门, 选择松动 / 全行程试验, 关闭 / 保持 / 复位,调节型阀门：,开关型阀门：,可以保持；手动复位。,不可保持；自动复位。,松动试验：,调节型阀门：,开关型阀门：,可以保持；手动复位。,不可保持；手动复位。,全行程试验：,10、蒸汽压力控制方式：,1）、操作员TPC：,2）、遥控TPC：,（DEH）,（C