汽机旁路控制系统.ppt

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1、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,LP Turbine,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

2、-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

3、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8.92MP

4、a,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

5、，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，

6、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 4

7、7,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

8、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。,

9、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

10、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=1700 t/h;*考虑温度修正，通流量 GHP为1400 t/h;*空载流量5%,约90 t/h;*应配置低旁通流量GLP 1310 t/h;容

11、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

12、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/min 5%额定流量

13、；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

14、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

15、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

16、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）

17、，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：

18、,点评：STC启动模式,阀门切换、转速停顿多：先IP600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

19、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/

20、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

21、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30

22、0MW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

23、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。为用户提供三种形式的启动运行规程,无差级的寿命损耗计数的指导规程 按时态提供启动曲线 简易的升速及变负荷率,无差级的寿命损耗计数的指导规程,无差级启动规程-包含在DEH程序中,人工设置升速及升负荷率作为初始 然后的启动全过程均由DEH程序执行 机组自动进行寿命损耗计数,提供温差、速率及寿命损耗的升速及升负荷率图表,对有中心孔转子：按金属温度确定加热到121的暖机时间；再根据蒸汽及金属温度、目标的寿命损耗率决定速率。幻灯片 13 对无中心孔

24、转子按蒸汽及金属温度、目标的寿命损耗率决定速率。,按时态提供启动曲线,同一时态的转子温度最大可相差200。曲线实际仅对应某一特定金属温度，实际应用误差很大 曲线由汽机、锅炉及旁路三方共同提供：,汽机定义一个金属温度和寿命损耗值 汽机提供启动蒸汽的参数范围给锅炉 锅炉提供初步的启动蒸汽参数及变化规律，汽机按“温差、损耗、速率”曲线提出初步启动曲线 按汽机曲线及旁路容量参数，锅炉核实提出最终的启动曲线,典型的启动曲线,时态划分定义从热应力及寿命损耗角度，几个时态仅是汽轮机的一个状态点，同一时态的差异很大。,简易的升速及变负荷率-通用的，最保守的，也是没科学依据的。,50%-100%负荷之间-负荷变化率 5%/min 30%-50%负荷之间-负荷变化率 3%/min 30%负荷之间-负荷变化率 2%/min没科学依据的，允许10%负荷突跳,实际不同运行方式的温差变化规律完全不同；滑压运行负荷变化时，温度基本不变，再大的负荷变化速率不影响寿命损耗。(滑压不到定压的1/5）按“温度、速率、寿命损耗”图表，70温差内的任何负荷变化都没有寿命损耗,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,