1、电站汽轮机运行报告人：史月涛Email：山东大学1主要内容 汽轮机的热力特性 汽轮机部件暂态工况下的热状态及寿命损耗 汽轮机的启动与运行 汽轮机的运行经济性 汽轮机运行安全性2一 汽轮机热力特性3汽轮机的工作原理 级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的热能转换成转子的机械能的最基本单元。 级的能量转换： 静叶动叶蒸汽的热能蒸汽的动能机械能5蒸汽参数与经济性的关系 效率与蒸汽初参数的关系7流量变化对热力特性的影响8 弗留格尔公式 适用于级组：流量相等的相邻各级的组合。220110122001220111220ggggppTGGppTppGGpp应用条件 由于回热抽汽量和负荷成正比，所以抽汽
2、口前后可以看成一个级组 适用于均质流，调节级不能看成级组的组成部分9应用一100101pGGp应用二110101001pTGaGpTna变工况与设计工况下的通汽面积之比na1，则同一负荷下，压力必然升高应用三 凝汽式中间各级的焓降不变，效率不变 调节级与末级焓降变化，效率减小12汽轮机的运行方式定压运行节流调节喷嘴调节滑压运行纯滑压节流滑压复合滑压13节流调节 依靠阀门的开关控制汽轮机的进汽量1415喷嘴调节1617调节级变工况181920节流调节的优缺点 热应力小 结构简单 温度波动小 全周进汽 部分负荷下效率低21轴向推力的变化22滑压调节 纯滑压 节流滑压 复合滑压纯滑压运行方式 没有调
3、节级 第一级全周进汽，调门全开 只靠锅炉出口的蒸汽压力和流量的改变来调节机组负荷 由于锅炉存在热惯性，负荷调节滞后节流滑压运行方式 没有调节级 第一级全周进汽 调门保持85%95%开度 负荷改变时，通过调门来应急调节 锅炉燃烧状况跟上后，调门恢复原来开度 能够避免锅炉热惯性对负荷迅速变化的限制 始终存在节流损失复合滑压运行方式 喷嘴配汽，第一级为调节级 高负荷（如80%以上）采用定压调节： 初压较高，热效率也比较高，偏离设计值不远 较低负荷（40%80%）区域内，全关若干个调门，进行滑压运行。 没有节流损失，负荷急剧变化时，可以开关调门来应急调节 在滑压运行的最低点以下，初压水平比较低的定压运
4、行热经济性分析 只比较高压缸的热经济性 变负荷时，体积流量基本不变，焓降不变，内效率不变 超临界给水泵功占57%，采用调速给水泵给，带来明显收益 循环热效率降低2829参数变化对汽轮机的影响 主蒸汽参数 真空主汽压对安全性的影响 主汽压升高，如果调门开度不变，主蒸汽比容减小，蒸汽流量增加，功率增加，零件受力增加，末级湿度增加 末级最危险 第一个阀点，如果压力升高，调节级比较危险 总的轴向推力增加 主汽压降低，没有危险，但是要限制负荷。否则，轴向推力会增加。初压变化对经济性的影响 调门开度不变 功率与初压改变成正比变化 背压越高，初压影响越大 流量不变 改变调门开度主汽压对经济性的影响 主汽压升
5、高，平均吸热温度升高，热效率升高，经济性上升主汽温对安全性的影响 温度越高，钢材蠕变速度越快，蠕变极限越小。即影响安全，又缩短机组寿命。运行中不允许蒸汽温度过高 温度下降，重要的是下降速度。防止汽轮机水冲击，轴向推力增大主汽温对经济性的影响 主汽温升高，循环效率升高，经济性上升，热耗率下降 主汽温升高，蒸汽比容增大，如果调门开度不变，流量增大。功率增大。真空对安全性的影响 真空恶化，排汽温度升高，排汽缸过热变形。振动增加 铜管容易泄露二 汽轮机部件暂态工况下的热状态与寿命损耗38暂态工况下的传热现象 凝结换热：换热系数大，热冲击 对流换热 暖机过程 导热 汽缸的导热 转子的导热 法兰螺栓的导热
6、39胀差热变形热应力热膨胀40影响胀差的因素轴封供气温度和供气时间真空的影响进汽参数的影响汽缸法兰螺栓加热系统的影响泊松效应滑销系统汽缸保温与疏水的影响41热变形 汽缸的热变形 法兰的热变形42特殊条件下的材料机械性能金属的低温脆性 高强度合金钢在某一温度范围内，冲击韧性显著下降。FATT蠕变 金属材料在恒定温度和恒定应力的长期作用下，慢慢发生塑性变形的现象应力松弛 机械零部件在高温和承受载荷的条件下，若保持总的应变不变，应力随着时间延长而逐渐降低的现象疲劳 材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然完全断裂的过程。43汽轮机的寿命 取决于危
7、险部件（转子）的寿命 分无裂纹寿命和剩余寿命 无裂纹寿命：转子的第一次投运到产生第一条工程裂纹（0.5mm长，0.15mm深）所经历的交变载荷的次数。 剩余寿命：从产生第一条工程裂纹扩展到临界裂纹所经历的交变载荷的次数。44转子材料的疲劳与蠕变损伤 低周疲劳损伤：材料失效的应力循环次数小于100100000的疲劳称为低周疲劳。例如启停 高温蠕变损伤45汽轮机的寿命管理4647基于寿命管理的变负荷方法 根据汽轮机的寿命分配，就可以确定启动时的启动速度，确定蒸汽参数的变化速度和变负荷速度。只要按照事先确定的变化速度启动，就可以保证把寿命损耗控制在预先设定的范围之内。48三 汽轮机的启动和停机49汽
8、轮机的启动和分类按照按新蒸汽参数额定参数启动滑参数启动真空法启动压力法启动按冲转时进汽方式分高中压缸联合启动中压缸启动按启动前汽轮机金属温度水平分类冷态启动温态启动 热态启动极热态启动50额定参数启动 整个启动过程中，从冲转到机组带额定负荷，电动主汽门前的蒸汽压力和温度始终保持为额定值，通过调整调节汽门的开度来适应机组在启动过程中不同阶段的要求。 这种方式热经济性差、金属部件加热不均以及热冲击较大，故大容量机组已不再采用。51滑参数启动 启动过程中，电动主汽门前的蒸汽压力和温度随机组转速或负荷的变化而逐渐升高。对喷嘴调节的汽轮机，定速后调节阀保持一定开度，完全靠蒸汽参数的调整来适应机组启动过程
9、中不同阶段的要求。 这种启动方式的特点是热经济性好，金属部件加热均匀，并且金属温度随蒸汽温度的逐步升高而升高，不会受到强烈的热冲击，有利于设备安全。52滑参数启动压力法启动 冲转前主汽门前蒸汽具有一定的压力和温度，在冲转和升速过程中逐渐开大调速汽门，利用调速汽门控制转速，待机组达到额定转速时，调速汽门全开。真空法启动 锅炉点火前，从锅炉汽包到汽轮机调节级喷嘴前所有的阀门（包括电动主汽阀、自动主汽阀、调速汽门）全部开启，投入抽气器后整台汽轮机和锅炉汽包都处于真空状态。锅炉点火后，产生一定量的蒸汽冲动转子，此时主汽门前仍保持真空状态。随后汽轮机升速和带负荷，全部由锅炉控制。53 冷态启动：金属温度
10、低于满负荷时金属温度的40%或金属温度低于150180以下称为冷态启动。 温态启动：金属温度低于满负荷时金属温度的40%80%或金属温度在18050之间称为温态启动。 热态启动：金属温度高于满负荷时金属温度的80%或金属温度在350以上，称为热态启动。有时热态又分为热态(35050)和极热态(450以上)。54启动条件的确定 冲转参数的选择 真空 大轴晃度 油压 冷油器出口油温启动过程 启动前的准备 锅炉点火前的准备 点火后的主要工作 冲转转子和低速暖机 并网带负荷 启动曲线55冷态滑参数启动启动条件的确定冲转参数的选择启动参数的选择，主要是考虑金属部件的热应力，而热应力的大小主要是取决于蒸汽
11、与金属部件之间的温差和放热系数，选择适宜的启动蒸汽温度对汽轮机的启动具有决定的意义。启动汽压的选择要综合机、炉两方面及旁路系统的因素来考虑，它主要取决于启动汽温。理想的汽温应当能避免启动初期的热冲击，而在随后的过程中汽温的上升能保证关键零部件的金属维持在某一选定的温升速度。此外，为了保证汽轮机内不致过早出现湿蒸汽区域，要求主蒸汽、再热蒸汽具有一定的过热度。为了减缓冲转时产生的热冲击，以减小热应力，故要求蒸汽放热系数要小些，而低压过热蒸汽的放热系数较小（=58.15174.45W/(m2K)），相当于额定参数时的1/10。因此，冷态启动时，采用低压微过热蒸汽冲动汽轮机将更有利于汽轮机部件的加热。
12、56启动条件的确定真空启动中维持一定的真空，可使汽缸内气体密度减小，转子转动时与气体摩擦鼓风损失也减小保持一定的真空，可增大进汽做功的能力，减少汽耗量，并使低压缸排汽温度降低冲动转子的瞬间大量的蒸汽进入汽轮机内(蒸汽量比低速暖机时还多)，真空将有不同程度的降低。如果启动时真空太低，冲转时可能使凝汽器内产生正压，甚至可能引起排大气安全门动作或排汽室温度过高，使凝汽器铜管急剧膨胀，造成胀口松弛，导致凝汽器漏水启动时，真空也不需要太高，若真空过高，则为等待形成真空而延长暖机时间。57启动条件的确定 大轴晃度：超过规定值禁止启动汽轮机 油压：为保证调节系统工作可靠和轴承润滑 冷油器出口油温度：就是轴承
13、进油温度，要求保持在50以保证有一定的黏度，使轴承中能形成良好的油膜。58启动过程启动前的准备汽轮机遇到下列情况，应采取措施设法消除，否则禁止汽轮机启动和投入运行。1） DEH 控制系统故障。2） 任一汽机自动脱扣保护装置失灵。3） 任一汽机重要调节、保护装置失灵。4） 任一汽机重要监视仪表失灵。5） 任一汽轮机转子温度小于 20。6） 任一高、中压主汽门，高、中压调门，高排逆止门，抽汽逆止门卡涩或动作不灵活。7） 汽机设备和系统严重漏水、漏油、漏汽。8） 汽机盘车不动、盘车电流超限或动静部分有明显的金属摩擦声。9） 主要辅机（交流润滑油泵、直流润滑油泵、顶轴油泵、盘车、电给泵）之一工作失常1
14、0）汽轮机高、中压缸上下温差大于 55。11）润滑及控制油质差，控制油温小于0，不得开控制油泵，润滑油温小于21，组不允许起动。12）高、低压旁路系统故障或工作失常。13）主要保护、控制参数超过或有超过的趋势。14）发现有其他威胁安全的严重设备缺陷。59启动过程点火前的准备1） 投入凝补水系统；2） 投入闭式冷却水系统、循环水系统和胶球清洗系统；3） 投入仪用、杂用压缩空气系统；4） 辅助蒸汽系统投运；投入轴封5） 投入主机润滑油系统，起动主机排烟风机、主机润滑油泵、顶轴油泵。试验连锁6） 投入盘车装置。7） 抗燃油系统投入。8） 投入真空泵，凝汽器抽真空，投入主机轴封汽系统；9） 密封油系统
15、投入(发电充氢气时投入)。10）投入发电机定子冷却水系统。11）发电机进行氢置换。12）投入除氧器加热。13）投入凝结水系统。14）给水泵充水暖泵。60启动过程点火后的主要工作 冲洗、暖管与疏水。 冲洗回路：凝汽器轴封加热器低加除氧器高加给水操作台排入地沟。冲洗合格后投入高加水侧。 高、中压主汽门暖阀。当高压主汽门、高压调门金属中心温度低于150时，在汽机启动前，必须对高压主汽门、高压调门室预暖，以减小冲转时的热应力。61冲转与暖机1)全部辅机已按要求投入正常运行。2)启动前的各种试验工作结束(汽轮机静态试验，危急保安器手动试验)。3)凝汽器真空达到规定值以上。4)油系统及盘车运行正常。5)发
16、电机氢压正常，密封油、内冷水运行正常。6)蒸汽参数 (机前主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度)达到要求。7）调速系统工作正常62冲转过程中的监视和检查 主要有以下几个方面：汽压、汽温、各缸膨胀、胀差、轴向位移、上下缸温差、转子热应力的变化趋势，确认润滑油温度慢慢上升到37以上。63暖机与升速 减小启动热应力，防止材料低温脆性破坏 暖机转速避开临界转速 快速通过临界转速，严禁振动超标硬闯临界转速64并网带负荷 在额定转速下：完成规定的试验项目（手打危急保安器和危急保安器充油试验，及其他空负荷试验） 初负荷暖机：维持锅炉燃烧率不变 升负荷：控制升负荷率，严密监视65冷态启动注意事项 控制热应力
17、控制高压缸排汽温度66启动曲线67热态启动的特点 交变热应力 高温轴封汽源：先轴封，后真空。 控制热弯曲 启动速度快 控制胀差68热态启动的条件(1)大轴晃动度不得超出规定值。(2)上下汽缸温差不得超出允许范围。(3)进入汽轮机的主蒸汽和再热蒸汽温度，应分别比高、中压汽缸金属最高温度高50以上，并具有50以上的过热度。(4)在升速过程中机组发生异常振动时，特别是中速以下，汽机振动超过规定值时，应立即打闸停机，投入连续盘车。(5)润滑油温不低于3540。(6)胀差应在允许范围内。 热态启动一般不会出现正胀差，却非常容易出现负胀差。当出现负胀差时，运行人员应及时采取措施，如可以增加主蒸汽温度，也可
18、以加快升速和增加负荷，提高蒸汽温度和加大蒸汽量，使进入汽轮机的蒸汽温度提高，使其高于转子的温度。这样汽轮机转子由冷却转为加热状态后，负胀差就会消失。69汽轮机的停机与分类 从汽轮机带负荷运行经卸负荷解列发电机，切断汽轮机进汽到转子静止的过程称为停机。 汽轮机的停机分为正常停机和事故停机。正常停机的方式有滑参数停机和额定参数停机两种。70额定参数停机 停机前的准备 对机组与设备进行全面检查，并按规定进行必要的试验（油泵，盘车等）。 减负荷 控制减负荷速度，调整轴封供汽 发电机解列及转子惰走 将厂用电切换到备用电源供电 有功功率降至零时，再解列。71滑参数停机 滑参数停机是在调速汽门接近全开位置并
19、保持开度不变的条件下，依靠主蒸汽、再热蒸汽参数的降低来卸负荷，降低转速直到汽轮机停机。滑参数停机普遍用于单元制系统机组。用这种方式停机的目的，是要使停机后，汽缸的金属部件均匀冷却，金属温度降低到较低的水平，以便可以提前停止盘车和油循环，能够提前进行检修，缩短检修工期。72异常停机 事故停机 紧急停机是指汽轮机出现了重大事故，不论机组当时处于什么状态、带什么负荷，都必须紧急脱扣汽轮机，在破坏真空的情况下尽快停机。 故障停机 故障停机是指汽轮机已经出现故障，不能继续维持正常运行，应采用快速减负荷的方式，使汽轮机停下来进行处理。故障停机，原则上是不破坏真空的停机。73事故停机一般汽轮发电机在运行过程
20、中，如发生以下严重故障，必须破坏真空紧急停机：（1）汽轮机转速升高到超速保护动作转速（3300rpm），而仍不动作。（2）汽轮发电机组发生强烈振动，轴振超限。（3）汽轮发电机组内部有明显的金属摩擦声和撞击声。（4）汽轮机发生水冲击或主、再热汽温度在2min 内突降50，或上下缸温超过55。（5）轴封处摩擦发生火花或火环。（6）汽轮发电机组任一轴承金属温度超过130或轴承冒烟。（7）汽轮机轴向位移突然超限，而保护没有动作时。（8）汽轮机油系统着火，严重威胁机组安全运行。（9）发电机、励磁机着火。（10）凝汽器真空急剧下降，真空无法维持或循环水中断。（11）汽轮机严重进冷水、冷汽。（12）发电机氢
21、密封系统发生氢气爆炸。（13）主油箱油位低到保护动作值而保护没有动作。（14）润滑油压急剧下降。74紧急停机注意事项 (1)就地或遥控打闸，并注意下列操作是否自动进行。 1)高、中压主汽阀及调节阀立即关闭。 2)各级抽汽止回阀及高压缸排汽止回阀立即关闭。 (2)投入启动油泵和交流润滑油泵。 (3)停止射水泵运行，开启真空破坏阀。 (4)注意凝汽器真空越限时，低压旁路系统应能迅速自动关闭或手动关闭。 (5)注意机组惰走情况。 (6)全开汽轮机各部疏水。75故障停机 一般发生以下故障时，汽轮机应采取故障停机的方式： （1）主蒸汽、再热蒸汽管道，高压给水管道或压力部件破裂，不能维持运行时； （2）汽
22、轮机油系统发生漏油，影响到油压和油位时； （3）汽温、汽压不能维持规定值，出现大幅度降低； （4）汽轮机调节汽门控制故障； （5）发电机氢气系统故障； （6）汽轮机辅助系统故障，影响到主汽轮机的运行； （7）汽轮机热应力达到极限，仍向增加方向发展。76转子惰走曲线 发电机解列，汽机打闸后，自动主汽门和调速汽门关闭时起到转子完全静止的这段时间，称为汽轮机的惰走时间。 每次停机都应记录转子的惰走时间，根据惰走时间的长短，可以判断机组是否正常。 如果惰走时间过长，则要检查是否有外界蒸汽漏入汽轮机，比如新蒸汽或再热蒸汽管道阀门或抽汽逆止门不严，致使有压力蒸汽漏入汽缸； 如果惰走时间过短，则可能是机组的
23、动静部分发生摩擦或轴承磨损。7778四 汽轮机的运行经济性79衡量汽轮机运行经济性的指标 热耗率：每发单位电量消耗的热量 与运行方式，运行负荷，热力系统以及设备状态有关系80汽轮机的真空管理 最佳真空：提高真空所增加的汽轮机功率与循环水泵所多消耗的厂用电之差达到最大时的真空81corrosionManual cleaningCtcs modelSingel passstrainer凝汽设备运行 运行和监视 真空 进口蒸汽温度 出口凝结水温度 冷却水的进出口水温 循环水泵的功耗 冷却水在凝汽器前后的压力 过冷的原因分析 水质监视五 汽轮机的运行安全性89事故处理原则 消除事故要快，保障安全，不使事故扩大； 要消除可能发生人身危险事故； 防止设备损坏； 在消除事故的过程中，不允许遗忘对负荷、转速等基本工作参数的监视 及时上报，在统一指挥下迅速处理； 事故消除后，归纳总结。90 参考录像91
