汽轮机的运行

,*,火电厂技术联盟,单击此处编辑母版标题样式,汽轮机的运行,汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形,一、汽轮机部件内的热应力,汽轮机,启停机或变负荷,过程中，其,零部件,由于,温度变化,而产生,膨胀,热变形,或收缩变形。,热应力,热变形,受到,外部约束或内部金属纤维间的约束时，,在零件,内部,产生,应力,，,这种由于,温度或温差,引起的应力称为,温度应力或热应力。,均匀受热,产生热应力,的根本原因：,零部件内,温度分布不均匀,或零部件,变形受到约束,。,热压冷拉,转子,启动,停机,转子表面,热,压,应力,转子中心孔表面,热,拉,应力,转子表面,热,拉,应力,转子中心孔表面,热,压,应力,汽缸,启动,停机,汽缸内壁面,热,压,应力,汽缸外壁面,热,拉,应力,汽缸内壁面,热,拉,应力,汽缸外壁面,热,压,应力,汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形,交变热应力,低周疲劳,转子易出现裂纹,汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形,二、汽轮机部件内的热膨胀,汽缸和转子若热膨胀或收缩,受阻,，则产生,热应力或热变形,为减小部件的热应力，在结构上要保证机组和部件能自由膨胀，,又不破坏相对位置。因此：,1,热膨胀,蒸汽参数或负荷发生变化时，汽缸内蒸汽温度相应变化，汽缸和转子被,加热,或冷却,，使其产生,膨胀或收缩,。,相互组合的零件间留有,膨胀间隙,，用,键定位,；,汽缸和轴承座放置在台板上，以纵销、横销和立销组成,滑销系统定位,；汽缸以滑销系统形成的,绝对死点,为基点，向四周膨胀，,保持中心线不变,；,转子径向以,支持轴承,支撑、定位；轴向以,推力轴承,定位，使转子与汽缸同心；转子以推力轴承为相对死点，相对汽缸进行膨胀，留有,轴向膨胀间隙,；,与汽缸相连的管道要有,“,U”,形或,Z”,形弯，或伸缩节,，尽可能减少作,用在汽缸上的力，使之,不影响汽缸膨胀,。,汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形,质面比：,汽缸、转子的重量分别与它们接触蒸汽的表面积（即金属的受热面积）之比。质面比的大小代表蓄热量的大小,启动时汽缸应连续均匀的胀出。,2,汽缸和转子的相对,胀差,转子的质面比,大容量汽轮机汽缸的质面比,（通常高压汽缸的质量是转子质量的,3-4,倍，而汽缸与蒸汽的接触面积仅是转子的,1/5,左右）,由于相对速度较大，蒸汽对转子的放热系数大于蒸汽对汽缸的放热系数,受热时期,转子的平均温升速度,汽缸的平均温升速度,汽轮机停机或减负荷时,转子的温降速度,汽缸的温降速度,负胀差,正胀差,胀差的大小表明了汽轮机,轴向动静间隙,的变化情况,蒸汽温度变化愈快，相对胀差也愈大,。,相对胀差在转子远离推力轴承的一端测量。,汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形,三、汽轮机部件内的热变形,当转子或汽缸周向温度不均、膨胀量不同时，产生,热变形,。迫使,汽缸拱曲,和椭圆变形,、,转子弯曲,，使汽封的径向间隙变化。,1,上下汽缸温差引起的热变形,汽轮机在启动、停机过程中，上下汽缸往往出现温差，即上,缸温度高于,下缸温度,，其主要原因如下：,（,1,）,上下汽缸质量和散热面积不同,。下缸比上缸质量大，且下缸布置有回热抽汽管道和疏水管道，散热面积大，因而，在同样保温、加热或冷却条件下，上缸温度比下缸温度高；,（,2,）汽缸内部因温度较高的蒸汽上升，凝结放热大于凝结水下流的放热，而蒸汽凝结的疏水流至下缸经疏水管排出，疏水水膜降低了下缸受热条件。,（,3,）停机后汽缸内形成空气对流，温度较高的空气聚集在上缸，下缸内的空气温度较低，使上下汽缸的冷却条件产生差异，从而增大了上下汽缸的温差；,4,）一般情况下，下汽缸的保温不如上缸，运行时，由于振动，下缸保温材料容易脱落，而且下缸是置于温度较低的运行平台以下并造成空气对流，使上下汽缸冷却条件不同，增大了温差；,启动、停机过程中上下汽缸的温差，造成上缸膨胀大于下缸，而使上缸向上,拱起，,上下汽缸温差最大值往往出现在调节级附近区域内，因此上缸最大的拱起是在调节级附近,下汽缸底部动静部分径向间隙减少,调节级处上下汽缸温差，每增加,10,，该处径向间隙变化,0.10.15,毫米左右。汽轮机启动时，,上下,汽缸温差一般要求控制在,3550,范,围,以内,汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形,内缸,外缸,汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形,为控制上下汽缸温差,启动过程,严格控制温升速度,高加滑启,保证汽缸疏水畅通,维修方面,采用较好的保温结构和选用优质保温材料，,并可适当加厚保温层,加装挡风板，以减少空气对流,2,法兰热翘曲,当汽缸法兰内壁温度高于外壁温度时，内壁金属伸长较多，外壁金属伸长较少，这样就会使,法兰在水平面内产生热弯曲,。,汽轮机启停概述,一、,启动方式分类,机组状态变化最为剧烈的运行工况是,启停工况,。,温度、应力的变化,疲劳、蠕变损伤，机组的寿命损耗,汽轮机启动方式大致可分为三类,：,1,按新汽参数分类,额定参数启动,滑参数启动,整个启动过程中电动主闸门前的蒸汽参数（压力、温度）始终保持额定,额定参数启动的缺点：,冲转参数高，机炉分开启动，启动时间长,冷态或温态启动时，进汽温度高，温差大，参数高进汽量小，汽缸和转子受热不均匀，调门节流大，调节级后温度变化剧烈，热应力大，为减少热应力，进一步延长启动时间,真空法启动,压力法启动,机炉分开启动，延长了启动时间，增大了燃料损耗,汽轮机启停概述,滑参数启动,启动过程中，电动主闸门前的蒸汽参数随机组转速和负荷的,变化而逐渐升高。,真空法启动,额定参数启动适用于母管制机组,锅炉点火前从锅炉汽包到汽轮机之间的蒸汽管道上的所有阀门均全部开启，机组热力系统上的空气阀、疏水阀全部关闭，汽轮机盘车抽真空一直抽到锅炉汽包，然后锅炉点火后产生蒸汽后，送入汽轮机暖机，蒸汽参数达到一定值，汽轮机被冲动旋转，并随蒸汽参数的逐渐升高而升速、带负荷。全部启动过程由锅炉进行控制。,优点,:,减少蒸汽对汽轮机部件的热冲击，能量利用充分,缺点：,1.,仅适用于冷态启动。,2.,抽真空容积达，抽真空时间长。,3.,疏水困难。,4.,过热度低，易引起水冲击。,5.,锅炉热惯性大，转速不易控制,：,压力法启动,汽轮机真空只抽到高压主汽阀,根据启动前汽轮机的最高金属温度,来确定冲转时的蒸汽参数,(,过热度不小于,50,),冲转时主汽门前,的蒸汽已经具有一定的压力和温度，通过调节汽门控制进汽量,常用,不常用,汽轮机启停概述,增加进汽量，进行冲转、升速、和并网带少量负荷，蒸汽压力值由旁路阀控制保持不变，允许汽温按规律升高，在旁路阀关闭后，再通过加强锅炉燃烧提高主蒸汽参数，增加机组负荷至满负荷。,优点：,1.,安全性好。,对于汽轮机，进入汽轮机的是低温、低压蒸汽，容积流量较大，,而且汽温是从低逐渐升高，所以，汽机各部件加热均匀，温升迅速，,避免产生过大的热应力与膨胀差。,对于锅炉，低温低压蒸汽通流量增加，过热器可得到充分冷却，,并促进水循环，减少汽包壁的温差，使各部件均匀膨胀。,2.,经济性好。,锅炉产生的蒸汽能得到充分利用，减少热量与工质损失，缩短启动时,间，减少燃料消耗。,对汽温、汽压要求严格，对机炉的运行操作要求密切配合，操作比较,复杂，而且低负荷运行时间较长，对锅炉的燃烧与水循环有不利的一,面。,缺点：,2,按冲转时进汽方式分类,高中压缸启动,中压缸启动,高压缸启动,汽轮机启停概述,（,1,）高中压缸启动：启动时，高压主汽阀控制高压缸进汽、中压调节阀控制中压缸进汽冲转转子、升速达,2850-2900rpm,时，高压缸进汽切换为高调阀控制，升速到,3000rpm,后并网带负荷。要求配置高低压两级串联旁路。国产机组常配置,35%BMCR,左右容量的旁路系统，热态启动时，再热汽温常偏低。,（,2,）中压缸启动：冲转时，高压缸不进汽冲动转子，处于暖缸状态，主蒸汽,经高压旁路进入再热器，当再热蒸汽参数达到机组冲转要求的数值后，开中压,主汽门，用中调门控制进汽冲转，待转速升至,2500,2600rpm,或并网带一定负荷,后，再切换为高、中压缸同时进汽。这种启动方式可使再热蒸汽参数容易达到,冲转要求，同时高压缸在暖缸过程中可以提高金属温度水平使进汽时金属温度与,主蒸汽温度匹配，解决了汽轮机启动冲转时主蒸汽、再热蒸汽温度与高、中,压缸金属温度难以匹配问题，具有降低高、中压转子的寿命损耗，改善汽缸,热膨胀和缩短启动时间等优点。但要求启动参数的选择合理，以避免高压缸进汽,时产生较大的热冲击。,（,3,）高压缸启动。机组启动冲转时，高、低压旁路阀门关闭，中压主汽阀和,调节阀全开，由高压主汽阀和调节阀控制进汽冲转、升速、并网、带负荷。在,汽轮机启停概述,机组冲转前，再热器无蒸汽流过，处于“干烧”状态，要求再热器管束采用允许干,烧的材料，而且冲转时再热器受到冷冲击。若要保护再热器，需打开高压旁路，,再热器出口对空排汽，增加工质损失。另外，在热态启动时难以保证再热蒸汽,温度与中压缸金属温度匹配，仅能用于冷态或温态启动。,3,按启动前汽轮机金属温度水平分类,(1),冷态启动：金属温度低于满负荷时金属温度的,40%,左右或,150,180,以下称为冷态启动。,(2),温态启动：金属温度在满负荷时金属温度的,40%-80%,之间或低于,180,350,之间称为温态启动。,(3),热态启动：金属温度高于满负荷时金属温度的,80%,或在,350,以上，称为热态启动。,有时热态又分为热态（,350,450,）和极热态（,450,以上）。,高压缸启动时按调节级处金属温度划分；中压缸启动时按中压第一压力级,处金属温度划分,汽轮机启停概述,有的国家按停机时间的长短分类,（,1,）停机一周或一周以上，称为冷态启动。,（,2,）停机两昼夜（,48,小时），称为温态启动。,（,3,）停机,8,小时称为热态启动。,（,4,）停机,2,小时称为极热态启动。,4,按冲转时的控制进汽阀分类,1.,调节汽阀启动：冲转前，电动主闸门和自动主汽门全开，由调节汽阀控制进汽。,2.,自动主汽门或电动主闸门,(,或旁路阀,),启动：冲转前，调节汽阀全开，由电动主闸门（或旁路阀）或自动主汽门控制进汽。,汽轮机启停概述,二、冲转时参数的选择,启动参数的选择，主要考虑金属部件的热应力，而热应力的大小取决于蒸汽与金属部件之间的温差和放热系数。,蒸汽对金属的放热分为两种方式：,凝结放热,(,冷态启动进汽初期,),膜状凝结（汽缸）,珠状凝结（转子）,对流放热主要形式,不同放热形式的换热系数,膜状凝结,17000-63000,珠状凝结是膜状凝结的,15-20,倍,对流换热,高压过热蒸汽,6280-8370,湿蒸汽,12560,低压微过热蒸汽,328-837,1,启动参数的选择,汽轮机启停概述,为了减少热冲击，冲转时汽温选择应保证调节级汽温与高压内缸内壁温度的合理匹配，一般规定主汽门前汽温应比高压内缸缸壁温度高,50,-100,。,为减少冷态启动时进汽初始阶段，金属与蒸汽温度的失配，可以采用盘车预暖：在盘车状态下用阀门控制小汽量加热（中压缸通常从轴封处进汽），可避免金属温升率过大，直到到高压内缸壁温度大于,150,再冲转。,为避免蒸汽过早进入湿蒸汽区，也为防止锅炉操作不当使蒸汽进入饱和区，造成凝结放热使放热系数增大甚至水冲击，蒸汽过热度不小于,50,。,应采用低压微过热蒸汽,启动汽压应保证蒸汽有足够的加速能量，以快速通过临界转速，并能使调节汽阀全开时可以维持机组并网并带少量负荷。以减少锅炉和旁路的操作。,中间再热机组冲转参数一般如下：主蒸汽压力为,1-4.2MPa,，主蒸汽温度为,250-320,。国产引进型采用压力法滑参数启动时，主汽压为,4.12MPa,，汽温,320,，过热度不低于,56,，但其最高温度不,大于,426,，双管道蒸汽温度差不大于,17,。主、再热蒸汽温差，（高中压,合缸）一般为,28,，短时可达,42,，最大不大于,80,。,2,凝汽器的真空,凝汽式汽轮机启动时，都要求建立必要的真空。,一般要求冲转前的真空应大于,60KPa,。,启动时，真空也不需要太高