1、電站汽輪機運行報告人：史月濤Email：山東大學(xué)1主要內(nèi)容汽輪機的熱力特性汽輪機部件暫態(tài)工況下的熱狀態(tài)及壽命損耗汽輪機的啟動與運行汽輪機的運行經(jīng)濟性汽輪機運行安全性2一 汽輪機熱力特性3汽輪機的工作原理級：由一列靜葉柵和一列動葉柵組成，完成蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機械能的最基本單元。級的能量轉(zhuǎn)換：5蒸汽參數(shù)與經(jīng)濟性的關(guān)系效率與蒸汽初參數(shù)的關(guān)系7流量變化對熱力特性的影響8弗留格爾公式適用于級組：流量相等的相鄰各級的組合。應(yīng)用條件由于回?zé)岢槠亢拓摵沙烧?，所以抽汽口前后可以看成一個級組適用于均質(zhì)流，調(diào)節(jié)級不能看成級組的組成部分9應(yīng)用一10應(yīng)用二11a變工況與設(shè)計工況下的通汽面積之比a1，則同一負荷

2、下，壓力必然升高應(yīng)用三凝汽式中間各級的焓降不變，效率不變調(diào)節(jié)級與末級焓降變化，效率減小12汽輪機的運行方式定壓運行節(jié)流調(diào)節(jié)噴嘴調(diào)節(jié)滑壓運行純滑壓節(jié)流滑壓復(fù)合滑壓13節(jié)流調(diào)節(jié)依靠閥門的開關(guān)控制汽輪機的進汽量1415噴嘴調(diào)節(jié)1617調(diào)節(jié)級變工況181920節(jié)流調(diào)節(jié)的優(yōu)缺點熱應(yīng)力小結(jié)構(gòu)簡單溫度波動小全周進汽部分負荷下效率低21軸向推力的變化22滑壓調(diào)節(jié)純滑壓節(jié)流滑壓復(fù)合滑壓純滑壓運行方式?jīng)]有調(diào)節(jié)級第一級全周進汽，調(diào)門全開只靠鍋爐出口的蒸汽壓力和流量的改變來調(diào)節(jié)機組負荷由于鍋爐存在熱慣性，負荷調(diào)節(jié)滯后節(jié)流滑壓運行方式?jīng)]有調(diào)節(jié)級第一級全周進汽調(diào)門保持85%95%開度負荷改變時，通過調(diào)門來應(yīng)急調(diào)節(jié)鍋爐燃燒

3、狀況跟上后，調(diào)門恢復(fù)原來開度能夠避免鍋爐熱慣性對負荷迅速變化的限制始終存在節(jié)流損失復(fù)合滑壓運行方式噴嘴配汽，第一級為調(diào)節(jié)級高負荷（如80%以上）采用定壓調(diào)節(jié)：初壓較高，熱效率也比較高，偏離設(shè)計值不遠較低負荷（40%80%）區(qū)域內(nèi)，全關(guān)若干個調(diào)門，進行滑壓運行。沒有節(jié)流損失，負荷急劇變化時，可以開關(guān)調(diào)門來應(yīng)急調(diào)節(jié)在滑壓運行的最低點以下，初壓水平比較低的定壓運行熱經(jīng)濟性分析只比較高壓缸的熱經(jīng)濟性變負荷時，體積流量基本不變，焓降不變，內(nèi)效率不變超臨界給水泵功占57%，采用調(diào)速給水泵給，帶來明顯收益循環(huán)熱效率降低2829參數(shù)變化對汽輪機的影響主蒸汽參數(shù)真空主汽壓對安全性的影響主汽壓升高，如果調(diào)門開度不

4、變，主蒸汽比容減小，蒸汽流量增加，功率增加，零件受力增加，末級濕度增加末級最危險第一個閥點，如果壓力升高，調(diào)節(jié)級比較危險總的軸向推力增加主汽壓降低，沒有危險，但是要限制負荷。否則，軸向推力會增加。初壓變化對經(jīng)濟性的影響調(diào)門開度不變功率與初壓改變成正比變化背壓越高，初壓影響越大流量不變改變調(diào)門開度主汽壓對經(jīng)濟性的影響主汽壓升高，平均吸熱溫度升高，熱效率升高，經(jīng)濟性上升主汽溫對安全性的影響溫度越高，鋼材蠕變速度越快，蠕變極限越小。即影響安全，又縮短機組壽命。運行中不允許蒸汽溫度過高溫度下降，重要的是下降速度。防止汽輪機水沖擊，軸向推力增大主汽溫對經(jīng)濟性的影響主汽溫升高，循環(huán)效率升高，經(jīng)濟性上升，熱

5、耗率下降主汽溫升高，蒸汽比容增大，如果調(diào)門開度不變，流量增大。功率增大。真空對安全性的影響真空惡化，排汽溫度升高，排汽缸過熱變形。振動增加銅管容易泄露二 汽輪機部件暫態(tài)工況下的熱狀態(tài)與壽命損耗38暫態(tài)工況下的傳熱現(xiàn)象凝結(jié)換熱：換熱系數(shù)大，熱沖擊對流換熱暖機過程導(dǎo)熱汽缸的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)子的導(dǎo)熱法蘭螺栓的導(dǎo)熱39熱膨脹熱應(yīng)力熱變形脹差40影響脹差的因素軸封供氣溫度和供氣時間真空的影響進汽參數(shù)的影響汽缸法蘭螺栓加熱系統(tǒng)的影響泊松效應(yīng)滑銷系統(tǒng)汽缸保溫與疏水的影響41熱變形汽缸的熱變形法蘭的熱變形42特殊條件下的材料機械性能金屬的低溫脆性高強度合金鋼在某一溫度范圍內(nèi)，沖擊韌性顯著下降。FATT蠕變金屬材料在恒定

6、溫度和恒定應(yīng)力的長期作用下，慢慢發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象應(yīng)力松弛機械零部件在高溫和承受載荷的條件下，若保持總的應(yīng)變不變，應(yīng)力隨著時間延長而逐漸降低的現(xiàn)象疲勞材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然完全斷裂的過程。43汽輪機的壽命取決于危險部件（轉(zhuǎn)子）的壽命分無裂紋壽命和剩余壽命無裂紋壽命：轉(zhuǎn)子的第一次投運到產(chǎn)生第一條工程裂紋（0.5mm長，0.15mm深）所經(jīng)歷的交變載荷的次數(shù)。剩余壽命：從產(chǎn)生第一條工程裂紋擴展到臨界裂紋所經(jīng)歷的交變載荷的次數(shù)。44轉(zhuǎn)子材料的疲勞與蠕變損傷低周疲勞損傷：材料失效的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小于100100000的疲勞稱為低周疲

7、勞。例如啟停高溫蠕變損傷45汽輪機的壽命管理4647基于壽命管理的變負荷方法根據(jù)汽輪機的壽命分配，就可以確定啟動時的啟動速度，確定蒸汽參數(shù)的變化速度和變負荷速度。只要按照事先確定的變化速度啟動，就可以保證把壽命損耗控制在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)。48三 汽輪機的啟動和停機49汽輪機的啟動和分類按照按新蒸汽參數(shù)額定參數(shù)啟動滑參數(shù)啟動真空法啟動壓力法啟動按沖轉(zhuǎn)時進汽方式分高中壓缸聯(lián)合啟動中壓缸啟動按啟動前汽輪機金屬溫度水平分類冷態(tài)啟動溫態(tài)啟動 熱態(tài)啟動極熱態(tài)啟動50額定參數(shù)啟動整個啟動過程中，從沖轉(zhuǎn)到機組帶額定負荷，電動主汽門前的蒸汽壓力和溫度始終保持為額定值，通過調(diào)整調(diào)節(jié)汽門的開度來適應(yīng)機組在啟動過程

8、中不同階段的要求。這種方式熱經(jīng)濟性差、金屬部件加熱不均以及熱沖擊較大，故大容量機組已不再采用。51滑參數(shù)啟動啟動過程中，電動主汽門前的蒸汽壓力和溫度隨機組轉(zhuǎn)速或負荷的變化而逐漸升高。對噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機，定速后調(diào)節(jié)閥保持一定開度，完全靠蒸汽參數(shù)的調(diào)整來適應(yīng)機組啟動過程中不同階段的要求。這種啟動方式的特點是熱經(jīng)濟性好，金屬部件加熱均勻，并且金屬溫度隨蒸汽溫度的逐步升高而升高，不會受到強烈的熱沖擊，有利于設(shè)備安全。52滑參數(shù)啟動壓力法啟動沖轉(zhuǎn)前主汽門前蒸汽具有一定的壓力和溫度，在沖轉(zhuǎn)和升速過程中逐漸開大調(diào)速汽門，利用調(diào)速汽門控制轉(zhuǎn)速，待機組達到額定轉(zhuǎn)速時，調(diào)速汽門全開。真空法啟動鍋爐點火前，從鍋爐汽

9、包到汽輪機調(diào)節(jié)級噴嘴前所有的閥門（包括電動主汽閥、自動主汽閥、調(diào)速汽門）全部開啟，投入抽氣器后整臺汽輪機和鍋爐汽包都處于真空狀態(tài)。鍋爐點火后，產(chǎn)生一定量的蒸汽沖動轉(zhuǎn)子，此時主汽門前仍保持真空狀態(tài)。隨后汽輪機升速和帶負荷，全部由鍋爐控制。53冷態(tài)啟動：金屬溫度低于滿負荷時金屬溫度的40%或金屬溫度低于150180以下稱為冷態(tài)啟動。溫態(tài)啟動：金屬溫度低于滿負荷時金屬溫度的40%80%或金屬溫度在18050之間稱為溫態(tài)啟動。熱態(tài)啟動：金屬溫度高于滿負荷時金屬溫度的80%或金屬溫度在350以上，稱為熱態(tài)啟動。有時熱態(tài)又分為熱態(tài)(35050)和極熱態(tài)(450以上)。54啟動條件的確定沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇真空大

10、軸晃度油壓冷油器出口油溫啟動過程啟動前的準(zhǔn)備鍋爐點火前的準(zhǔn)備點火后的主要工作沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和低速暖機并網(wǎng)帶負荷啟動曲線55冷態(tài)滑參數(shù)啟動啟動條件的確定沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇啟動參數(shù)的選擇，主要是考慮金屬部件的熱應(yīng)力，而熱應(yīng)力的大小主要是取決于蒸汽與金屬部件之間的溫差和放熱系數(shù)，選擇適宜的啟動蒸汽溫度對汽輪機的啟動具有決定的意義。啟動汽壓的選擇要綜合機、爐兩方面及旁路系統(tǒng)的因素來考慮，它主要取決于啟動汽溫。理想的汽溫應(yīng)當(dāng)能避免啟動初期的熱沖擊，而在隨后的過程中汽溫的上升能保證關(guān)鍵零部件的金屬維持在某一選定的溫升速度。此外，為了保證汽輪機內(nèi)不致過早出現(xiàn)濕蒸汽區(qū)域，要求主蒸汽、再熱蒸汽具有一定的過熱度。為了減緩沖

11、轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱沖擊，以減小熱應(yīng)力，故要求蒸汽放熱系數(shù)要小些，而低壓過熱蒸汽的放熱系數(shù)較小（=58.15174.45W/(m2K)），相當(dāng)于額定參數(shù)時的1/10。因此，冷態(tài)啟動時，采用低壓微過熱蒸汽沖動汽輪機將更有利于汽輪機部件的加熱。56啟動條件的確定真空啟動中維持一定的真空，可使汽缸內(nèi)氣體密度減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時與氣體摩擦鼓風(fēng)損失也減小保持一定的真空，可增大進汽做功的能力，減少汽耗量，并使低壓缸排汽溫度降低沖動轉(zhuǎn)子的瞬間大量的蒸汽進入汽輪機內(nèi)(蒸汽量比低速暖機時還多)，真空將有不同程度的降低。如果啟動時真空太低，沖轉(zhuǎn)時可能使凝汽器內(nèi)產(chǎn)生正壓，甚至可能引起排大氣安全門動作或排汽室溫度過高，使凝汽器銅

12、管急劇膨脹，造成脹口松弛，導(dǎo)致凝汽器漏水啟動時，真空也不需要太高，若真空過高，則為等待形成真空而延長暖機時間。57啟動條件的確定大軸晃度：超過規(guī)定值禁止啟動汽輪機油壓：為保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作可靠和軸承潤滑冷油器出口油溫度：就是軸承進油溫度，要求保持在50以保證有一定的黏度，使軸承中能形成良好的油膜。58啟動過程啟動前的準(zhǔn)備汽輪機遇到下列情況，應(yīng)采取措施設(shè)法消除，否則禁止汽輪機啟動和投入運行。1） DEH 控制系統(tǒng)故障。2） 任一汽機自動脫扣保護裝置失靈。3） 任一汽機重要調(diào)節(jié)、保護裝置失靈。4） 任一汽機重要監(jiān)視儀表失靈。5） 任一汽輪機轉(zhuǎn)子溫度小于 20。6） 任一高、中壓主汽門，高、中壓調(diào)門，

13、高排逆止門，抽汽逆止門卡澀或動作不靈活。7） 汽機設(shè)備和系統(tǒng)嚴(yán)重漏水、漏油、漏汽。8） 汽機盤車不動、盤車電流超限或動靜部分有明顯的金屬摩擦聲。9） 主要輔機（交流潤滑油泵、直流潤滑油泵、頂軸油泵、盤車、電給泵）之一工作失常10）汽輪機高、中壓缸上下溫差大于 55。11）潤滑及控制油質(zhì)差，控制油溫小于0，不得開控制油泵，潤滑油溫小于21，組不允許起動。12）高、低壓旁路系統(tǒng)故障或工作失常。13）主要保護、控制參數(shù)超過或有超過的趨勢。14）發(fā)現(xiàn)有其他威脅安全的嚴(yán)重設(shè)備缺陷。59啟動過程點火前的準(zhǔn)備1） 投入凝補水系統(tǒng)；2） 投入閉式冷卻水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和膠球清洗系統(tǒng)；3） 投入儀用、雜用壓縮空

14、氣系統(tǒng)；4） 輔助蒸汽系統(tǒng)投運；投入軸封5） 投入主機潤滑油系統(tǒng)，起動主機排煙風(fēng)機、主機潤滑油泵、頂軸油泵。試驗連鎖6） 投入盤車裝置。7） 抗燃油系統(tǒng)投入。8） 投入真空泵，凝汽器抽真空，投入主機軸封汽系統(tǒng)；9） 密封油系統(tǒng)投入(發(fā)電充氫氣時投入)。10）投入發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)。11）發(fā)電機進行氫置換。12）投入除氧器加熱。13）投入凝結(jié)水系統(tǒng)。14）給水泵充水暖泵。60啟動過程點火后的主要工作沖洗、暖管與疏水。沖洗回路：凝汽器軸封加熱器低加除氧器高加給水操作臺排入地溝。沖洗合格后投入高加水側(cè)。高、中壓主汽門暖閥。當(dāng)高壓主汽門、高壓調(diào)門金屬中心溫度低于150時，在汽機啟動前，必須對高壓主汽

15、門、高壓調(diào)門室預(yù)暖，以減小沖轉(zhuǎn)時的熱應(yīng)力。61沖轉(zhuǎn)與暖機1)全部輔機已按要求投入正常運行。2)啟動前的各種試驗工作結(jié)束(汽輪機靜態(tài)試驗，危急保安器手動試驗)。3)凝汽器真空達到規(guī)定值以上。4)油系統(tǒng)及盤車運行正常。5)發(fā)電機氫壓正常，密封油、內(nèi)冷水運行正常。6)蒸汽參數(shù) (機前主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度)達到要求。7）調(diào)速系統(tǒng)工作正常62沖轉(zhuǎn)過程中的監(jiān)視和檢查主要有以下幾個方面：汽壓、汽溫、各缸膨脹、脹差、軸向位移、上下缸溫差、轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的變化趨勢，確認(rèn)潤滑油溫度慢慢上升到37以上。63暖機與升速減小啟動熱應(yīng)力，防止材料低溫脆性破壞暖機轉(zhuǎn)速避開臨界轉(zhuǎn)速快速通過臨界轉(zhuǎn)速，嚴(yán)禁振動超標(biāo)硬

16、闖臨界轉(zhuǎn)速64并網(wǎng)帶負荷在額定轉(zhuǎn)速下：完成規(guī)定的試驗項目（手打危急保安器和危急保安器充油試驗，及其他空負荷試驗）初負荷暖機：維持鍋爐燃燒率不變升負荷：控制升負荷率，嚴(yán)密監(jiān)視65冷態(tài)啟動注意事項控制熱應(yīng)力控制高壓缸排汽溫度66啟動曲線67熱態(tài)啟動的特點交變熱應(yīng)力高溫軸封汽源：先軸封，后真空?？刂茻釓澢鷨铀俣瓤炜刂泼洸?8熱態(tài)啟動的條件(1)大軸晃動度不得超出規(guī)定值。(2)上下汽缸溫差不得超出允許范圍。(3)進入汽輪機的主蒸汽和再熱蒸汽溫度，應(yīng)分別比高、中壓汽缸金屬最高溫度高50以上，并具有50以上的過熱度。(4)在升速過程中機組發(fā)生異常振動時，特別是中速以下，汽機振動超過規(guī)定值時，應(yīng)立即打閘停

17、機，投入連續(xù)盤車。(5)潤滑油溫不低于3540。(6)脹差應(yīng)在允許范圍內(nèi)。熱態(tài)啟動一般不會出現(xiàn)正脹差，卻非常容易出現(xiàn)負脹差。當(dāng)出現(xiàn)負脹差時，運行人員應(yīng)及時采取措施，如可以增加主蒸汽溫度，也可以加快升速和增加負荷，提高蒸汽溫度和加大蒸汽量，使進入汽輪機的蒸汽溫度提高，使其高于轉(zhuǎn)子的溫度。這樣汽輪機轉(zhuǎn)子由冷卻轉(zhuǎn)為加熱狀態(tài)后，負脹差就會消失。69汽輪機的停機與分類從汽輪機帶負荷運行經(jīng)卸負荷解列發(fā)電機，切斷汽輪機進汽到轉(zhuǎn)子靜止的過程稱為停機。汽輪機的停機分為正常停機和事故停機。正常停機的方式有滑參數(shù)停機和額定參數(shù)停機兩種。70額定參數(shù)停機停機前的準(zhǔn)備對機組與設(shè)備進行全面檢查，并按規(guī)定進行必要的試驗（油

18、泵，盤車等）。減負荷控制減負荷速度，調(diào)整軸封供汽發(fā)電機解列及轉(zhuǎn)子惰走將廠用電切換到備用電源供電有功功率降至零時，再解列。71滑參數(shù)停機滑參數(shù)停機是在調(diào)速汽門接近全開位置并保持開度不變的條件下，依靠主蒸汽、再熱蒸汽參數(shù)的降低來卸負荷，降低轉(zhuǎn)速直到汽輪機停機。滑參數(shù)停機普遍用于單元制系統(tǒng)機組。用這種方式停機的目的，是要使停機后，汽缸的金屬部件均勻冷卻，金屬溫度降低到較低的水平，以便可以提前停止盤車和油循環(huán)，能夠提前進行檢修，縮短檢修工期。72異常停機事故停機緊急停機是指汽輪機出現(xiàn)了重大事故，不論機組當(dāng)時處于什么狀態(tài)、帶什么負荷，都必須緊急脫扣汽輪機，在破壞真空的情況下盡快停機。故障停機故障停機是指

19、汽輪機已經(jīng)出現(xiàn)故障，不能繼續(xù)維持正常運行，應(yīng)采用快速減負荷的方式，使汽輪機停下來進行處理。故障停機，原則上是不破壞真空的停機。73事故停機一般汽輪發(fā)電機在運行過程中，如發(fā)生以下嚴(yán)重故障，必須破壞真空緊急停機：（1）汽輪機轉(zhuǎn)速升高到超速保護動作轉(zhuǎn)速（3300rpm），而仍不動作。（2）汽輪發(fā)電機組發(fā)生強烈振動，軸振超限。（3）汽輪發(fā)電機組內(nèi)部有明顯的金屬摩擦聲和撞擊聲。（4）汽輪機發(fā)生水沖擊或主、再熱汽溫度在2min 內(nèi)突降50，或上下缸溫超過55。（5）軸封處摩擦發(fā)生火花或火環(huán)。（6）汽輪發(fā)電機組任一軸承金屬溫度超過130或軸承冒煙。（7）汽輪機軸向位移突然超限，而保護沒有動作時。（8）汽輪機

20、油系統(tǒng)著火，嚴(yán)重威脅機組安全運行。（9）發(fā)電機、勵磁機著火。（10）凝汽器真空急劇下降，真空無法維持或循環(huán)水中斷。（11）汽輪機嚴(yán)重進冷水、冷汽。（12）發(fā)電機氫密封系統(tǒng)發(fā)生氫氣爆炸。（13）主油箱油位低到保護動作值而保護沒有動作。（14）潤滑油壓急劇下降。74緊急停機注意事項(1)就地或遙控打閘，并注意下列操作是否自動進行。1)高、中壓主汽閥及調(diào)節(jié)閥立即關(guān)閉。2)各級抽汽止回閥及高壓缸排汽止回閥立即關(guān)閉。(2)投入啟動油泵和交流潤滑油泵。(3)停止射水泵運行，開啟真空破壞閥。(4)注意凝汽器真空越限時，低壓旁路系統(tǒng)應(yīng)能迅速自動關(guān)閉或手動關(guān)閉。(5)注意機組惰走情況。(6)全開汽輪機各部疏水。75故障停機一般發(fā)生以下故障時，汽輪機應(yīng)采取故障停機的方式：（1）主蒸汽、再熱蒸汽管道，高壓給水管道或壓力部件破裂，不能維持運行時；