汽机旁路控制系统PPT.ppt

上海汽轮机有限公司,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,HIP Turbine,Condenser,Boiler,MSV/GV,RSV/ICV,HP Bypass,Valve,LP Bypass,Valve,Non-return Valve,(with a forced close function),Ventilator,Valve,5%,boiler drain bypass,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-,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,主蒸汽,工况之间温差,带旁路,不带旁路,再热蒸汽,金属与蒸汽之间温差,金属温度,寿命损耗,变化速率,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4.2,MPa,甚至可更低,*杨柳青6,MPa;,聊城,5,MPa(,冷),10,MPa(,热),*,超临界(日立)5.4,MPa;ABB,超-8,MPa；,三菱超8.92,MPa,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12.8,MPa),56,过热度（其他20,、50,）,再热温度,260,;,再热压力0.828,MPa(*),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9,MPa;,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9,MPa，,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，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,8,MPa/425,并网5%负荷时,温度升到475,则启动时间为40,min+30min=70min,变负荷曲线,举例:5%负荷蒸汽475,8,MPa,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83,min;,从冲转到满负荷共153,min,幻灯片 47,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。,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,LP,压力按,BMCR,定义,LP,压力按70%负荷定义,高旁进口,高旁出口,低旁进口,高旁出口,低旁进口,低旁出口,Po-MPa,17.27,4.0,3.6,2.49,2.25,G-t/h,30%,BMCR,=608,608+,HP,喷水(如100,t/h),608+,HP,喷水+,LP,喷水,To-,541,305,537,305,537,600,MW,举例(,BMCR=2028,t/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0.828,MPa,时的通流量为:,G,LP,0.828/3.61,(30%BMCR+HP,喷水量),约等于9%的额定主流量,按70%负荷的压力定义,30%高旁容量配置的,LP,旁路在启动再热压力0.828,MPa,时的通流量为:,G,LP,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,G,LP,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,G,HP,3.234/1.354,712=1700 t/h;,*,考虑温度修正，通流量,G,HP,为1400,t/h;,*空载流量5%,约90,t/h,;,*,应配置低旁通流量,G,LP,1310 t/h;,容量比例约为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；2640,r/min-3%,额定流量；3000,r/min 5%,额定流量,；,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。,高中压联合启动,中压缸启动,日立,ABB,西门子,三菱,STC,STC,日立,AST,回路配置,单,双,单,双,双,双,双,双,通风阀/高排逆止门,关/开,开/关,关/开,开/关,高中压流量控制,高排温度自动,开度比例,HP,带,600,r/min,HP,带,400,r/min,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；1.2,MPa,压力下,高排最高鼓风温度到424,中压缸启动,：通风阀开的双回路；1.2,MPa,压力（并网时降到0.8,MPa）,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1000,r/min；,对高中压合缸机组日立在400,r/min,热泡后，1500,r/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2,MPa，,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2,MPa，,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），所有的启动均5分钟达到3000,r/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。,启动状态,西门子,其他机型,冷态,5,约140,温态,5,约30,热态,5,15,极热态,5,15,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2640,r/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：,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,西门子,STC,三菱,日立,AST,高排,Pmax（MPa）,2,0.828,1.0,1.2,1.7,高排,Tmax（,）,510（530）,426(399),450,420,高排,min,1.08,1.7,1.7,HP/IP,启动回路,单,双,双,单,双,通风阀/高排逆止门,关/开,开/关,开/关,关/开,开/关,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，并有高排真空及高排压力（1.7,MPa),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5,MW-10MW/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1050,r/min,结束。,中压启动压力1.5,MPa:,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1.7,MPa,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,决定定负荷暖机,主调门流量特性设计,中压调门流量特性设计,在0-2600,r/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300,MW-6,寸；杨柳青300,MW,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300,MW,杨柳青5%-60,t/h，,对600,MW,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0.6,MPa，,温度360,为基准。阀门流量按临界计算,通风阀可否可不用,300,MW,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456,mm,口径的阀门启动，开度也仅0.4,mm；,三菱-哈汽在超临界600,MW,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600,MW,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8.92,MPa/360,改为5.4,MPa/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。,极冷态,冷态,温态,热态,极热态,IEC-45,停机,72,h,温度的40%,停机,72,h,温度的40%,停机,10,h,温度的80%,停机1,h,温度的100%,AST,温度,190,停机,40,h,温度,300,停机,9,h,温度,380,ABB,汽机不划分时态，,DEH,程序控制,三菱,温度,120,停机,72,h,温度,280,停机,10-72,h,温度,415,停机,1-,10,h,温度,450,停机,450,西门子,50,停机,150,h,温度,200,/110,停机,56,h,温度,380,/250,停机,8,h,温度,540,/410,停机,2,h,温度,560,/500,STC,不划分时态，因,DEH,程序略不同分：冷态温度,204,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,