电厂热力设备及运行 汽轮机 汽轮机的运行.

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1、电厂热力设备及运行 参考教材:汽轮机原理 第五章 汽轮机的运行 主要内容 n汽轮机的负荷特性 n配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响 n滑压运行的安全性与经济性 n蒸汽参数变化对汽轮机运行的影响 第一节 汽轮机的负荷特性 定义: 无论是采用定压运行（进汽参数不变），还是采用滑压运行 （进汽压力变化），在外界负荷变化、汽轮机功率相应变化 时，各级前后蒸汽参数、级内蒸汽理想焓降、流量、效率和 功率，以及各部件的受力状态都相应发生变化，这种变化规 律叫做汽轮机的负荷特性。 研究意义: 对分析机组调节特性、选择运行方式、避开危险工况，保证 机组安全经济运行具有重要意义。 n级内压力与流量的关系 n级

2、组压力与流量的关系 n各级的p0-G曲线 n压力与流量关系式的应用 n级的比焓降和反动度变化规律 n撞击损失 一、级内压力与流量的关系 n级内为临界工况 级内的喷嘴或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度。 结论：级处于临界工况时，级的流量与滞止初压或初 压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比；不考 虑温度变化时，流量只与滞止初压或初压成正比。 n级内为亚临界工况 级内喷嘴和动叶出口汽流 速度均小于临界速度的工况。 忽略温度变化： 说明： （1）级内未达到临界时，通过级的流量不仅与初参 数有关，还与终参数有关； （2）流量偏离设计值越小，误差越小。 二、级组压力与流量的关系 n几个概念 级组

3、：一些流量相等，通流面积不随工况而变化（或变化 程度相同）的依次串联排列的若干级的组合； 亚临界级组：级组各级的汽流速度均小于临界速度的级组 ； 临界工况级组：级组内至少有一列叶栅的出口速度达到或 超过临界速度； 级组临界压比：临界工况机组中某一级（一般是最末级） 的喷嘴或动叶）流速刚达到临界速度时，级组前后压比称 为。 n工况变化前后级组均为临界工况 结论： 级组为临界工况时，级组流量与级前压力成正比，与 级前绝对温度的平方根成反比；若不考虑温度变化， 则级组流量只与级组前压力成正比。 n工况变化前后级组均为亚临界工况 斯托陀拉实验级数无穷大 不考虑温度变化： 弗留格尔公式 给出了亚临界工况

4、下，级组流量与压力的关系。 初压不变时：流量与背压为椭圆关系； 背压不变时：流量与初压为双曲线关系。 三、各级的p0-G曲线 凝汽式汽轮机末级p0-G关系 结论： 对于凝汽式汽轮机， 若所取级数较多时， 弗留格尔公式可用下 式近似： 四、压力与流量关系的应用 n应用条件 l工况变动前后通流面积不变； l级组内各级流量相同； l流过级组内各级蒸汽应是均质流； l弗留格尔公式适用于具有无穷多级的级组，但一般只要级数 多于4-5级就可以得到满意的结果。 n用于运行分析 l监视汽轮机通流部分运行是否正常； l可以推算不同流量（功率）时各级的级前压力、压差和比焓 降，从而计算出相应的功率、效率及零部件的

5、受力情况，也 可以由压力推算出通过各级的流量。 五、级的比焓降和反动度变化规律 设计工况 变工况后 级的比焓降变化规律 凝汽式汽轮机 根据前面的讨论可知，当工况变动时，通过级的流量与级前压力成 正比，即 所以 上式表明，当工况变动时，凝汽式汽轮机各中间级前后压力比不变。这样， 代入式焓降表达式后，级的理想焓降不变。当然，级的速度比和级效率也不 变。 而级的内功率为： = BG 这就说明：在计算汽轮机各中间级的变动工况时，不需要逐级进行详细计算 ，只需求得各级前的压力，然后将热力过程曲线平移即可。而调节级和末级 的变动工况，则要进行详细计算。 结论： l凝汽式汽轮机初压、背压均与流量成正比的非调

6、节级 ，流量变化时级的理想比焓降基本不变； l对凝汽式汽轮机的末级， 处，虽p0正比于 G，但背压pc不与G成正比，若pc不变，则流量增大 ，比焓降增大；反之，流量减小，比焓降减小； l对凝汽式汽轮机的末级， 处，虽p0与G的 关系为双曲线关系，流量下降时，比焓降减得稍慢。 背压式汽轮机 1、如果背压式汽轮机最后一级达临界，则各级前的压力与流量成正比。其 焓降、效率、反动度、功率的变化规律和凝汽式汽轮机各中间级一样。 2、但是，背压式汽轮机的末级一般不会达临界，其压力与流量的关系应按 弗留格尔公式进行计算 推导得： 上式表明，当背压不变时，背压式汽轮机各级前压力与流量的关系按双曲线 规律变化。

7、离末级越远，越近于直线。 从图上分析： 1，对于背压式汽轮机的前几级，当工况偏离设计值不远时，级前压力与流量 的关系近于直 线； 2，当流量在设计值附近变化时，可认为各中间级焓降不变，或变化很小； 3，当流量变化较大时，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变化最大。 总结： l采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机，当流量改变时，比焓降的变 化主要发生在调节级和最后一级中；所有中间级在流量变化 时，比焓降近乎不变；但在低负荷时，中间级比焓降也会变 小。 l当流量增加时，调节级焓降减小，末级焓降增加，各中间级 焓降近乎不变； l当流量减小时，调节级焓降增大，末级焓降减小，各中间级 焓降近乎不变； l背压式汽轮

8、机除调节级比焓降变化外，最后几级的比焓降也 发生变化，负荷变化越大，则受影响的级数越多。 级的反动度变化规律 l固定转速汽轮机反动度变化主要由级的比焓降变 化引起； l级的比焓降减小，即速比xa增大时，反动度增大 ；级的比焓降增大，即速比xa减小时，反动度减 小； l设计反动度较小的级，比焓降变化时，反动度变 化较大；反之，变化较小；反动级的反动度基本 不变； l凝汽式汽轮机末级（临界工况），流量不变，pc 降低，反动度增大；pc 升高，反动度减小。 n撞击损失 设计工况下，汽流进入动叶栅相对运动方向角与动叶几何进 口角应一致； 变工况时，当比焓降变化，二者不再一致，使汽流进入动叶 的相对运动

9、方向改变，从而使动叶附面层厚度改变，叶型 损失增加，这一增加损失称为撞击损失。 近似公式： 六、撞击损失 撞击损失的形成图 (a)比焓降减小；(b)比焓降增大 第二节 配汽方式及其对定压运行机 组变工况的影响 n配汽方式概述 n节流配汽 n喷嘴配汽 n调节级压力与流量关系 n配汽方式对定压运行机组变工况的影响 n轴向推力的变化规律 一、配汽（调节）方式概述 n配汽机构：汽轮机通流部分是按经济功率设计 的，设计中，外界负荷不断改变，为保证机组 出力与用户所需功率相适应，需利用配汽机构 改变机组的出力； n配汽方式：根据改变对象（流量或理想比焓降 ）不同，配汽方式有节流配汽、喷嘴配汽、旁 通配汽等

10、。 二、节流配汽(调节) 1、节流调节定义：所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个 或几个同时启闭的调节汽门，然后流向第一级喷嘴。 优点：与喷嘴配汽相比，没有调节级，结构比较简单， 制造成本较低；定压运行流量变化时，各级温度变化 较小，对负荷变化适应性较好。 缺点：低负荷时调节汽门中节流损失较大，使扣除进汽 机构节流损失后的理想比焓降较小较多。 2、节流调节热力过程线 3、节流调节的效率 蒸汽经节流之后，焓值不变压力降低（ 降到 ），节流后的内效率为： 式中， 通流部分的相对内效率； 调节阀的节流效率，为部分开启和全 开时理想焓降之比。 三、喷嘴配汽（调节） 1、定义： 这是一种应用最广泛的调节方式。

11、每一个调节阀控制 一组喷嘴组。中小型机组一般有47个调节阀，大型机组一 般有46个调节阀。当汽轮机负荷改变时，依次开启或关闭 调节汽门，以调节进汽量。 优点：这种调节方式中，部分负荷时只有一组喷嘴的 蒸汽受到节流作用，节流损失小，效率较高。 缺点：定压运行时调节级汽室及各高压级在变工况下 温度变化都较大，从而引起较大的热应力。 2、喷嘴调节热力过程线 3、调节级的内效率： 根据热力过程曲线，有： 热平衡： 混合后的焓值： 四、调节级压力与流量关系 简化的调节级的压力与流量关系 1、级后温度的影响 2、反动度的影响 3、调节汽门重叠度的影响 4、主/调节汽门节流损失的影响 五、配汽方式对定压运行

12、级组变工况的影响 n定压运行 通过改变主蒸汽流量来适应外界负荷变化的运 行方式。在该方式下，在汽轮机负荷变化范围 内， 主蒸汽压力和温度参数都保持额定值，不 予改变。 n定压运行调节方式 l节流调节 l喷嘴调节 l节流-喷嘴混合调节 六、轴向推力的变化规律 n冲动式汽轮机 l凝汽式汽轮机 （1）节流配汽凝汽式：除了最末一、二级外，各级焓降和反动 度近似不变，可导出轴向推力与功率（流量）成正比；但最 末一、二级焓降和反动度要变化，但对总推力影响不大。因 此，最大轴向推力发生在最大功率时； （2）喷嘴配汽凝汽式：在工况变动时，压力级焓降和反动度近 似不变，可导出轴向推力与功率（流量）成正比；而调节

13、级 的轴向推力变化复杂，但对总的轴向推力影响不大。因此， 最大轴向推力发生在最大功率时。 l背压式汽轮机 （1）调节级的轴向推力变化同上； （2）压力级的轴向推力不与流量成正比，最大轴向推 力发生在中间负荷。 n反动式汽轮机 对于反动式汽轮机，由于设计反动度大，因此变化小。轴向推 力只与动叶前后压力差成正比，最大轴向推力发生在最大功 率时。 结论： （1）汽轮机轴向推力变工况计算相当复杂，难以计算准确。 （2）在实际运行中，常用测量推力轴承工作瓦块温升的方法监 视轴向推力的变化。 七、蒸汽量调节方式的比较和选择 1、调节方式的选择： （1）承担基本负荷的机组：要求效率高，多采用节流调节和单列级

14、作调 节级的喷嘴调节方式； （2）承担尖峰负荷的机组：要求负荷适应性好，当工况变动时效率 变化不大，常选用双列级作调节级的喷嘴调节方式。 （3）背压机：采用喷嘴调节方式。 2、调节级焓降大小的选用：调节级焓降大小对机组经济性影响很大： 设计工况下，调节级焓降大（ ），流量减小时焓降变化（ ）小； 设计工况下，调节级焓降小（ ），流量减小时焓降变化（ ）大； * 承担基本负荷的机组，运行时，负荷变化不大，则调节级焓降应取小些， 以求较高的效率； * 承担尖峰负荷的机组，运行时，负荷变化大，则调节级焓降应取大些（双 列级），使之在工况变动时，调节级焓降变化不大，效率变化不大。 第三节 滑压运行的经

15、济性与安全性 n火电机组的调峰运行方式 n滑压运行方式 n机组滑压运行的热经济性 n滑压运行机组的安全性与灵活性 一、火电机组的调峰运行方式 n两班制运行调峰方式 晚上负荷低时停机，第二天早上，负荷升高时，开起来的运行方式。 n少汽（无汽）空负荷运行调峰方式 火电电机组组 运行调调峰时时，有时时需极低负负荷或空负负荷运行，机组组空负负荷运 行时时，其发电发电 机作为电动为电动 机或调调相 机运行，对电对电 网运行稳稳定性或 经济经济 性有利。该该工况下不能长时间长时间 运行，n50% 负负荷时时，叶轮产轮产 生摩擦损损失产产生的热热量即可使机组组低压压端过热过热 。这这个热热量在低负负荷 时时无法被蒸汽所带带走，将使机组组排汽部分产产生不